Tim astronoma je pomoću VLBI snimaka Cygnus X-1 direktno izmerio kako zvezdin vetar savija mlazove crne rupe i na osnovu toga izračunao njihovu trenutnu kinetičku snagu. Utvrđeno je da mlaz ima snagu ~3,6 × 10^37 erg/s i početnu brzinu ~0,52c (~150.000 km/s). Rad pokazuje da ~10% energije oslobođene prilikom infaliranja odlazi u mlazove i postavlja gornju granicu za njihovo pomeranje u odnosu na orbitu na 8,2°.
Cygnus X-1: „Plesni” mlazovi otkrivaju ogromnu snagu crne rupe
The strong stellar wind from the supergiant star pushes the jets launched by the black hole away from the star. This causes the jet direction to vary as the black hole and the supergiant star move around their orbit. (CREDIT: ICRAR)
Mlazovi koji izbijaju iz crne rupe u sistemu Cygnus X-1 ne idu pravo — već se savijaju i vijugaju pod udarom snažnog vetra pratilja. Prateći te savijene oblike, astronomi su uspeli da direktno izmere trenutnu kinetičku snagu koju mlazovi odnose iz sistema.
Artist’s impression of the Cygnus X-1 binary system, showing how the wind of the supergiant star bends the black hole’s jets away from the star as the objects move in their orbit around one another. (CREDIT: International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR))
Kako su došli do toga
Cygnus X-1 je prva potvrđena crna rupa i nalazi se na udaljenosti od oko 2,22 kiloparseka. Sistem čine crna rupa mase ~21,2 M☉ i masivni O-tip superdiv kao pratilac. Dok crna rupa upija materiju iz zvezdinog vetra, istovremeno izbacuje mlazove koji se sudaraju sa istim tim vetrom — taj sukob ostavlja vidljive deformacije u obliku savijanja mlazova.
A model-independent demonstration of bent jets in Cygnus X-1. (CREDIT: Nature Astronomy)
Tim je ponovo analizirao VLBI posmatranja iz 2016. (šest opservacija na 8,4 GHz iz VLBA i tri na 5 GHz iz European VLBI Network) i arhivska merenja rasprostranjena na ~18 godina. Visoka rezolucija tih snimaka omogućila je praćenje pozicionih uglova oba kraka mlaza kroz orbitalne faze sistema.
Jet trajectories for each of the VLBA observations in 2016, determined from our physically motivated jet model. (CREDIT: Nature Astronomy)
Šta su izmerili
Analiza je pokazala da približavajući i udaljavajući mlaz bivaju odgurnuti u suprotnim smerovima — oba su pomerena od strane donor-zvezde — što isključuje prost model precesije i ukazuje na savijanje usled zvezdinog vetra. Orbitalno kretanje „uvija“ tu defleksiju u heličnu strukturu.
In the above figure, Ψ is the bending angle of the jet. The misalignment angle θ is measured clockwise in the z-x plane (in the same plane as the bending angle), with a positive angle denoting the jet pointed away from the star. For θ = 0 the jet would be launched along the z-axis. (CREDIT: Nature Astronomy)
Koristeći poznati zamah vetra i izmereni ugao savijanja, istraživači su izračunali trenutnu kinetičku snagu mlazova: približno 3,6 × 10^37 erg/s (što je reda veličine izlaza ~10.000 Sunca). Početna brzina mlaza pri lansiranju procenjena je na oko 0,52c (~150.000 km/s).
„Otkrili smo da oko 10% energije oslobođene pri padu materije ka crnoj rupi odlazi u mlazove“, rekao je voditelj studije, dr Steve Prabu.
Širi značaj
Ovo direktno, trenutnačno merenje popunjava prazninu između kratkoročnih merenja blizu crne rupe (npr. X-zraci) i dugoročnih kalorimetrijskih procena (mehuri i šupljine koje mlazovi prave kroz vreme). U Cygnus X-1 trenutna snaga se slaže sa dugoročnom prosečnom procenom iz radio-nebule, što sugeriše stabilnost mlazova u ovom stanju.
Studija je takođe postavila konzervativnu gornju granicu za pomeranje ose mlaza u odnosu na orbitalnu ravan — ≤ 8,2° — što znači da je sistem dobro poravnat. To smanjuje verovatne uzroke ranije prijavljene visoke X-zračne polarizacije i upućuje na alternativna objašnjenja, kao što je relativistički izbačaj u koroni.
Rad je objavljen u Nature Astronomy i predstavlja važnu referencu za skaliranje fizike mlazova od zvezdanih do supermasivnih crnih rupa, posebno sada kada novi instrumenti (npr. Square Kilometre Array Observatory) otvaraju mogućnost detekcije mlazova u milionima galaksija.
Zaključak: Cygnus X-1 ne samo da „guta“ materiju — značajan deo oslobođene energije vraća u prostor kroz snažne, brzo pokretne mlazove koji mogu uticati na okolinu i proces rasta galaksija.
Pomozite nam da budemo bolji.
