Pirmą kartą užfiksuota: milžiniškas žvaigždės vėjas lanksto juodosios skylės čiurkšles

Juodosios skylės laikomos vienais ekstremaliausių Visatos objektų. Jos gali svaidyti medžiagą į išorę beveik šviesos greičiu, suformuodamos galingus plazmos srautus, vadinamus čiurkšlėmis. Manoma, kad tai vieni energingiausių reiškinių kosmose.

Naujas tyrimas, paskelbtas žurnale Nature Astronomy, meta iššūkį įprastam įsivaizdavimui: paaiškėjo, kad iš pirmo žvilgsnio „paprastas“ žvaigždės vėjas gali prilygti šių čiurkšlių poveikiui ir net formuoti jų elgesį.

Kosminis valsas

Cygnus X-1 sistema – tai tarsi kosminis valsas tarp juodosios skylės ir masyvios žvaigždės. Šioje sistemoje esanti juodoji skylė buvo pirmoji, kurią žmonijai pavyko atrasti. Jos masė siekia apie 21 Saulės masę, o visa ši masė sutelkta maždaug 100 kilometrų skersmens srityje.

Juodoji skylė sudaro dvejetainę sistemą su gerokai didesne palydove – žvaigžde, kurios masė beveik 40 kartų viršija Saulės masę. Abu objektai aplink bendrą masės centrą apsisuka kas 5,6 dienos.

Maždaug 20 tūkst. metų juodoji skylė „maitinasi“ šios žvaigždės medžiaga. Ji ją pagauna dėl itin stiprios gravitacijos, perimdama galingą žvaigždės vėją.

Dalis medžiagos negrįžtamai įkrenta į juodąją skylę, kirsdama vadinamąjį įvykių horizontą. Kartu su dujomis į vidų įtraukiami ir magnetiniai laukai – būtent jie padeda paleisti čiurkšles, kurios juda beveik šviesos greičiu.

Šios čiurkšlės energiją išneša iš srities visai šalia juodosios skylės į milžinišką atstumą – iki maždaug 16 šviesmečių. Per tūkstantmečius jų veikimas pripūtė didžiulį karštų dujų burbulą aplinkiniame tarpžvaigždiniame erdvėlaikyje. Vis dėlto iki šiol išmatuoti momentinę, „čia ir dabar“ čiurkšlių galią buvo itin sudėtinga.

Vėjas, kuris sulenkia čiurkšles

Žvaigždžių vėjai – tai dalelių srautai, kuriuos nuo žvaigždės paviršiaus „nupučia“ šviesos slėgis. Kai Saulės vėjas sustiprėja, dalelėms sąveikaujant su Žemės magnetiniu lauku, danguje gali pasirodyti pašvaistės.

Tačiau Cygnus X-1 palydovinė žvaigždė yra tokia masyvi ir ryški, kad per savo vėją praranda maždaug 100 mln. kartų daugiau masės nei Saulė, o šį srautą įgreitina iki maždaug triskart didesnio greičio.

Tyrėjai čiurkšles užfiksavo itin didelės skiriamosios gebos vaizdais, sujungę teleskopus, išdėstytus tūkstančių kilometrų atstumu. Tai ta pati interferometrijos technika, kurią taiko „Event Horizon Telescope“ projektas, kuriuo buvo gautas pirmasis juodosios skylės atvaizdas.

Nustatyta, kad palydovinės žvaigždės vėjas Cygnus X-1 sistemoje yra pakankamai stiprus, jog išlenktų juodosios skylės paleidžiamas čiurkšles. Juodajai skylei skriejant orbita, vėjas nuolat spaudžia čiurkšles ir tarsi „nupučia“ jas nuo žvaigždės, todėl šios keičia kryptį.

Iš Žemės perspektyvos susidaro įspūdis, kad čiurkšlės „šoka“, sinchroniškai su sistemos orbitiniu judėjimu. Modeliuodami šį judėjimą mokslininkai pirmą kartą sugebėjo išmatuoti momentinę čiurkšlių galią – ji prilygsta maždaug 10 tūkst. Saulių skleidžiamai galiai.

Kodėl tai svarbu?

Supratimas, kaip juodosios skylės „paskirsto“ energiją, yra svarbus aiškinantis, kaip evoliucionuoja galaktikos. Kai medžiaga krenta į juodąją skylę, dalis jos padidina pačios juodosios skylės masę, tačiau reikšminga dalis energijos gali būti nukreipiama į čiurkšles, kurios energiją grąžina į aplinką.

Didžiausių juodųjų skylių, esančių galaktikų centruose, čiurkšlės gali formuoti pačių galaktikų struktūrą ir daryti įtaką dar didesniems kosminiams dariniams.

Juodosios skylės „maitinimosi“ greitį galima vertinti pagal rentgeno spinduliuotę, kurią sukuria į vidų krentanti medžiaga. Tačiau iki šiol trūko tiesioginio būdo nustatyti, kiek energijos konkrečiu momentu nukeliauja į čiurkšles.

Cygnus X-1 čiurkšlių galios matavimas suteikia naują galimybę įvertinti juodosios skylės energijos „balansą“: palyginus, kaip sparčiai ji sugeria medžiagą ir kiek energijos išneša čiurkšlėmis, galima tikslinti Visatos raidos kompiuterinius modelius. Tai padeda geriau suprasti, kaip juodosios skylės veikia Visatą didžiausiais masteliais.

Šis kosminis šokis tarp juodosios skylės ir masyvios žvaigždės atskleidžia daugiau nei vien išlenktą čiurkšlę: jis parodo, kad net patys energingiausi reiškiniai yra formuojami savo aplinkos. Stebėdami „šokančias“ Cygnus X-1 čiurkšles, mokslininkai papildė žinias apie tai, kaip juodosios skylės prisideda prie kosmoso evoliucijos.