Mokslininkai pirmą kartą tiesiogiai išmatavo juodosios skylės čiurkšlių galią
Juodosios skylės laikomos vienais ekstremaliausių Visatos objektų. Jos gali išsviesti medžiagą beveik šviesos greičiu – galingomis plazmos srovėmis, vadinamomis čiurkšlėmis. Ilgą laiką manyta, kad tai vieni energingiausių reiškinių kosmose.
Tačiau naujas tyrimas, publikuotas žurnale „Nature Astronomy“, šią intuiciją pakoregavo. Mokslininkai nustatė, kad iš pirmo žvilgsnio įprastas žvaigždės „vėjas“ gali ne tik prilygti tokioms čiurkšlėms, bet ir reikšmingai paveikti jų elgseną.
Cygnus X-1 sistema – tai kosminis šokis tarp juodosios skylės ir masyvios žvaigždės. Šioje sistemoje esanti juodoji skylė buvo pirmoji istorijoje atrasta juodoji skylė. Jos masė siekia apie 21 Saulės masę, o visa ši masė sutelkta maždaug 100 kilometrų skersmens regione.
Juodoji skylė yra dvinarėje sistemoje su gerokai didesne palydove – žvaigžde, kuri yra beveik 40 kartų masyvesnė už Saulę. Abu kūnai vienas aplink kitą apsisuka kas 5,6 dienos.
Maždaug 20 tūkst. metų juodoji skylė „maitinasi“ medžiaga iš šios žvaigždės. Ji tai daro gaudydama galingą žvaigždės vėją, kurį pritraukia stipri gravitacija.
Dalis šios medžiagos negrįžtamai pranyksta juodojoje skylėje, kirsdama vadinamąjį įvykių horizontą. Kartu su dujomis įtraukiami ir besisukantys magnetiniai laukai, kurie, kaip manoma, ir padeda suformuoti čiurkšles – jos juda beveik šviesos greičiu.
Čiurkšlės energiją išneša nuo juodosios skylės aplinkos iki milžiniškų atstumų – net 16 šviesmečių, t. y. maždaug trilijoną kartų toliau nei artimiausios sritys prie juodosios skylės.
Per pastaruosius 20 tūkst. metų jų poveikis išpūtė didžiulį karštų dujų burbulą aplinkinėje tarpžvaigždinėje erdvėje. Vis dėlto, nepaisant reikšmės, iki šiol išmatuoti momentinę šių čiurkšlių galią buvo ypač sudėtinga.
Žvaigždžių vėjai – tai dalelių srautai, kuriuos nuo žvaigždės paviršiaus nupučia šviesos sukeltas slėgis. Kai Saulės vėjas sustiprėja, jo dalelės, atsitrenkusios į Žemės magnetinį lauką, sukelia pašvaistes.
Cygnus X-1 palydovinė žvaigždė yra tokia masyvi ir ryški, kad su vėju netenka maždaug 100 mln. kartų daugiau masės nei Saulė, o daleles įgreitina iki maždaug tris kartus didesnio greičio.
Tyrime mokslininkai sukūrė itin didelės raiškos čiurkšlių vaizdus, sujungdami tūkstančiais kilometrų atskirtus teleskopus. Tai ta pati technologinė idėja, kuri buvo panaudota projektui „Event Horizon Telescope“, kai buvo gautas pirmasis juodosios skylės vaizdas.
Paaiškėjo, kad Cygnus X-1 sistemoje palydovinės žvaigždės vėjas yra pakankamai stiprus, kad išlinktų juodosios skylės paleidžiamas čiurkšles. Tai parodo, kokie galingi gali būti masyvių žvaigždžių vėjai.
Juodajai skylei skriejant aplink žvaigždę, žvaigždės vėjas nuolat spaudžia čiurkšles ir stumia jas nuo žvaigždės. Dėl to jos keičia kryptį – panašiai kaip Žemėje vėjas gali pakreipti fontano vandens srovę.
Iš Žemės perspektyvos čiurkšlės tarsi „šoka“, sinchronizuodamosi su sistemos orbitiniu judėjimu. Modeliuodami šį kosminį šokį, tyrėjai pirmą kartą galėjo tiesiogiai apskaičiuoti momentinę čiurkšlių galią ir nustatė, kad ji prilygsta maždaug 10 tūkst. Saulės spinduliuotės galiai.
Pasak mokslininkų, suprasti, kaip juodosios skylės paskirsto energiją, svarbu aiškinantis, kaip evoliucionuoja galaktikos. Kai medžiaga krinta į juodąją skylę, dalis jos prisideda prie pačios juodosios skylės augimo, tačiau reikšminga dalis gali būti nukreipiama į čiurkšles, kurios grąžina energiją į aplinką.
Ypač masyvių juodųjų skylių, esančių galaktikų centruose, čiurkšlės gali formuoti pačias galaktikas ir daryti įtaką dar didesnėms kosminėms struktūroms.
Mokslininkai jau dabar gali vertinti, kaip greitai juodoji skylė „maitinasi“, pagal rentgeno spinduliuotę, kurią skleidžia į vidų krintanti medžiaga. Tačiau iki šiol nebuvo tiesioginio būdo tiksliai nustatyti, kiek energijos konkrečiu momentu nukeliauja į čiurkšles.
Cygnus X-1 sistemoje atliktas čiurkšlių galios matavimas suteikia naują galimybę subalansuoti juodųjų skylių „energijos biudžetą“. Palyginę medžiagos kritimo spartą ir energiją, kurią išneša čiurkšlės, mokslininkai gali tikslinti Visatos kompiuterinius modelius ir geriau suprasti, kaip juodosios skylės veikia kosmosą didžiausiais masteliais.
Šis juodosios skylės ir masyvios žvaigždės „šokis“ atskleidžia daugiau nei vien išlinkusią čiurkšlę. Jis rodo, kad net patys energingiausi reiškiniai gali būti stipriai formuojami aplinkos – šiuo atveju, galingo žvaigždės vėjo.
Stebėdami „šokančias“ Cygnus X-1 čiurkšles, tyrėjai žengė dar vieną žingsnį link geresnio supratimo, kaip juodosios skylės daro įtaką Visatos raidai.
