Kara deliğin etrafında manyetik olarak tutuklanan bir diskin oluşturulduğu kara delik X-ışını ikili MAXI J1820+070’in bir çizimi. Katkıda bulunan kişi: You Bei
İlk kez, küresel bir bilim insanı ekibi, bir kara deliğin birikim akışındaki manyetik alan aktarım süreçlerini ve ayrıca manyetik olarak tutuklanan bir diskin oluşumunu ortaya çıkardı. veya kara deliğin yakınındaki “MAD”.
Bu buluş, MAXI J1820+070 olarak bilinen kara delik X-ışını ikili sisteminden gelen bir patlama olayının çok dalga boylu gözlemlerinden elde edildi. Ekip, çalışmaları için Çin’in ilk X-ışını astronomik uydusu Insight-HXMT’nin yanı sıra birkaç başka teleskoptan da yararlandı.
Keşiflerinin anahtarı, kara delik jetinden gelen radyo emisyonunun ve optik emisyonun gözlemlenmesiydi. birikim akışının dış bölgesinden gelen akış, birikim akışının iç bölgesindeki sıcak gazdan gelen sert X-ışınlarının (yani, sıcak birikim akışının) sırasıyla yaklaşık sekiz gün ve 17 gün gerisinde kalır.
{6 }Bu bulgular 31 Ağustos’ta Science dergisinde yayınlandı.
Çalışma Doç. Wuhan Üniversitesi’nden Prof. You Bei, Zhejiang Üniversitesi’nden Prof. Cao Xinwu ve Çin Bilimler Akademisi Şanghay Astronomi Gözlemevi’nden (SHAO) Prof. Yan Zhen.
Çoklu- kara delik X-ışını ikili MAXI J1820+070’in dalga boyu ışık eğrileri (zaman içinde parlaklıktaki değişimi gösterir). Kredi: SHAO
Bir kara deliğin gazı yakalama süreci “birikim” olarak bilinir ve kara deliğe düşen gaza bir yığılma akışı denir. Birikim akışı içindeki viskoz süreçler, enerjinin bir kısmı çok dalga boylu radyasyona dönüştürülerek, yerçekimi potansiyel enerjisini etkili bir şekilde serbest bırakır. Bu radyasyon, yer tabanlı ve uzay teleskopları tarafından gözlemlenebilir ve bu da kara deliği “görmemize” olanak tanır.
Ancak kara deliğin çevresinde “görünmeyen” manyetik alanlar vardır. Kara delik gaz biriktirirken aynı zamanda manyetik alanı da içeriye doğru sürükler. Önceki teoriler, biriken gazın sürekli olarak zayıf dış manyetik alanlar getirmesi nedeniyle manyetik alanın, birikim akışının iç bölgesine doğru giderek güçlendiğini öne sürüyordu. Toplanma akışındaki dışarı doğru manyetik kuvvet artar ve kara deliğin içe doğru olan çekim kuvvetine karşı koyar. Bu nedenle kara deliğin yakınındaki birikim akışının iç bölgesinde, manyetik alan belirli bir kuvvete ulaştığında, biriken madde manyetik alan tarafından sıkışıp kalır ve kara deliğin içine serbestçe düşemez. Bu fenomen, manyetik olarak tutuklanan disk olarak bilinir.
MAD teorisi yıllar önce önerildi ve kara delik birikmesiyle ilgili bazı gözlemsel fenomenleri başarıyla açıkladı. Bununla birlikte, bir MAD’nin varlığına ilişkin doğrudan gözlemsel kanıt mevcut değildi ve MAD oluşumu ve manyetik aktarım mekanizmaları gizemini korudu.
Yığılma akışının, manyetik alanın ve jet evriminin şematik gösterimi. Kredi: SHAO
Hemen hemen her galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin yanı sıra, evrende çok daha fazla yıldız kütleli kara delik vardır. Gökbilimciler Samanyolu’ndaki birçok ikili yıldız sisteminde yıldız kütleli kara delikler tespit ettiler. Bu kara delikler genellikle Güneş’in yaklaşık on katı kadar bir kütleye sahiptir. Çoğu zaman bu kara delikler hareketsiz durumdadır ve son derece zayıf elektromanyetik radyasyon yayarlar. Ancak ara sıra birkaç ay hatta yıllarca sürebilen bir patlama dönemine girerler ve parlak X-ışınları üretirler. Sonuç olarak, bu tür ikili yıldız sistemlerine genellikle kara delik X-ışını ikili dosyaları denir.
