O echipă internațională de oameni de știință a făcut progrese semnificative în înțelegerea proceselor de transport ale câmpului magnetic în fluxurile de acumulare ale găurilor negre și în formarea discurilor magnetice blocate (MADs) în apropierea găurilor negre, conform unui studiu recent publicat în revista Science pe 31 august.
Pe măsură ce materialul este atras spre o gaură neagră, acesta formează un disc învârtitor care emite raze X, lumină optică și uneori un jet vizibil de energie sub formă de unde radio.
Prezicerile teoretice sugerau că, dacă acest disc avea un câmp magnetic suficient de puternic, ar putea respinge atracția gravitațională a găurii negre și ar putea opri temporar procesul de cădere a materialului în ea.
Acum, acest studiu recent a examinat un eveniment scurt în care o gaură neagră - denumită MAXI J1820+070 - acumula activ material, utilizând observații în raze X, lumină optică și unde radio.
Semnificativ, ei au observat întârzieri de timp între creșterea luminozității în aceste diferite tipuri de emisii și au folosit modele pentru a explica că acest fenomen se datorează fenomenului MAD.
Ce sunt binarele cu găuri negre X-ray?
În afară de găurile negre supermasive găsite în centrul galaxiilor, numeroase găuri negre de masă stelară mai mici sunt răspândite în întreaga univers.
Aceste găuri negre mai mici fac adesea parte din sisteme stelare binare din Calea Lactee. De obicei, ele sunt liniștite și emit o cantitate minimă de radiații electromagnetice.
Cu toate acestea, ele intră ocazional într-o fază de erupție, în timpul căreia emit raze X intense. Astfel de sisteme binare sunt denumite binare cu găuri negre X-ray.
În acest nou studiu privind erupția binarului cu găuri negre X-ray MAXI J1820+070, cercetătorii au descoperit că emisiile radio erau cu aproximativ opt zile mai lente, iar emisiile optice erau în jur de 17 zile în urma razelor X super-luminoase aproape de gaura neagră. Conform lor, aceste întârzieri sugerează că fenomenele semnificative.
Cu alte cuvinte, câmpul magnetic slab din regiunea exterioară a discului de acumulare era transportat spre interior de gazul fierbinte, determinând extinderea fluxului de acumulare fierbinte în sens radial.
Această expansiune a condus la intensificarea câmpului magnetic în apropierea găurii negre, formând un MAD aproximativ opt zile după vârful emisiilor de raze X dure.
"Studiul nostru dezvăluie pentru prima dată procesul de transport al câmpului magnetic în fluxul de acumulare și procesul de formare a MAD în apropierea găurii negre", a declarat primul autor Asoc. Prof. YOU Bei într-un comunicat de presă.
"Aceasta reprezintă dovada observațională directă a existenței unui disc blocat magnetic."
Prof. CAO Xinwu, care a condus studiul alături de colegii săi, a subliniat că găurile negre acumulează materie în mod constant, indiferent de dimensiunea lor.
Prin urmare, cercetarea echipei sale ne va ajuta să înțelegem mai bine cum se formează câmpurile magnetice la scară largă și cum găurile negre, indiferent de dimensiunea lor, produc jeturi puternice de energie și accelerează obiectele din jurul lor.
Echipa anticipează observarea unor fenomene similare în alte sisteme de găuri negre cu acumulare în viitor, oferind mai multe informații despre funcționarea acestor enigme cosmice.
Înțelegerea acumulării și a câmpurilor magnetice
Accumularea este procesul prin care găurile negre capturează gazul din jur, formând un flux de acumulare.
În cadrul acestui flux, procesele de vâscozitate eliberează energie potențială gravitatională, o parte din aceasta transformându-se în radiații la mai multe lungimi de undă. Această radiație este observabilă, permițând oamenilor de știință să studieze găurile negre.
Cu toate acestea, câmpurile magnetice care înconjoară găurile negre rămân invizibile. Pe măsură ce gazul este atras în gaura neagră, el trage și aceste câmpuri magnetice spre interior.
Teoriile anterioare au propus că, pe măsură ce gazul introduce în mod continuu câmpuri magnetice externe slabe, puterea câmpului ar crește treptat către fluxul de acumulare interior. Acest lucru ar contracara atracția gravitațională a găurii negre, ducând la formarea unui disc magnetic blocat (MAD) atunci când câmpul magnetic atinge o anumită putere.
Cu toate că teoria MAD există de ceva timp și a explicat diverse observații legate de acumularea găurilor negre, dovezi observaționale directe lipseau.
Rezumatul studiului
Accumularea de material pe o gaură neagră trage înăuntru orice câmpuri magnetice prezente, crescându-le intensitatea. Teoria prezice că câmpurile magnetice suficient de puternice pot opri fluxul de acumulare, producând un disc blocat magnetic (MAD). Am analizat observațiile arhivate la mai multe lungimi de undă ale unei erupții din binarul cu gaură neagră X-ray MAXI J1820+070 în 2018. Fluxurile radio și optice au fost întârziate în comparație cu fluxul de raze X cu aproximativ 8 și 17 zile, respectiv. Interpretăm acest lucru ca o dovadă pentru formarea unui MAD. În această scenariu, câmpul magnetic este amplificat de o coroană în expansiune, formând un MAD în jurul perioadei de vârf radio. Propunem că întârzierea optică se datorează instabilității termice și vâscoase în discul exterior.