Mustat reiät, ne viehättävät singulaarisuudet, jotka istuvat tunnetun ja tuntemattoman pilarilla, yllättävät meidät edelleen käyttäytymisellään. Kuten Event Horizon-teleskoopin kaltaiset organisaatiot ovat tehneet selväksi, reikistä ei tiedä paljon, ja vielä pahempaa, emme edes tiedä kuinka paljon emme tiedä.
Nyt tutkijat ovat havainneet uuden ilmiön, joka lisää mustan aukon mystiikkaa: nopeasti pyörivä musta aukko, joka työntää massiiviset plasmapudot.
Kyseinen musta aukko on osa binaariparia, nimeltään V404 Cygni. Musta reikä syö sen seuratähtiä, imee sen massan lisäyslevyyn ja työntää materiaalin ulos kahden suihkun kautta. Tämä ei ole epätavallista mustan aukon kohdalla, tosin kaikissa ei ole suihkua. Mutta mikä on epätavallista, on suihkukoneiden lähettämän materiaalin ajoitus. Materiaali tulee tasaisen virran sijasta räpylöinä.
V404 Cygni on noin 8000 valovuoden päässä maasta. Se havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1989, kun se karkotti valtavan määrän korkeaenergisia materiaaleja ja säteilyä. Sitten se oli lepotilassa 26 vuotta.
Sitten, vuonna 2015, se leimahti jälleen, ja Euroopan avaruusjärjestön (ESA) INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) -satelliitti pystyi tutkimaan sitä korkeaenergisillä gammasäteillä. Siitä tuli taivaan kirkkain esine gammasäteissä. INTEGRAL-projektitutkija Erik Kuulkers sanoi tuolloin:Tämän lähteen käyttäytyminen on tällä hetkellä poikkeuksellista: toistuvilla kirkkailla valon välähdyksillä alle tunnin tuntisissa asteikkoissa - jotain harvoin muissa mustanreiän järjestelmissä.”
Mitä oli meneillään?
On hyödyllistä tarkastella, kuinka tämänkaltaiset mustat aukot yleensä toimivat. Musta aukon massiivinen paino vetää materiaalin pois seuratähdeltään lisäyslevylle. Kehityslevy pyörii, kuumentaa materiaalia ja saa sen “loistamaan”. Osa materiaalista ei koskaan pääse mustaan reikään, ja se pääsee suihkujen kautta.
Nopeasti eteenpäin nyt, ja uusi tutkimus, joka perustuu useiden observatorioiden vuoden 2015 puhkeamisen aikana keräämiin tietoihin, antaa selityksen.
“Purskeen aikana havaitsimme yksityiskohtaisia suihkupäästöjä, kun materiaalia työnnetään erittäin suurella nopeudella mustan aukon läheisyydestä”, Sanoo ESAn astrofysiikkajohtaja Simone Migliari, joka on paperille kirjoittanut. ”Voimme nähdä suihkukoneiden ampuvan eri suuntiin alle tunnin ajassa, mikä tarkoittaa, että järjestelmän sisäalueet pyörivät melko nopeasti.”
Kyllä, musta aukko syö sen seuratähtiä, imee materiaalin lisäyslevyyn. Ja kyllä, osa levyn materiaalista karkotetaan suihkukoneisiin. Mutta tutkimuksen mukaan tämä tapahtuu vain purskeina, koska jostain syystä musta aukko on kohdistettu väärin sen omaan lisäyslevyyn.
”V404 Cygni -sarjassa eroaa siitä, että mielestämme materiaalilevy ja musta reikä ovat kohdistettu väärin", Sanoo apulaisprofessori James Miller-Jones Australian Curtinin yliopiston kansainvälisestä radioastronomian tutkimuksen keskuksesta (ICRAR), joka on uuden tutkimuksen pääkirjailija.
“Näyttää siltä, että levyn sisäosa heiluu kuin hidastuva kehruu, ja palosuihku suihkuttaa eri suuntiin, koska se muuttaa suuntaa.”
Hiertäminen tarkoittaa, että materiaali ei pudota mustaan reikään tasaisesti. Kun esiintyy puhkeamista, se tarkoittaa, että suuri määrä materiaalia on pudonnut reikään lyhyessä ajassa. Tämä lisää materiaalia lisääntymislevyllä aiheuttaen energian puhkeamisen.
INTEGRAL oli olennainen osa tätä tutkimusta, koska se katseli V404 Cygniä neljä viikkoa. Muut observatoriat pystyivät katsomaan vain muutama tunti. INTEGRALin havainnot antoivat tutkijoille mahdollisuuden selvittää mustan aukon mekaniikka, sen geometria ja energiatasot sekä luoda yhteys tulevan ja virtaavan materiaalin välillä.
“INTEGRALin avulla pystyimme katsomaan V404 Cygniä jatkuvasti neljä viikkoa, kun taas muut korkeaenergiset satelliitit pystyivät ottamaan vain lyhyempiä kuvia”, Kertoo ESA: n INTEGRAL-projektitutkija Erik Kuulkers.
“Röntgendata tukea mallia, jossa lisäyslevyn sisäosa on kallistettu suhteessa muuhun järjestelmään, todennäköisimmin siitä syystä, että mustan aukon spin on kallistettu suhteessa seuratähden kiertoradaan, Simone selittää.
Kysymys jää, miksi se on väärin kohdistettu?
Väärinkäsityksen syystä on vain joitain alustavia arvauksia. Se on saattanut olla supernova.
Koska supernova on luonut itse mustan aukon, kyseinen ensimmäinen potku on saattanut aiheuttaa sen, että sen lisäyslevyn reikä ja sisäosa ovat kohdistuneet väärin. Se on mitä simulaatiot osoittavat joka tapauksessa.
“Tulokset sopisivat skenaarioihin, joita tutkittiin myös viimeisissä tietokonesimulaatioissa, joissa lisäysvirta mustan aukon läheisyydessä ja suihkut voivat pyöriä yhdessä, Kuulkers sanoo.
“Meidän pitäisi odottaa samanlaista dynamiikkaa jokaisessa voimakkaasti akkreditoivassa mustassa aukossa, jonka spin on kohdistettu väärin sisäänvirtaavan kaasun kanssa, ja joudumme ottamaan huomioon muuttuvat suihkun kaltevuuskulmat tulkittaessa mustien reikien havaintoja maailmankaikkeudessa..”
Lähteet:
- Tutkimuspaperi: Nopeasti muuttuva suihkun orientaatio tähtimassan mustan aukon järjestelmässä VG404 Cygni
- Lehdistötiedote: sylkevä musta reikä
- ESAn INTEGRAL-tehtävä
- Lehdistötiedote: Monster Black Hole herää 26 vuoden jälkeen
