Dzięki obserwacji zjawiska echa świetlnego pochodzącego z korony czarnej dziury MAXI J1820+070 – w skrócie 1820 – znajdującej się w gwiazdozbiorze Lwa, możemy lepiej poznać ewolucję mniej masywnych czarnych dziur.
Echa świetlne powstają, kiedy światło pochodzące z bardzo jasnego rozbłysku zostanie odbite od międzygwiezdnego gazu. Promieniowanie z oryginalnego rozbłysku dociera do obserwatora jako pierwsze, a światło odbite zaraz po nim, tworząc swego rodzaju echo. Co ciekawe, czasem „echa” sprawiają wrażenie, że poruszają się szybciej od prędkości światła. Dzieje się tak, ponieważ fotony mogą zostać spowolnione w trakcie pierwszych stadiów eksplozji, przez co docierają do obserwatora opóźnione, sugerując, że to „echa” poruszają się szybciej.
Strzałki A, B, C symbolizują trasę promieni światła od źródła. A zostanie odebrane przez obserwatora jako pierwsze, potem B i następnie C.
Wcześniej udało się zaobserwować tylko echa świetlne pochodzące z supermasywnych czarnych dziur, ale J1820 ma masę równą tylko dziesięciu masom Słońca. Dzięki temu obserwowane zmiany zachodzą dużo szybciej, dostarczając naukowcom dużych ilości danych. Wszystko zostało zarejestrowane dzięki instrumentowi NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) znajdującego się na pokładzie ISS, który zwykle bada wnętrza gwiazd neutronowych.
Gwiazda towarzysząca J1820 została sklasyfikowana w przeglądzie nieba Europejskiej Agencji Kosmicznej, ale sama czarna dziura pozostała niezauważona. Odkryto ją dosyć niedawno, bo w marcu 2018, kiedy to nagle stała się jednym z najjaśniejszych źródeł promieniowania rentgenowskiego na niebie. Materiał otaczający czarną dziurę tworzy dysk akrecyjny, który w wyniku działania sił grawitacyjnych i magnetycznych bardzo się rozgrzewa. Rozbłyski mogą pojawić się, kiedy w takim dysku akrecyjnym pojawi się jakaś niestabilność, chociaż sam mechanizm takiego zdarzenia nie jest jeszcze dobrze zbadany.
Jednak w tym przypadku sytuacja jest trochę bardziej skomplikowana. J1820 ma jeszcze koronę, czyli region nad dyskiem akrecyjnym pełen cząstek subatomowych, które emitują wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie. Niektóre teorie mówią, że korony mogą być pierwszym stadium powstawania dżetów, które często towarzyszą czarnym dziurom. Promieniowanie X z korony odbijało się od dysku akrecyjnego, tworząc wyżej już opisane echa świetlne. Ich analiza pozwoliła na lepsze poznanie budowy obu struktur.
Wizja artystyczna obiektu MAXI J1820+070, z czarną dziurą w centrum i wychodzącymi z niej niebieskimi promieniami symbolizującymi koronę.
Okazało się, że granica dysku akrecyjnego J1820 znajduje się tuż przy horyzoncie zdarzeń; korona też jest bardziej zwarta i czasem nachodzi na dysk akrecyjny, zamiast znajdować się wysoko ponad nim. Nie pokrywa się to z obserwacjami innych czarnych dziur o podobnych rozmiarach, a bardziej pasuje do zachowań ich supermasywnych kuzynów. Naukowcy także obliczyli, że korona obserwowanej czarnej dziury się kurczy – wcześniej wysoka na ok. 150 km, teraz liczy sobie tylko 15 km. Wiadomo to dzięki temu, że zauważono lekką różnicę w odstępach czasowych pomiędzy poszczególnymi echami sugerującą, że dystans, które pokonały, jest mniejszy.
Obserwacje J1820 pozwoliły na lepsze poznanie ewolucji gwiazdowych czarnych dziur, a także na dogłębniejsze zrozumienie ich struktur. Ten obiekt udowodnił też, że mniej masywne czarne dziury mogą służyć jako modele dla tych znajdujących się w centrach galaktyk – naukowcy mają nadzieję, że zrozumienie, jak gwiazdowe czarne dziury wpływają na swoje otoczenie, pozwoli na stworzenie lepszych modeli ewolucji galaktyk.
