Strumienie czarnej dziury wreszcie zmierzone, niosą energię 10 000 Słońc, bo oczywiście

Naukowcy poczynili znaczący krok w zrozumieniu, jak czarne dziury wpływają na wszechświat, bezpośrednio mierząc moc ich strumieni – zadanie, które brzmi mniej więcej tak prosto, jak mierzenie huraganu linijką. Korzystając z sieci radioteleskopów rozsianych po całym globie, zespół pod przewodnictwem Curtin University uchwycił szczegółowe obrazy, które ujawniają, jak energetyczne mogą być te strumienie, potwierdzając od dawna głoszone teorie, że czarne dziury to ostateczni nadwykonawcy wszechświata.

Badanie, opublikowane w Nature Astronomy, skupiło się na Cygnusie X-1, dobrze znanym układzie zawierającym pierwszą potwierdzoną czarną dziurę i masywną gwiazdę nadolbrzyma. Naukowcy ustalili, że strumienie wydobywające się z tej czarnej dziury niosą moc wyjściową równą około 10 000 Słońc, co jest sporą ilością słońc.

Aby dokonać tego pomiaru, zespół polegał na szeroko rozstawionej sieci teleskopów pracujących razem jako jeden. To ustawienie pozwoliło im obserwować, jak strumienie były popychane i zniekształcane przez potężne wiatry pochodzące z pobliskiej gwiazdy, podczas gdy czarna dziura poruszała się po swojej orbicie. Efekt jest podobny do tego, jak silne podmuchy na Ziemi mogą wyginać strumień wody z fontanny, gdyby ta fontanna była napędzana skoncentrowaną furią 10 000 gwiazd.

Obliczając siłę wiatru gwiazdy i śledząc, jak bardzo strumienie zostały odchylone, badacze byli w stanie określić moc strumieni w konkretnym momencie. To pierwszy raz, kiedy naukowcy bezpośrednio zmierzyli chwilową energię strumieni czarnej dziury, zamiast polegać na długoterminowych średnich, co jest jak mierzenie błyskawicy zamiast średnich rocznych opadów.

Zespół zmierzył również prędkość strumieni, stwierdzając, że poruszają się one z prędkością około połowy prędkości światła, czyli około 150 000 kilometrów na sekundę. Określenie tej prędkości przez wiele lat stanowiło wyzwanie dla naukowców, prawdopodobnie dlatego, że ich pistolety radarowe ciągle się topiły.

Projekt był prowadzony przez Curtin Institute of Radio Astronomy (CIRA) i oddział Curtin w Międzynarodowym Centrum Badań Radioastronomicznych (ICRAR), przy udziale Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Główny autor, dr Steve Prabu, który pracował w CIRA podczas badania, a obecnie jest na Uniwersytecie Oksfordzkim, wyjaśnił, że zespół użył sekwencji obrazów do śledzenia tego, co opisał jako "tańczące strumienie". Termin ten odnosi się do sposobu, w jaki strumienie wielokrotnie zmieniają kierunek, popychane przez silne wiatry gwiazdy nadolbrzyma, podczas gdy oba obiekty krążą wokół siebie, tworząc najbardziej destrukcyjny walc wszechświata.

Dr Prabu powiedział, że te obserwacje ujawniają, jak duża część energii generowanej w pobliżu czarnej dziury jest przekazywana do jej otoczenia, wpływając na środowisko wokół niej. "Kluczowym odkryciem tego badania jest to, że około 10 procent energii uwalnianej, gdy materia wpada w kierunku czarnej dziury, jest unoszone przez strumienie" – powiedział dr Prabu. "To właśnie naukowcy zwykle zakładają w wielkoskalowych symulowanych modelach Wszechświata, ale do tej pory trudno było to potwierdzić obserwacyjnie" – dodał, potwierdzając, że czasami symulacja jest w rzeczywistości poprawna.

Współautor, profesor James Miller-Jones z CIRA i oddziału Curtin w ICRAR, zauważył, że wcześniejsze techniki mogły jedynie szacować moc strumieni w niezwykle długich okresach, czasem obejmujących tysiące lub miliony lat. To utrudniało bezpośrednie porównanie energii strumieni z emisjami rentgenowskimi powstającymi, gdy materia wpada do czarnej dziury, klasyczny przypadek kosmicznej niewygody pomiarowej.

"A ponieważ nasze teorie sugerują, że fizyka wokół czarnych dziur jest bardzo podobna, możemy teraz użyć tego pomiaru jako kotwicy dla naszego zrozumienia strumieni, niezależnie od tego, czy pochodzą one z czarnych dziur 10 czy 10 milionów razy masywniejszych od Słońca" – powiedział profesor Miller-Jones, sugerując zachwycającą skalowalność destrukcji.

"Dzięki projektom radioteleskopów, takim jak Square Kilometre Array Observatory, obecnie budowanym w Australii Zachodniej i Republice Południowej Afryki, spodziewamy się wykryć strumienie z czarnych dziur w milionach odległych galaktyk, a punkt kotwiczny dostarczony przez ten nowy pomiar pomoże skalibrować ich całkowitą moc wyjściową" – kontynuował, szkicując plan skatalogowania najpotężniejszych suszarek do włosów wszechświata.

"Strumienie czarnych dziur zapewniają ważne źródło sprzężenia zwrotnego dla otaczającego środowiska i są kluczowe dla zrozumienia ewolucji galaktyk" – podsumował, przypominając nam, że nawet kosmiczne pustki muszą się wyrażać.

Inni współpracownicy w badaniach obejmowali Uniwersytet w Barcelonie, Uniwersytet Wisconsin-Madison, Uniwersytet Lethbridge i Instytut Nauki Kosmicznej.