Bu çalışmada araştırmacılar, kara delik X-ışını patlamasının çok dalga boylu veri analizini gerçekleştirdiler. ışın ikili MAXI J1820+070. Sert X-ışını emisyonunun bir zirve sergilediğini ve bunu sekiz gün sonra radyo emisyonunda bir zirvenin izlediğini gözlemlediler. Jetten gelen radyo emisyonu ile sıcak birikim akışından gelen sert X-ışınları arasındaki bu kadar uzun bir gecikme eşi benzeri görülmemiş bir durumdur.
Bu gözlemler, birikim diskinin dış bölgesindeki zayıf manyetik alanın kütleye taşındığını göstermektedir. iç bölge sıcak gaz tarafından etkilenir ve sıcak birikim akışının radyal boyutu, birikim hızı azaldıkça hızla genişler. Sıcak birikim akışının radyal boyutu ne kadar büyük olursa, manyetik alandaki artış da o kadar büyük olur. Bu, kara deliğin yakınındaki manyetik alanın hızlı bir şekilde güçlenmesine yol açarak, sert X-ışını emisyonunun zirvesinden yaklaşık sekiz gün sonra bir MAD oluşumuyla sonuçlanır.
“Çalışmamız ilk kez ortaya koyuyor birikim akışında manyetik alan taşınması süreci ve kara deliğin yakınında MAD oluşumu süreci. Bu, manyetik olarak tutuklanan bir diskin varlığının doğrudan gözlemsel kanıtını temsil ediyor” dedi. Prof. You Bei, çalışmanın ilk yazarı ve eş-yazılımcı yazarı.
Ayrıca, araştırma ekibi, birikim akışının dış bölgesinden gelen optik emisyon ile optik emisyon arasında benzeri görülmemiş bir gecikme (yaklaşık 17 gün) gözlemledi. sıcak birikim akışından kaynaklanan sert X ışınları. Kara delik X-ışını ikilisinin patlamasının sayısal simülasyonları yoluyla, patlama sona yaklaştıkça, sert X-ışınlarının ışınlanmasının, uzak dış bölgeden daha fazla biriken malzemenin kara deliğe doğru düşmesine neden olduğu keşfedildi. istikrarsızlık. Bu, birikim akışının dış bölgesinde optik bir parlamaya yol açar; zirve, sıcak birikim akışından gelen sert X-ışınlarının zirvesinden yaklaşık 17 gün sonra meydana gelir.
“Siyahın evrenselliği nedeniyle Farklı kütle ölçeklerine sahip kara delikler için birikim süreçlerinin aynı fiziksel yasaları takip ettiği delik birikim fiziği, bu araştırma, büyük ölçekli manyetik alan oluşumu, jet gücü ve farklı kütle ölçeklerindeki kara deliklerin birikmesine yönelik hızlanma mekanizmaları ile ilgili bilimsel soruların anlaşılmasını geliştirecektir. kütle ölçekleri,” dedi çalışmanın ortak yazarlarından Prof. Cao Xinwu.
MAXI J1820+070’de gözlemlenenlere benzer olayların, yakın gelecekte daha fazla biriken kara delik sistemlerinde de gözlemlenmesi bekleniyor, Çalışmanın ortak yazarlarından Prof. Yan Zhen şunları belirtti.
Referans: Bei You, Xinwu Cao, Zhen Yan, “Bir kara delik x-ışını ikilisinin gözlemleri, manyetik olarak tutuklanan bir diskin oluşumunu gösteriyor”, Jean-Marie Hameury, Bozena Czerny, Yue Wu, Tianyu Xia, Marek Sikora, Shuang-Nan Zhang, Pu Du ve Piotr T. Zycki, 31 Ağustos 2023, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abo4504{ 15}