Znajdź zawartość

W jednym z laboratoriów na Imperial College London odtworzono wirujący dysk plazmy, z tych, jakie otaczają czarne dziury i tworzące się gwiazdy. Eksperyment pozwala lepiej modelować procesy, zachodzące w takich dyskach, a naukowcy mają nadzieję, że dzięki temu dowiedzą się, jak rosną czarne dziury i powstają gwiazdy. Gdy materia zbliża się do czarnej dziury, jest rozgrzewana i staje się plazmą, czwartym stanem materii składającym się z naładowanych jonów i wolnych elektronów. Zaczyna też się obracać, tworząc dysk akrecyjny. W wyniku obrotu powstają siły odśrodkowe odrzucające plazmę na zewnątrz, jednak siły te równoważy grawitacja czarnej dziury. Naukowcy chcą poznać odpowiedź na pytanie, w jaki sposób czarna dziura rośnie, skoro materia – w formie plazmy – pozostaje na jej orbicie. Najbardziej rozpowszechniona teoria mówi, że niestabilności w polu magnetycznym plazmy prowadzą do pojawienia się tarcia, plazma traci energię i wpada do czarnej dziury. Dotychczas mechanizm ten badano za pomocą ciekłych wirujących metali. Za ich pomocą sprawdzano, co dzieje się, gdy pojawi się pole magnetyczne. Jednak metale te zamknięte są w rurach, co nie oddaje w pełni swobodnie poruszającej się plazmy. Doktor Vincente Valenzuela-Villaseca i jego zespół wykorzystali urządzenie Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) do stworzenia wirującego dysku plazmy. Za jego pomocą przyspieszyli osiem strumieni plazmy i doprowadzili do ich zderzenia, w wyniku czego powstała obracająca się kolumna plazmy. Odkryli, że im bliżej środka, tym plazma porusza się szybciej. To ważna cecha dysków akrecyjnych. MAGPIE generuje krótkie impulsy plazmy, przez co w utworzonym dysku dochodziło tylko do jednego obrotu. Jednak liczbę obrotów będzie można zwiększyć wydłużając czas trwania impulsów plazmy. Przy dłużej istniejących dyskach możliwe będzie też zastosowanie pól magnetycznych i zbadanie ich wpływu na plazmę. Zaczynamy badać dyski akrecyjne w nowy sposób, zarówno za pomocą Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, jak i naszego eksperymentu. Pozwoli nam to przetestować różne teorie i sprawdzić, czy zgadzają się one z obserwacjami, mówi Valenzuela-Villaseca. Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters. « powrót do artykułu

Profesor Bożena Czerny z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN jest pierwszą Polką uhonorowaną Nagrodą im. Lodewijka Woltjera przez Europejskie Towarzystwo Astronomiczne. Polska uczona została nagrodzona za wkład w zrozumienie fizyki dysków akrecyjnych i obszarów powstawania szerokich linii emisyjnych w aktywnych jądrach galaktyk, a także za prace nad kwazarami i ciemną energią. Profesor Czerny ukończyła fizykę teoretyczną na Uniwersytecie Warszawskim. W 1978 roku rozpoczęła pracę w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN. W 1984 roku uzyskała tytuł doktora. Jej rozprawa dotyczyła dysków akrecyjnych. W 2015 roku rozpoczęła pracę w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. W latach 2012–2020 była wydawcą naukowym The Astrophysical Journal Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, w 2019 roku Czeska Akademia Nauk uhonorowała panią profesor Medalem Zasługi im. Ernsta Macha. Zainteresowania naukowe profesor Czerny dotyczą głównie modelowania procesów zachodzących w pobliżu czarnych dziur w centrach aktywnych galaktyk, w układach podwójnych oraz porównywania modeli z danymi obserwacyjnymi. Już na początku swojej