Dzięki zbadaniu dwóch czarnych dziur w świetle widzialnym i rentgenowskim, naukowcy odkryli, że pole magnetyczne może mieć decydujące znaczenie w sposobie, w jaki te galaktyczne potwory konsumują materię.
Światło dochodzące z otoczenia czarnej dziury nie jest stałe. Przypomina raczej ognisko w nocy, widzimy błyski, jasne rozbryzgi i iskry. Obserwacje migoczącego światła z okolic dwóch czarnych dziur, GX 339-4 i SWIFT J1753.5-0127 zostały wykonane jednocześnie w promieniowaniu rentgenowski i w świetle widzialny, za pomocą satelity rentgenowskiego Rossi (Rossi X-ray Timing Explorer Satellite) i należącego do teleskopu naziemnego ESA Very Latge Telescope. Obserwacje w świetle widzialnym zostały wykonane za pomocą szybkiej kamery ULTRACAM, co pozwoliło wykonać do 20 zdjęć na sekundę. W ten sposób dokonano jednych z najszybszych obserwacji czarnej dziury za pomocą dużego teleskopu optycznego.
„Szybkie migotanie światła z okolic czarnej dziury zazwyczaj obserwuje się w promieniowaniu rentgenowskim” – mówi Poshak Gandhi, który kierował międzynarodową grupą naukowców prowadzących badania. – „Nasze nowe obserwacje są jednymi z nielicznych jak do tej pory, które dotykają również szybkich wariacji w świetle widzialnym, a co więcej, łączą je z wynikami w zakresie rentgenowskim„.
Każda z badanych czarnych dziur znajduje się w układzie podwójnym, w którym drugim obiektem jest zwykła gwiazda, stopniowo tracąca materię na rzecz czarnego towarzysza. Obie czarne dziury mają masę rzędu dziesięciu mas Słońca, przy czym towarzysz krąży w odległości zaledwie kilku milionów kilometrów, znacznie bliżej niż Merkury w Układzie Słonecznym.
Obserwacje przyniosły kilka niespodziewanych rezultatów. Po pierwsze, fluktuacje jasności w świetle widzialnym były jeszcze szybsze niż w promieniowaniu X. Po drugie, zaobserwowano zależność między promieniowaniem widzialnym i rentgenowskim polegającą na tym, że najpierw obserwowano pociemnienie w świetle widzialnym a zaraz potem flarę w promieniowaniu X, a następnie jasny błysk w promieniowaniu widzialnym, trwający krótki ułamek sekundy, po którym ponownie następowało szybki pociemnienie.
Badania wykazały również, że promieniowanie pochodzi raczej od strumieni elektrycznie naładowanej materii o dużej energii, a nie z serca czarnej dziury. Otoczenie czarnej dziury jest bardzo chaotycznym miejscem, gdzie ścierają się przeciwstawne siły grawitacji, magnetyczne i ciśnienie wybuchu. Dlatego światło emitowane przez strumienie materii różni się w jasności w sposób chaotyczny i losowy. – „Jednak schemat, który odkryliśmy powtarza się wyraźnie wśród innych losowych zmian i w ten sposób dostarcza cennych wskazówek dotyczących procesu fizycznego, który ma tam miejsce” – mówi Andy Fabian, członek grupy.
Do tej pory uważano, że promieniowanie w świetle widzialnym z otoczenia czarnej dziury jest tylko efektem drugorzędnym wynikłym z rozświetlenia gazu przez błysk promieniowania X. Jednak taki scenariusz oznacza, że pojaśnienie w świetle widzialnym powinno następować po błysku X, powinno być znacznie wolniejsze i dłużej tracić na jasności.
„Szybkie migotanie w świetle widzialnym, które odkryliśmy, każe natychmiast odrzucić ten scenariusz dla obu badanych układów” – mówi Gandhi. – „Zamiast tego uważamy, że błysk w promieniowaniu rentgenowskim i widzialnym musi mieć tą samą przyczynę, blisko związaną z samą czarną dziurą„.
Gandhi i jego współpracownicy uważają, że silne pole magnetyczne może wyjaśnić ich obserwacje. Pole magnetyczne może wchłaniać energię wyzwoloną w pobliżu czarnej dziury i przechowywać ją do momentu, gdy zostanie wyrzucona jako gorąca plazma, emitująca promieniowanie X, lub strumień naładowanych cząsteczek, podróżujących z prędkością bliską b=prędkości światła. Podział energii na te dwa procesy może odpowiadać za charakterystyczny wygląd obserwacji w promieniowaniu X i świetle widzialnym.
Wyniki obserwacji GX 339-4 zostały opisane w październikowym numerze miesięcznika „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters” a obserwacje SWIFT J1753.5-0127 opublikowane zostały w lipcowym numerze „The Astrophysical Journal”.
