Magnetismul ajută găurile negre să elibereze gaze

Găurile negre sunt un pic ca bebelușii când mănâncă: unele alimente intră, iar altele sunt aruncate înapoi în spațiu. Astronomii spun acum că înțeleg cum aceste mese devin atât de dezordonate – și este o trăsătură pe care o au toate găurile negre, indiferent de dimensiunea lor.

Câmpurile magnetice conduc vânturile turbulente care elimină gazul din găurile negre, spune Keigo Fukumura, astrofizician la Universitatea James Madison din Harrisonburg, Virginia. Folosind razele X emise de o gaură neagră relativ mică, sifonează gaz de la o stea din apropiere, Fukumura și colegii săi. a urmărit vânturile care curgeau de pe discul de resturi stelare care se învârteau în jurul găurii negre. Modelarea acestor vânturi a arătat că magnetismul, nu alte mijloace, a făcut ca gazul să se miște în modul corect.

Modelul a fost folosit anterior pentru a explica modul în care vânturile curg în jurul găurilor negre de milioane de ori masa soarelui. Arătând că modelul funcționează acum și pentru o gaură neagră cu masă stelar mai mică sugerează că magnetismul poate conduce vânturile în găurile negre de toate dimensiunile. Aceste rezultate, publicate online pe 6 martie în Astronomia naturiiar putea oferi indicii despre modul în care găurile negre consumă și expulzează materia și, de asemenea, despre motivul pentru care unele galaxii încetează să formeze stele.

Astronomii au propus pentru prima dată că câmpurile magnetice au alimentat vânturile din jurul găurilor negre în anii 1970, dar ideea a fost controversată. Observarea directă a vântului este imposibilă. Existența lor este dedusă de spectrul de raze X al unei găuri negre – un inventar de lumină descompusă de lungimea de undă.

În 2005, astronomii au folosit Observatorul de raze X Chandra pentru a capta spectrul de raze X al unei găuri negre relativ mici, cu masa de șapte ori mai mare a soarelui. Steaua însoțitoare cu care se hrănește are aproximativ de două ori greutatea soarelui. Sistemul, numit GRO J1655-40, se află la aproximativ 11.000 de ani lumină depărtare în constelația Scorpius.

Razele X ale lui GRO J1655-40 au dezvăluit vânturile sale turbulente. Unii astronomi au susținut că datele au oferit dovezi că câmpurile magnetice puternice au alimentat vânturile. Alții, totuși, au sugerat că vânturile au rezultat din gazul extrem de fierbinte care se învârte în jurul găurii negre.

„Cred că noua lucrare clarifică această controversă”, spune Andrew Fabian, un astrofizician la Universitatea din Cambridge, care nu a fost implicat în noul studiu. Modelul dezvoltat de Fukumura, spune el, este extrem de detaliat și ține cont de caracteristicile spectrului de raze X al lui GRO J1655-40 pe care alte modele nu le pot explica.

Caracteristicile spectrului, de exemplu, sugerează că vânturile sunt dense și se mișcă moderat rapid, dar nu suflă departe de gaura neagră. Se potrivește cu modelele de vânt alimentat magnetic. Modelele legate doar de căldura gazului fac vânturile să bată prea departe.

Câmpurile magnetice se formează din curentul electric generat de electroni și protoni care se învârtesc într-un disc de acreție în formă de clătită. Părți ale discului se rotesc în jurul găurii negre cu viteze diferite, ceea ce amplifică câmpurile. Aceasta, la rândul său, transformă discul de acreție într-un vortex, trăgând materia în gaura neagră și alimentează vânturile care suflă o parte din ea spre exterior.

„O bună parte din masă este de fapt dat afară din gaura neagră”, spune Fukumura. „Dacă nu ar fi aruncat, nu l-am vedea.”

Câmpurile magnetice se arc probabil în jurul găurii negre de la pol la pol. Dar nimeni nu știe sigur pentru că sunt greu de detectat. Recent, Telescopul Event Horizon, care a îndreptat mai multe telescoape spre centrul Căii Lactee, a observat modele în modul în care a fost orientată lumina găurii negre supermasive centrale a galaxiei noastre, care a semnalat că are câmpuri magnetice. Astronomii plănuiesc să folosească telescopul pentru a căuta mai multe dovezi ale câmpurilor magnetice din jurul găurilor negre luna viitoare.

Studierea câmpurilor magnetice ale găurilor negre dezvăluie informații despre structura discurilor lor de acreție și vânturile care bat din ele. „Vânturile de pe discurile cu găuri negre pot fi foarte puternice”, notează Fabian. „În cazul în care gaura neagră este masivă și se află în centrul unei galaxii, vântul poate împinge toate gazele din galaxia gazdă, oprind formarea ulterioară a stelelor și făcând galaxia să pară roșie și moartă.”