Sciencemag.cz
Doporučujeme
Astrofyzikové dosud předpokládali, že obří černé díry nacházející se v centrech galaxií rostou spíše pomalu. Nové simulace ale naznačují, že to může být jinak.
Podle nových 3D simulací s vysokým rozlišením obří rotující černé díry zkroutí okolní časoprostor a rychle roztrhají akreční disk, který je obklopuje. Disk rotujícího plynu a další hmoty se rozpadne na vnitřní a vnější část. Černé díry (samozřejmě) nejprve pohltí vnitřní prstenec. Poté se část hmoty z vnějšího subdisku přesune dovnitř, aby zaplnila mezeru po zcela pohlceném vnitřním prstenci, a celý proces se opakuje.
„Jeden cyklus nekonečně se opakujícího procesu požírání, opětovného zaplňování a požírání trvá pouhé měsíce – šokující rychlost ve srovnání se stovkami let, které vědci navrhovali dříve,“ praví průvodní tisková zpráva americké Northwestern University.
Nové zjištění by mohlo pomoci vysvětlit i chování některých nejjasnějších objektů na noční obloze, včetně kvasarů, které náhle vzplanou a pak bez vysvětlení zmizí.
„Klasická teorie akrečních disků předpovídá, že se disk vyvíjí pomalu,“ uvádí Nick Kaaz z Northwestern University, který studii vedl. „Ale některé kvasary se zjevně drasticky mění už v časovém měřítku měsíců až let. Tato změna je tudíž opravdu prudká. Vypadá to, jako by vnitřní část disku – odkud pochází většina vyzařovaného světla – byla zničena a pak se znovu doplnila. Klasická teorie akrečních disků nedokáže tyto drastické změny vysvětlit. Ale jevy, které pozorujeme v našich simulacích, by potenciálně vysvětlení poskytnout mohly.“
Akreční disky obklopující černé díry jsou fyzikálně komplikované objekty, takže jejich modelování je velmi obtížné. Konvenční teorie se snaží vysvětlit, proč tyto disky září tak jasně a pak náhle pohasnou – někdy dokonce rovnou zmizí. Dříve se předpokládalo, že akreční disky jsou relativně uspořádané. V těchto modelech plyn a částice vířily kolem černé díry ve stejné rovině jako černá díra a se stejným směrem rotace. V časovém měřítku stovek až stovek tisíc let pak částice plynu postupně spirálovitě měly padat do černé díry. „Po celá desetiletí se vědci domnívali, že akreční disky jsou v jedné přímce s rotací černé díry,“ říká N. Kaaz. „Ale plyn, který tyto černé díry živí, nemusí nutně vědět, jakým směrem černá díra rotuje, tak proč by měl být automaticky takto zarovnaný? Pokud plyn rotuje jinak než černá díra, celá situace se dramaticky mění.“
Nové simulace naznačují, že oblasti obklopující černou díru jsou mnohem chaotičtější a turbulentnější, než se dosud předpokládalo.
Nejvnitřnější oblast akrečního disku se v důsledku deformace časoprostoru u černé díry stále rychleji rozkýve (? wobble), až se od zbytku disku oddělí; ačkoliv tření rozpadu disku brání, deformace časoprostoru v důsledku vlivu černé díry tření překoná. Pak se podle nových simulací začnou subdisky vyvíjet nezávisle na sobě. Namísto toho, aby se plynule pohybovaly společně jako plochá deska obklopující černou díru, subdisky se nezávisle rozkývou různými rychlostmi a pod různými úhly jako kolečka v gyroskopu.
„Dochází k soupeření mezi rotací černé díry a třením a tlakem uvnitř disku,“ říká N. Kaaz. „V oblasti trhání černá díra vítězí. Vnitřní a vnější disk do sebe narážejí. Vnější disk obrousí vrstvy vnitřního disku a tlačí ho dovnitř.“
Následně se oba dílčí disky protínají pod různými úhly. Z vnějšího disku se materiál sype dovnitř. Tato dodatečná hmota také tlačí vnitřní disk směrem k černé díře, kde je pohlcen. Poté gravitace černé díry přitáhne plyn z vnější oblasti k nyní prázdné vnitřní oblasti, aby ji znovu zaplnila.
Nozzle shocks, disk tearing and streamers drive rapid accretion in 3D GRMHD simulations of warped thin disks, The Astrophysical Journal (2023). dx.doi.org/10.3847/1538-4357/ace051
Zdroj: Northwestern University / Phys.org, přeloženo/zkráceno
