"Wokół czarnych dziur tworzą się tzw. dyski akrecyjne. To płaskie struktury, gdzie zbiera się materia krążąca wokół centralnego ciała" - mówi w rozmowie z PAP prof. Jean-Pierre Lasota z Centrum Astronomicznego Mikołaja Kopernika PAN. Dyskami tymi często wstrząsają wybuchy. Badacze z ośrodków w Kanadzie, Francji i Polsce pokazali, że przez cały czas takiego wybuchu (a może on trwać nawet miesiącami) z dysku wieje silny wiatr, wydmuchując z niego materię. Badania Bailey Tetarenko, doktorantki z University of Alberta w Kanadzie i zespołu jej współpracowników ukazały się w "Nature".

ŚWIAT PEŁEN DYSKÓW

Prof. Lasota, współautor badania, w rozmowie z PAP wyjaśnia, że dyski akrecyjne we Wszechświecie występują bardzo często - powstają w centrach galaktyk, wokół rodzących się gwiazd, wokół czarnych dziur i gwiazd neutronowych i wokół martwych gwiazd zwanych białymi karłami. Badania opublikowane w "Nature" pokazały jednak coś, co astronomów zaskoczyło. Otóż w dyskach wokół czarnych dziur występują mechanizmy związane z opadaniem materii nie obserwowane w żadnych innych dyskach akrecyjnych. A wydawało się, że wszystkie one działają tak samo.

JAK UPADAĆ, TO DLACZEGO NIE Z HUKIEM?

Materia w dyskach akrecyjnych wcale nie składa się z zimnych okruchów skalnych. Między czastkami powstają wiry i pojawia się tam coś w rodzaju tarcia. "Kiedy to tarcie za mocno grzeje, a materia za słabo się studzi, w dysku dochodzi do wybuchu" - opowiada astronom. Wybuch rozprzestrzenia się w całym dysku i w przypadku otoczenia czarnych dziur może trwać miesiącami. Podczas takiego wybuchu materia z zewnętrznych części dysków zaczyna spadać do czarnej dziury wydzielając przedtem olbrzymie ilości energii.

Podczas takich eksplozji pojawia się promieniowanie rentgenowskie, które mogą zarejestrować satelitarne obserwatoria kosmiczne. Autorzy publikacji w "Nature" w ramach swoich badań analizowali tego typu dane pochodzące z pięciu obserwatoriów.

"Pokazaliśmy, że w czasie takiego wybuchu w dysku wokół czarnej dziury muszą występować wiatry. I faktycznie one występują przez cały czas trwania wybuchu" - opowiada naukowiec z CAMK PAN.

ODBIERZ TEN MOMENT PĘDU

"Materia w dysku akrecyjnym nie krąży wiecznie po tych samych orbitach. Coś >>zmusza<< ciała, aby opadały" - mówi astronom. I dodaje, że jeśli ciało zmienia swoją orbitę, zmienia się też jego moment pędu. "Moment pędu mierzy ilość obrotów danego ciała" - podsumowuje prof. Lasota.

To właśnie odpowiedni moment pędu "trzyma" Ziemię na jej orbicie. Gdyby nasza planeta straciła swój moment pędu - znacznie wyhamowała w swoim ruchu wokół Słońca, nie byłoby wyjścia. Musiałaby spaść na swoją gwiazdę. Co by się stało z hamującą Ziemią, można sprawdzić dzięki symulacji - zmniejszając prędkość Ziemi (velocity).

Na szczęście nie mamy się o co martwić, bo Ziemia nie zatrzyma się ot tak, po prostu. Coś musiałoby od niej odebrać ten moment pędu. "Całkowity moment pędu musi być w układzie zachowany, ale może być przenoszony z miejsca na miejsce" - zwraca uwagę rozmówca PAP.

UPADEK SZYBSZY NIŻ SIĘ SPODZIEWANO?

W dyskach akrecyjnych moment pędu przenoszony jest na zewnątrz przez rodzaj magnetycznej lepkości. Z analiz Bailey Tetarenko wynika, że materia w dyskach akrecyjnych wokół czarnych dziur traci swój moment pędu o wiele, wiele szybciej, niż materia w dyskach akrecyjnych wokół białych karłów podczas wybuchów nowych karłowatych (badanych wcześniej pod tym kątem przez polskich astronomów). A wydawało się, że dysk akrecyjny to dysk akrecyjny - wszędzie powinien działać tak samo. Na szczęście dla astronomów – zauważa prof. Lasota - świat jest bardziej skomplikowany.

Naukowcy zastanawiali się więc, jaki dodatkowy mechanizm wyhamowuje materię w dyskach wokół czarnych dziur. Jedyną odpowiedzią, która pasowała im do równań, był wiatr, który w tym wypadku oznacza materię wyrzucaną w przestrzeń (mniej więcej tak, jak choćby wiatr słoneczny).

MOMENT PĘDU, KTÓRY PRZEMIJA Z WIATREM

Istnienie tego wiatru wyjaśniają dwie hipotezy. Pierwsza z nich zakłada, że materia unoszona z silnym wiatrem zabiera moment pędu z dysku akrecyjnego. Przez to wybuchająca materia szybciej wciągana jest do czarnej dziury.

Druga z hipotez ma związek z istnieniem pola magnetycznego oraz z faktem, że wciągana do dysku wokół czarnej dziury materia, pochodząca z gwiazdy towarzyszącej czarnej dziurze, może być silnie namagnesowana. Obecność silnego pola magnetycznego zwiększa zaś wydajność procesu odbierania momentu pędu z materii w dysku akrecyjnym. Pole magnetyczne działa więc jak hamulec, przez który materia spada w kierunku czarnej dziury. Cały ten proces w sposób nieunikniony również musi się wiązać z powstawaniem wiatru.

"Zjawisko wywiewania materii z dysku akrecyjnego może mieć inne skutki. Wiatr jest silny i szybki. Być może jest on w stanie powstrzymać upadek części materii do centrum układu" - komentuje prof. Lasota.

Jak dodaje, występowanie takich wiatrów ma szczególne znaczenie wokół czarnych dziur w centrach galaktyk. Wiatr ten może regulować ilość materii, która na czarną dziurę spada. Ale czy są to są wiatry podobne do tych odkrytych przez autorów pracy w "Nature", tego jeszcze nie wiadomo.

PAP - Nauka w Polsce

Autor: Ludwika Tomala

Edytor: Anna Ślązak

lt/ zan/