Satelita Rossi bada pociski wyrzucone przez czarną dziurę

Satelita Rossi bada pociski wyrzucone przez czarną dziuręOriginal Press Release
Korzystając z obserwacji wykonanych przez satelitę NASA Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) oraz szeregu radioteleskopowego (VLBA), międzynarodowy zespół astronomów zidentyfikował moment, w którym czarna dziura w naszej galaktyce wystrzeliła w przestrzeń ultra szybkie pociski gazu.

Podobnie jak sędzia na meczu sportowym, mogliśmy w pewnym sensie przewinąć wstecz dostępny materiał opisujący przemieszczanie się pocisków, aż do wskazania miejsca, z którego zostały wystrzelone. Dzięki unikalnym możliwościom RXTE i VLBA mogliśmy powiązać wyrzucenie pocisków ze zmianami, które najprawdopodobniej sygnalizował początek tych procesów

Gregory Sivakoff
University of Alberta w Kanadzie

Badania skoncentrowały się na wybuchu, który miał miejsce w połowie 2009 roku w układzie podwójnym H1743-322 leżącym w odległości około 28 000 lat świetlnych w obrębie konstelacji Skorpiona. Odkryty przez sondę NASA HEAO-1 w 1977 układ ten  składa się z normalnej gwiazdy i czarnej dziury o średniej, choć nieznanej masie. Okrążają się w czasie mierzonym w dniach co umieszcza je tak blisko siebie, że z gwiazdy ku czarnej dziurze przepływa nieprzerwany strumień materii. Przepływający gaz tworzy wokół czarnej dziury spłaszczony dysk akrecyjny o średnicy kilku milionów kilometrów – kilka razy szerszy niż średnica Słońca. W miarę jak materia wirując opada do wnętrza podlega sprężaniu i ogrzewaniu do temperatury dziesiątek milionów stopni – staje się tak gorąca, że emituje promieniowanie rentgenowskie.

Część opadające materii zostaje przekierowana z dysku akrecyjnego zasilając dwa skierowane przeciwne dżety wyrzucane wzdłuż osi rotacji dysku. Przez większość czasu poprzez dżety cząstki przepływają jednostajnym strumieniem. Od czasu do czasu jednak następuje przemiana dżetu i ma miejsce gwałtowniejszy przepływ miotający masywne pociski gazu ze znacznie wyższymi, relatywistycznymi prędkościami.

Gdy na początku czerwca 2009 w H1743-322 nastąpiła taka zmiana, astronomowie śledzili ją za pomocą sondy RXTE oraz radioteleskopów VLBA, Very Large Array w pobliżu Socorro, jak również australijskiego szeregu radioteleskopowego ATCA w pobliżu Narrabri w Nowej Południowej Walii. Obserwatoria zarejestrowały zmiany zachodzące w promieniowaniu rentgenowskim i radiowym układu zachodzące w trakcie przemiany.

Od 28 maja do 2 czerwca emisje rentgenowskie i radiowe układu były dość stabilne, choć dane RXTE wskazują, że w tym samym okresie cykliczne wahania w paśmie rentgenowskim, znane jako quasi-okresowe oscylacje (QPO – Quasi-Periodic Oscillations), stopniowo zwiększały częstotliwość. W dniu 4 czerwca, pomiary ATCA wykazały, że emisja radiowa znacznie osłabła .

Astronomowie interpretują QPO jako sygnały wytwarzane przez oddziaływanie zagęszczonego obłoku zjonizowanego gazu w dysku akrecyjnym zbliżającego się do czarnej dziury. Kiedy RXTE zbadał system 5 czerwca QPO zanikł. Tego samego dnia emisja radiowa nasiliła się. Niezwykle szczegółowy obraz dostarczony przez VLBA ujawnił jasny, emitujący promieniowanie radiowe pocisk gazu oddalający się od układu w kierunku jednego z dżetów. W dniu 6 czerwca zauważono drugi pocisk, oddalający się w przeciwnym kierunku.

Dotąd astronomowie wiązali początek rozbłysku radiowego z momentem wyrzucenia pocisków. Jednak na podstawie danych VLBA zespół obliczył, że pociski zostały wystrzelone 3 czerwca – dwa dni przed głównym rozbłyskiem radiowym.

„Badanie to dostarcza nowych wskazówek na temat warunków koniecznych do zainicjowania dżetu i mogą pomóc nam zrozumieć jak do tego dochodzi „- mówi Chris Done, astrofizyk z Uniwersytetu w Durham w Anglii, który nie brał udziału w badaniu.

To samo zjawisko zachodzi – choć w znacznie większej skali – w jądrach aktywnych galaktyk, gdzie czarna dziura o masie milionów do miliardów razy większej od masy Słońca może napędzać wypływy gazu o rozmiarach milionów lat świetlnych.