kariery naukowej zaczęła badać fizyczne podstawy ruchu materii z wewnętrznych obszarów dysku akrecyjnego w kierunku horyzontu zdarzeń. Jest jednym z pionierów badań nad zmiennością promieniowania rentgenowskiego w aktywnych centrach galaktyk i pionowym ułożeniem warstw w dyskach akrecyjnych. We współpracy z naukowcami z Uniwersytetów Cambridge, Harvarda i Leicester badała emisję z dysków akrecyjnych w aktywnych jądrach galaktyk. Badała niestabilności dysków akrecyjnych, a w 2011 roku stworzyła, bazujący na ciśnieniu promieniowania działającym na pył nowy model struktury obszarów powstawania szerokich linii emisyjnych (FRADO – Failed Radiatively Accelerated Dusty Outflow). W ostatnim czasie uczona skupia się na pomiarach światła w echo odległych kwazarów, by w ten sposób dokładniej określić odległość do nich. Cieszę się, że jako Polka mogę mieć tak duży wkład w rozwój fizyki i astronomii. Każda publikacja, nowe odkrycie i zdobywane nagrody motywują do dalszego działania. Wierzę w to, że swoją aktywnością otwieram furtkę do lepszego zrozumienia wszechświata, mówi profesor Czerny. « powrót do artykułu

Znaczna część gwiazd w toku swojej ewolucji zamienia się w białe karły, niezwykle gęste obiekty wielkości Ziemi o masie zbliżonej do masy Słońca. Teraz po raz pierwszy astronomowie zauważyli białego karła nagle zmieniającego jasność w bardzo krótkim czasie. Znajduje się on w układzie podwójnym w odległości około 1400 lat od Ziemi i pobiera materię materię z towarzyszącej mu gwiazdy. Naukowcy zaobserwowali, że do spadków jasności badanego przez nich białego karła dochodzi w ciągu zaledwie 30 minut. Dotychczas w przypadku innych znanych białych karłów proces taki zajmował całe dni lub miesiące. Na jasność karła wyciągającego materię z towarzyszącej mu gwiazdy wpływa dostępność tej materii. Zwykle jej przepływ jest mniej więcej stały, więc do spadków jasności dochodzi powoli. Jednak w wypadku karła w układzie TW Pictoris, spadki jasności i jej ponowne zwiększanie się, zachodzą niezwykle szybko. Naukowcy sądzą, że coś wpływa na dostawy materii do karła. TW Pictoris składa się z białego karła otoczonego dyskiem akrecyjnym z helu i wodoru pochodzącego od towarzyszącej mu chłodniejszej gwiazdy. Uczeni z Durham University, korzystający z teleskopu kosmicznego TESS, którego głównym zadaniem jest szukanie planet podobnych do Ziemi, zauważyli szybkie zmiany jasności białego karła. Coś, czego nigdy wcześniej nie odkryto. Naukowcy sądzą, że przyczyną mogą być rekonfiguracje pola magnetycznego gwiazdy. Gdy karzeł może swobodnie pochłaniać materię z dysku akrecyjnego, jego jasność jest wysoka. Jednak nagle jasność gwiazdy gwałtownie spada. Gdy się to dzieje, jej pole magnetyczne wiruje tak szybko, że pojawia się bariera odśrodkowa, która zatrzymuje opadanie materiału z dysku akrecyjnego. W tej fazie ilość materiału dostarczanego do białego karła jest regulowana przez wirujące pole magnetyczne. Po jakimś czasie cały system ponownie się „włącza” i jasność gwiazdy znowu rośnie. Główny autor badań, doktor Simone Caringi z Centre for Extragalactic Astronomy na Durham Univeristy mówi, że zachowanie tego białego karła można porównać ze zjawiskiem obserwowanym w przypadku znacznie mniejszych gwiazd neutronowych. To może być ważny krok, ku lepszemu zrozumieniu procesu, w jaki sposób obiekty czerpią materię z dysku akrecyjnego oraz jaką rolę odgrywa w tym pole magnetyczne. Jako, że białe karły są bardziej powszechne niż gwiazdy neutronowe, naukowcy mają nadzieję, że odkryją więcej przykładów takiego zachowania i lepiej zrozumieją proces samej akrecji. « powrót do artykułu

Czarnych dziur nie możemy bezpośrednio obserwować. Widzimy jednak gaz i pył, które świecą, gdy są przez nie wchłaniane. Wciągana do czarnej dziury materia wiruje na podobieństwo wody wpływającej do dziury, a nad i pod dziurą pojawia się tzw. korona, zbudowana z jasno świecącego ultragorącego gazu. Przed dwoma laty astronomowie ze zdumieniem zaobserwowali, że korona czarnej dziury w galaktyce 1ES 1927+654 szybko zniknęła, a później równie szybko jest pojawiła. Korony czarnych dziur mogą zmieniać jasność nawet 100-krotnie. Jednak w naszym przypadku doszło do bezprecedensowego wydarzenia. W ciągu zaledwie 40 dni jasność korony zmniejszyła się 10 000 razy. Niemal natychmiast korona zaczęła świecić coraz mocniej i po kolejnych 100 dniach jej blask był 20-krotniej silniejszy niż przed przygasaniem. Jako, że blask korony jest bezpośrednio związany z materią wchłanianą przez czarną dziurę, zaobserwowane zjawisko świadczyło o tym, że źródło materii zostało odcięte. Jednak co mogło być przyczyną tak spektakularnego wydarzenia? Międzynarodowy zespół astronomów z Izraela, USA, Wielkiej Brytanii, Chin, Kanady i Chile uważa, że przyczyną czasowego zniszczenia korony była zabłąkana gwiazda. Znalazła się ona zbyt blisko czarnej dziury i została rozerwana przez siły pływowe. Jej szybko poruszające się szczątki mogły spaść na dysk gazu otaczającego dziurę i chwilowo go rozproszyć. Zwykle nie obserwujemy tak dużych zmian w dysku akrecyjnym czarnej dziury, mówi główny autor badań, profesor Claudio Ricci z chilijskiego Uniwersytetu im. Diego Portalesa. To było tak dziwne, że początkowo sądziliśmy, iż coś jest nie tak z naszymi danymi. Gdy stwierdziliśmy, że są one prawidłowe, poczuliśmy dużą ekscytację. Nie mieliśmy jednak pojęcia, z czym mamy do czynienie. NIkt, z kim rozmawialiśmy, nie obserwował wcześniej takiego zjawiska. Hipotezę o rozerwanej gwieździe wzmacnia fakt, że kilka miesięcy przed zniknięciem korony zauważono, że dysk akrecyjny badanej czarnej dziury nagle pojaśniał w paśmie widzialnym. Być może był to wynik pierwszego zderzenia z resztkami gwiazdy. Najnowsze odkrycie jest również o tyle cenne, że naukowcy mogli całe zjawisko obserwować w czasie rzeczywistym. Oczywiście uwzględniając fakt, że galaktyka 1ES 1927+654 znajduje się w odległości 300 milionów lat świetlnych od Ziemi. Kiedy bowiem obserwatoria doniosły o pojaśnieniu dysku akrecyjnego zespół Ricciego zaczął obserwować czarną dziurę za pomocą kilku narzędzi. Wykorzystano teleskop NICER znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, Neil Gehrels Swift Observatory, NuSTAR oraz XMM-Newton. Wszystkie one zapewniały ciągły napływ danych przez wiele miesięcy, co pozwoliło na obserwowanie zniknięcia i pojawienia się korony. Autorzy badań nie wykluczają, że mogą istnieć inne wyjaśnienia obserwowanego zjawiska. Podkreślają, że jedną z wyróżniających się cech tego, co obserwowali był fakt, że spadek jasności korony nie był liniowy. Zmiany zachodziły w różnym tempie, czasami jasność korony spadała 100-krotnie w czasie zaledwie 8 godzin. Wiadomo, że korony czarnych dziur mogą tak bardzo zmieniać jasność, jednak w znacznie dłuższym czasie. Tak dramatyczne skoki, do których dochodziło całymi miesiącami, to coś niezwykłego. Te dane wciąż stanowią zagadkę. Ale to niezwykle ekscytujące, gdyż oznacza, że uczymy się czegoś nowego o wszechświecie. Sądzimy, że hipoteza o gwieździe jest dobra, ale wiemy, że jeszcze przez długi czas będziemy to analizowali, mówi współautor badań profesor Erin Kara z MIT. « powrót do artykułu

Teleskop Hubble'a zauważył cienki dysk materiału krążącego wokół czarnej dziury NGC 3147, która jest położona w odległości 130 milionów lat świetlnych od Ziemi. Problem w tym, że zgodnie z współczesnymi teoriami dysk taki nie ma prawa istnieć. Jego obecność tak blisko czarnej dziury to okazja do przetestowania teorii względności Einsteina. Teorie te opisują grawitację jako zagięcie przestrzeni oraz relacje pomiędzy czasem a przestrzenią. Nigdy z taką dokładnością i to w świetle widzialnym nie obserwowaliśmy skutków opisywanych w ogólnej i szczególnej teorii względności, mówi Marco Chiaberge z Europejskiej Agencji Kosmicznej. Mamy niezwykłą okazję, by obserwować dysk materii znajdujący się bardzo blisko czarnej dziury. Tak blisko, że prędkości i intensywność grawitacji wpływają na wygląd fotonów. Bez odwołania się do teorii względności nie jesteśmy w stanie zrozumieć tego, co widzimy, dodaje główny autor badań, Stefano Bianchi z Universita degli Studi Roma Tre w Rzymie. Czarne dziury w pewnych typach galaktyk, takich jak NGC 3147 są „niedożywione”, gdyż brak jest wokół nich wystarczająco dużo materii, która byłaby przez nie regularnie wchłaniana. Materia wokół takich czarnych dziur jest „napompowana”, przypomina kształtem oponę, a nie płaski dysk wokół potężnych „dobrze odżywionych” czarnych dziur. Tymczasem materia wokół NGC 3147 ma kształt płaskiego dysku. Myśleliśmy, że ta czarna dziura będzie świetną kandydatką do potwierdzenia, że poniżej pewnej jasności dysk akrecyjny wokół obiektu przestaje istnieć. Jednak zaobserwowaliśmy coś, czego się nie spodziewaliśmy. Zauważyliśmy tam poruszający się gaz, którego właściwości można wyjaśnić tylko wtedy, gdy przyjmiemy, że mamy tam do czynienia z cienkim dyskiem materiału znajdującego się bardzo blisko czarnej dziury, mówi Ari Laor z Izraelskiego Instytutu Technologicznego Technion. Obecne modele mówią, że dysk akrecyjny formuje się, gdy wielkie ilości gazu zostaną przechwycone przez pole grawitacyjne czarnej dziury. Przechwycona materia emituje bardzo dużo światła i powstaje kwazar. Gdy do dyskuk napływa coraz mniej materiału, zaczyna się on rozpadać, staje się mniej jasny i zmienia strukturę. To, co zaobserwowaliśmy to pomniejszony kwazar. Nie sądziliśmy, że coś takiego istnieje. To taki sam dysk, jaki widzimy wokół obiektów o 1000 czy 100 000 razy jaśniejszych. Okazuje się zatem, że współczesne modele dynamiki gazów w słabo świecących aktywnych galaktykach są niewłaściwe, dodaje Bianchi. Niezwykle cenną dla nauki cechą niespodziewanego odkrycia jest fakt, że pole grawitacyjne czarnej dziury oddziałuje na dysk tak silnie, iż modyfikuje właściwości jego światła, do daje unikatową okazję do przetestowania teorii względności. Czarna dziura NGC 3147 ma masę około 250 milionów mas Słońca. Materiał krąży wokół niej z prędkością ponad 10% prędkości światła. Przy tych prędkościach wydaje się, że emitowane przezeń światło jest coraz jaśniejsze od strony, z której gaz zbliża się do Ziemi, a przygasa, gdy gaz się oddala. Obserwacje wykazały także, że gaz jest tak mocno powiązany z grawitacją czarnej dziury, iż światło ma problem by się zeń wydobyć, przez co wydaje się, że jest emitowane w czerwonym zakresie spektrum. « powrót do artykułu