Bir kara deliğin etrafında ‘MAD’ birikimi nasıl oluşur?

Uluslararası bir bilimsel ekip, ilk kez bir kara deliğin birikim akışındaki manyetik alan aktarım süreçlerini ve bir kara deliğin yakınında bir “MAD”in (manyetik olarak tutuklanan bir disk) oluşumunu ortaya çıkardı.

Araştırmacılar bu keşfi, Çin’in ilk X-ışını astronomik uydusu Insight-HXMT’nin yanı sıra çok sayıda teleskop kullanarak, kara delik X-ışını ikili MAXI J1820+070’in patlama olayına ilişkin çok dalga boylu gözlemsel çalışmalar yürütürken gerçekleştirdiler.

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 Şanghay Astronomi Gözlemevi’nden (SHAO) Prof. Yan Zhen.

Bir kara deliğin gazı yakalama süreci “birikim” olarak bilinir ve kara deliğin içine düşen gaza bir birikim 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.

Neredeyse her galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliklere ek olarak, 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 güneşin 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.

Doç., “Çalışmamız ilk kez, birikim akışındaki manyetik alan taşınması sürecini ve kara deliğin yakınındaki MAD oluşum sürecini ortaya koyuyor. Bu, manyetik olarak tutuklanan bir diskin varlığına dair doğrudan gözlemsel kanıtı 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.