„Dżety czarnych dziur w układach podwójnych działają jak przyspieszone wersje swoich kuzynów galaktycznej, dając nam wgląd w to, w jaki sposób działają i jak ogromna ilość energii, którą emitują może wpłynąć na wzrost galaktyk i gromad galaktyk „- mówi kierujący badaniami James Miller-Jones z Międzynarodowym Centrum Badań Radioastronomicznych na Curtin University w Perth w Australii.

Źródła:

NASA'S RXTE Helps Pinpoint Launch of 'Bullets' in a Black Hole's Jet

Using observations from NASA's Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) satellite and the National Science Foundation's (NSF) Very Long Baseline Array (VLBA) radio telescope, an international team of astronomers has identified the moment when a black hole in our galaxy launched super-fast knots of gas into space.

Racing outward at about one-quarter the speed of light, these „bullets” of ionized gas are thought to arise from a region located just outside the black hole's event horizon, the point beyond which nothing can escape.

„Like a referee at a sports game, we essentially rewound the footage on the bullets' progress, pinpointing when they were launched,” said Gregory Sivakoff of the University of Alberta in Canada. He presented the findings today at the American Astronomical Society meeting in Austin, Texas. „With the unique capabilities of RXTE and the VLBA, we can associate their ejection with changes that likely signaled the start of the process.”

Racing outward at about one-quarter the speed of light, these „bullets” of ionized gas are thought to arise from a region located just outside the black hole's event horizon, the point beyond which nothing can escape.

„Like a referee at a sports game, we essentially rewound the footage on the bullets' progress, pinpointing when they were launched,” said Gregory Sivakoff of the University of Alberta in Canada. He presented the findings today at the American Astronomical Society meeting in Austin, Texas. „With the unique capabilities of RXTE and the VLBA, we can associate their ejection with changes that likely signaled the start of the process.”

The research centered on the mid-2009 outburst of a binary system known as H1743–322, located about 28,000 light-years away toward the constellation Scorpius. Discovered by NASA's HEAO-1 satellite in 1977, the system is composed of a normal star and a black hole of modest but unknown masses. Their orbit around each other is measured in days, which puts them so close together that the black hole pulls a continuous stream of matter from its stellar companion. The flowing gas forms a flattened accretion disk millions of miles across, several times wider than our sun, centered on the black hole. As matter swirls inward, it is compressed and heated to tens of millions of degrees, so hot that it emits X-rays.

Some of the infalling matter becomes re-directed out of the accretion disk as dual, oppositely directed jets. Most of the time, the jets consist of a steady flow of particles. Occasionally, though, they morph into more powerful outflows that hurl massive gas blobs at significant fractions of the speed of light.

In early June 2009, H1743–322 underwent this transition as astronomers watched with RXTE, the VLBA, the Very Large Array near Socorro, N.M., and the Australia Telescope Compact Array (ATCA) near Narrabri in New South Wales. The observatories captured changes in the system's X-ray and radio emissions as the transformation occurred.

From May 28 to June 2, the system's X-ray and radio emissions were fairly steady, although RXTE data show that cyclic X-ray variations, known as quasi-periodic oscillations or QPOs, gradually increased in frequency over the same period. On June 4, ATCA measurements showed that the radio emission had faded significantly.

Astronomers interpret QPOs as signals produced by the interaction of clumps of ionized gas in the accretion disk near the black hole. When RXTE next looked at the system on June 5, the QPOs were gone.

The same day, the radio emission increased. An extremely detailed VLBA image revealed a bright, radio-emitting bullet of gas moving outward from the system in the direction of one of the jets. On June 6, a second blob, moving away in the opposite direction, was seen.

Until now, astronomers had associated the onset of the radio outburst with the bullet ejection event. However, based on the VLBA data, the team calculated that the bullets were launched on June 3, about two days before the main radio flare. A paper on the findings will be published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

„This research provides new clues about the conditions needed to initiate a jet and can guide our thinking about how it happens,” said Chris Done, an astrophysicist at the University of Durham, England, who was not involved in the study.

A super-sized version of the same phenomenon occurs at the center of an active galaxy, where a black hole weighing millions to billions of times our sun's mass can drive outflows extending millions of light-years.

„Black hole jets in binary star systems act as fast-forwarded versions of their galactic-scale cousins, giving us insights into how they work and how their enormous energy output can influence the growth of galaxies and clusters of galaxies,” said lead researcher James Miller-Jones at the International Center for Radio Astronomy Research at Curtin University in Perth, Australia.

The Rossi X-ray Timing Explorer, which operated from Dec. 1995 to Jan. 2012, was managed by NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. The VLBA, the world's largest and highest-resolution astronomical instrument, is controlled from the National Radio Astronomy Observatory's Domenici Science Operations Center.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *