Nowe spojrzenie na czarne dziury: odkrycia dzięki misji IXPE
NASA-owska misja IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) dostarcza przełomowych informacji o kluczowych strukturach związanych z czarnymi dziurami. Szczególnie ważne są odkrycia dotyczące dysków akrecyjnych oraz gorących obszarów plazmy zwanych koroną, które otaczają te potężne obiekty kosmiczne.
Ekscytujące odkrycie w Swift J1727.8-1613
Latem 2023 roku naukowcy odkryli czarną dziurę w układzie podwójnym Swift J1727.8-1613 podczas nietypowego rozbłysku rentgenowskiego. To wyjątkowe zdarzenie spowodowało, że układ chwilowo stał się jednym z najjaśniejszych źródeł promieniowania rentgenowskiego na niebie, przewyższając swoją jasnością nawet Mgławicę Kraba, będącą standardowym „znacznikiem” jasności rentgenowskiej. Chociaż takie rozbłyski zdarzają się w układach podwójnych gwiazd, to intensywność i bliskość tego zjawiska – zaledwie 8800 lat świetlnych od Ziemi – uczyniły je szczególnie interesującym.
IXPE była pierwszym teleskopem, który zarejestrował to zjawisko na każdym etapie: od początku rozbłysku, przez jego szczytową jasność, aż po powrót układu do stanu spoczynku. Dzięki współpracy z innymi instrumentami astronomicznymi udało się uzyskać pełny obraz ewolucji tego wydarzenia.
Astrofizyk Alexandra Veledina z Uniwersytetu w Turku w Finlandii, która uczestniczyła w badaniu, podkreśliła niezwykłą dynamikę zjawiska. „Od momentu wykrycia rozbłysku do osiągnięcia maksimum jasności minęło zaledwie kilka dni. IXPE i inne teleskopy od razu rozpoczęły zbieranie danych. Było to wyjątkowe doświadczenie – obserwować to wydarzenie od początku do końca.”
Czarne dziury w układach podwójnych
Układy rentgenowskie, takie jak Swift J1727, składają się z dwóch bliskich sobie ciał niebieskich na różnych etapach ewolucji. Kiedy masywniejsza gwiazda umiera, kończąc swój żywot w eksplozji supernowej, pozostawia po sobie obiekt zwarty: neutronową gwiazdę, białego karła lub czarną dziurę. W tym układzie potężna grawitacja czarnej dziury „kradnie” materię z towarzyszącej gwiazdy. Materia ta, podgrzewając się do temperatury przekraczającej 1 800 000 stopni Fahrenheita (ponad milion stopni Celsjusza), tworzy dysk akrecyjny emanujący promieniowanie rentgenowskie.
Przy biegunach czarnej dziury mogą również powstawać relatywistyczne dżety – strumienie materii wyrzucanej z systemu z prędkościami bliskimi prędkości światła.
Polarizacja promieniowania rentgenowskiego – klucz do nowych odkryć
Misja IXPE specjalizuje się w badaniu polaryzacji promieniowania rentgenowskiego, która pozwala mapować kształty i struktury wokół takich ekstremalnych źródeł energii. Dzięki temu naukowcy mogą lepiej zrozumieć, co dzieje się w najbliższym otoczeniu czarnych dziur, mimo że same te obiekty są niewidoczne – żadna forma światła nie jest w stanie uciec z ich grawitacyjnego uścisku.
Jak wyjaśnia Veledina: „Nie możemy zobaczyć czarnych dziur bezpośrednio, ponieważ światło nie jest w stanie uciec z ich pola grawitacyjnego. Dlatego badamy to, co dzieje się wokół nich. IXPE odgrywa kluczową rolę w tym procesie.”
Nowe badania nad Swift J1727
W serii badań opublikowanych w prestiżowych czasopismach naukowych, takich jak The Astrophysical Journal oraz Astronomy & Astrophysics, naukowcy analizowali różne aspekty rozbłysku Swift J1727. Veledina i Adam Ingram z Uniwersytetu Newcastle w Anglii skupili się na początkowych fazach zdarzenia, badając korony jako główne źródło promieniowania rentgenowskiego. Według Velediny, „IXPE zarejestrowała polaryzację promieniowania rentgenowskiego zgodnie z przewidywaną geometrią dżeta czarnej dziury. To potwierdza, że płaszczyzna dysku akrecyjnego i gorącej plazmy są zgodne geometrycznie zarówno w przypadku układów krótkotrwałych, jak i tych długotrwałych, takich jak Cygnus X-1.”
Inne badania, prowadzone przez naukowców z Czeskiej Akademii Nauk, Jiříego Svobodę oraz Jakuba Podgornego, skupiły się na zmianach w geometrii korony i dysku akrecyjnego w późniejszych etapach zdarzenia. Znaleziono dowody na to, że mimo ogromnych zmian w jasności rentgenowskiej, geometria korony pozostała w dużej mierze niezmienna między początkiem a końcem rozbłysku.
Skok w zrozumieniu czarnych dziur
Odkrycia związane z Swift J1727 stanowią istotny krok naprzód w badaniach nad ewolucją systemów rentgenowskich z czarnymi dziurami. Dzięki unikalnym właściwościom IXPE, naukowcy mogli prześledzić całą sekwencję zdarzeń i lepiej zrozumieć, jak dyski akrecyjne, korony i dżety współdziałają w dynamicznych układach podwójnych.
Michal Dovčiak, lider grupy badawczej IXPE zajmującej się czarnymi dziurami, podkreśla, że to dopiero początek: „Potrzebujemy więcej obserwacji bliskiego otoczenia czarnych dziur w układach podwójnych, ale ta pierwsza kampania obserwacyjna Swift J1727 jest idealnym początkiem nowego rozdziału w badaniach wszechświata.”
Misja IXPE – międzynarodowa współpraca
Misja IXPE jest wspólnym przedsięwzięciem NASA oraz Włoskiej Agencji Kosmicznej, realizowanym we współpracy z partnerami z 12 krajów. Instrumenty naukowe i operacje nadzorowane są przez Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla w Alabamie, przy wsparciu Ball Aerospace z Kolorado oraz Uniwersytetu Kolorado w Boulder.
Instrument IXPE nieustannie dostarcza przełomowych danych, pozwalając odkrywać tajemnice wszechświata. Naukowcy liczą, że w nadchodzących latach misja przyczyni się do jeszcze większej ilości przełomowych odkryć, które pozwolą rozwikłać złożone mechanizmy działania czarnych dziur.
