Bir Kara Deliğin Etrafında “MAD” Birikimi Nasıl Oluşur?

İlk kez küresel bir bilim insanı ekibi, bir kütlenin birikim akışındaki manyetik alan taşıma süreçlerini ortaya çıkardı. Kara delikkara deliğin yakınında manyetik olarak tutuklanan bir diskin veya “MAD” in oluşturulmasının yanı sıra.

Bu buluş, MAXI J1820+070 olarak bilinen kara delik X-ışını ikili sisteminden gelen bir patlama olayının çoklu dalga boyu gözlemlerinden geldi. Ekip, çalışmaları için Çin’in ilk X-ışını astronomik uydusu Insight-HXMT’nin yanı sıra diğer birkaç teleskopu da kullandı.

Keşiflerinin anahtarı, kara delik jetinden gelen radyo emisyonunun ve birikim akışının dış bölgesinden gelen optik emisyonun, birikim akışının iç bölgesindeki sıcak gazdan gelen sert X-ışınlarının gerisinde kaldığının gözlemlenmesiydi (yani, sıcak birikim akışı) sırasıyla yaklaşık sekiz gün ve 17 gün kadar azaldı.

Bu bulgular şu adreste yayınlandı: Bilim 31 Ağustos’ta.

Araştırma Doç. Wuhan Üniversitesi’nden Prof. You Bei, Zhejiang Üniversitesi’nden Prof. Cao Xinwu ve Çin Bilimler Akademisi Şangay Astronomi Gözlemevi’nden (SHAO) Prof. Yan Zhen.

Kara delik X-ışını ikili MAXI J1820+070’in çok dalga boylu ışık eğrileri (zaman içinde parlaklıktaki değişimi gösterir). Kredi bilgileri: SHAO

Bir kara deliğin gazı yakalama sürecine “birikim” adı verilir ve kara deliğin içine 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 kara deliği “görmemize” olanak tanır.

Ancak kara deliğin çevresinde “görünmeyen” manyetik alanlar var. 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 olaya manyetik olarak tutuklanan disk adı verilir.

MAD teorisi yıllar önce önerildi ve kara delik birikimiyle ilgili bazı gözlemsel olayları başarıyla açıkladı. Bununla birlikte, bir MAD’nin varlığına ilişkin doğrudan gözlemsel bir kanıt mevcut değildi ve MAD oluşumu ve manyetik aktarım mekanizmaları gizem olarak kaldı.

Yığılma akışının, manyetik alanın ve jet gelişiminin şematik gösterimi. Kredi bilgileri: SHAO

Neredeyse her galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliklere ek olarak, evrende çok daha fazla yıldız kütleli kara delik vardır. Gökbilimciler Dünya’daki birçok ikili yıldız sisteminde yıldız kütleli kara delikler tespit etti. Samanyolu. 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 ikilisi MAXI J1820+070’in patlamasının çok dalga boylu veri analizini gerçekleştirdi. 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 arasında bu kadar uzun bir gecikme eşi benzeri görülmemiş bir durumdur.

Bu gözlemler, birikim diskinin dış bölgesindeki zayıf manyetik alanın sıcak gaz tarafından iç bölgeye taşındığını ve birikim hızı azaldıkça sıcak birikim akışının radyal boyutunun hızla genişlediğini göstermektedir. 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 açar ve sert X-ışını emisyonunun zirvesinden yaklaşık sekiz gün sonra bir MAD oluşumuyla sonuçlanır.

“Çalışmamız ilk kez, birikim akışındaki manyetik alan taşıma sürecini ve kara delik çevresinde MAD oluşum sürecini ortaya koyuyor. Bu, manyetik olarak tutuklanan bir diskin varlığının doğrudan gözlemsel kanıtını temsil ediyor” dedi. Prof. You Bei, çalışmanın ilk yazarı ve eş-yazarı.

Ek olarak araştırma ekibi, birikim akışının dış bölgesinden gelen optik emisyon ile sıcak birikim akışından gelen sert X-ışınları arasında benzeri görülmemiş bir gecikme (yaklaşık 17 gün) gözlemledi. 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.

“Farklı kütle ölçeklerindeki kara delikler için birikim süreçlerinin aynı fiziksel yasaları takip ettiği kara delik birikim fiziğinin evrenselliği nedeniyle, bu araştırma, büyük ölçekli manyetik alan oluşumu, jet gücü ve ivme ile ilgili bilimsel soruların anlaşılmasını geliştirecektir. farklı kütle ölçeklerindeki kara deliklerin birikmesine yönelik mekanizmalar” dedi çalışmanın ortak yazarlarından Prof. Cao Xinwu.

Çalışmanın yazarlarından Prof. Yan Zhen, MAXI J1820+070’de gözlemlenenlere benzer olayların yakın gelecekte daha fazla biriken kara delik sistemlerinde de gözlemlenmesinin beklendiğini belirtti.

Referans: Bei You, Xinwu Cao, Zhen Yan, Jean-Marie Hameury, Bozena Czerny, Yue Wu, Tianyu Xia, Marek Sikora, Shuang-Nan tarafından “Bir kara delik x-ışını ikilisinin gözlemleri manyetik olarak tutuklanan bir diskin oluşumunu gösteriyor” Zhang, Pu Du ve Piotr T. Zycki, 31 Ağustos 2023, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abo4504