Tajemnicza osobliwość

14. ... może przynieść niespodzianki

Jeśli tylko w sąsiedztwie czarnej dziury znajdzie się gaz (pochodzący na przykład od gwiazdy będącej drugim składnikiem układu podwójnego), to powinien powstać dysk akrecyjny i silna emisja promieniowania rentgenowskiego. Istnieją jednak niezwykłe układy podwójne zwane nowymi rentgenowskimi. Ich głównym składnikiem jest ciemny niewielki obiekt o masie równej 10 masom słonecznym, a drugim składnikiem jest zwykła, świecąca gwiazda podobna do Słońca. W układach tych po silnych rozbłyskach rentgenowskich następują okresy spokoju. Jeśli w fazie spokoju promieniowanie pochodzi z dysku akrecyjnego, trudno zrozumieć, dlaczego ich jasność jest tak mała bez założenia, że energia jest pochłaniana przez czarną dziurę! Teoria adwekcji zaproponowana przez Ramesha Narayana i jego zespół z Centrum Astrofizyki w Cambridge (USA) próbuje opisać, jakie procesy tam zachodzą. Mówiąc krótko, według tej teorii energia cieplna nagromadzona w protonach nie może być przekazana lżejszym elektronom, od których pochodzi obserwowane promieniowanie rentgenowskie. Ta k więc energia nie jest wypromieniowana na zewnątrz, lecz jest pochłaniana przez czarną dziurę. Paradoks – dlaczego układ z czarną dziurą nie promieniuje! – wydaje się zatem prowadzić do wykazania istnienia zapadni, horyzontu.

Powstaje jednak poważny problem z przepływem do wewnątrz (adwekcja), gdy w dysku akrecyjnym istnieje pole magnetyczne. Giennadij Bisnowatyj-Kogan z Centrum Astrokosmicznego w Moskwie i Richard Lovelace z Cornell Uni-versity wykazali, że wydajność promienista każdego przepływu gorącego gazu z polem magnetycznym nie może być niższa od 1/4 wartości przewidywanej przez teorię zwykłych dysków akrecyjnych. Wydaje się więc, że potrzebne jest inne wyjaśnienie niż adwekcja w celu zrozumienia stanu spokoju nowych rentgenowskich. Faktycznie, Stanley Robertson i Darryl Leiter zasugerowali, że obiekty te mają powierzchnię i pola magnetyczne, co wyjaśniałoby obserwowane właściwości kandydatów na czarne dziury.

Gdy spojrzymy poza Drogę Mleczną, natrafimy na galaktykę Seyferta MCG--6-30-15, która odgrywa ważną rolę w obserwacjach silnych efektów grawitacyjnych w pobliżu domniemanego horyzontu obiektu supermasywnego. Europejski satelita rentgenowski XMM-Newton („MM” oznacza w języku angielskim multiple mirror – „zwierciadło wielokrotne”) zaobserwował, dzięki dobrej rozdzielczości spektralnej, linię widmową żelaza pochodzącą z wewnętrznego brzegu dysku akrecyjnego wokół supermasywnego obiektu w jądrze tej aktywnej galaktyki. Aby wyjaśnić obserwowany kształt linii żelaza, wewnętrzny brzeg dysku akrecyjnego musiałby leżeć w nieoczekiwanie małej odległości od obiektu centralnego wynoszącej 0,6 promienia Słońca.

Tę robiącą wrażenie obserwację opisano na pierwszej stronie dziennika „In-ternational Herald Tribune” w październiku 2000 roku tego samego dnia, w którym wyniki zaprezentowano społeczności naukowej. Nagłówek był bardzo trafny: Jasne świecenie może zmienić ciemną reputację czarnych dziur... Teoretycznie minimalna odległość, z której może pochodzić promieniowanie rentgenowskie, wynosi 3 Rg (ostatnia stabilna orbita materii wokół czarnej dziury). W przypadku mniejszych odległości materia zostałaby natychmiast wchłonięta przez czarną dziurę bez emisji promieniowania. Zatrważające, że obserwowany wewnętrzny brzeg dysku akrecyjnego leży wewnątrz horyzontu czarnej dziury. Nie jest to możliwe dla statycznej czarnej dziury. Lecz istnieje furtka. Bardzo szybko obracająca się (z prędkością zbliżoną do prędkości światła) „czarna dziura Kerra” może mieć promień 0,5 Rg.

Nadal pozostaje jednak jeszcze inny problem. Koncentracja promieniowania rentgenowskiego w stronę malejącego promienia jest zbyt duża, aby mogła być wyjaśniona przez jakikolwiek model dysku akrecyjnego. W jaki sposób może zachodzić tak silna emisja energii tak blisko horyzontu nawet dla bardzo szybko obracającej się czarnej dziury? Niezależnie od rozwiązania tej zagadki, astronomowie pukają obecnie do drzwi (zapadni) prowadzących do wnętrza supermasywnych zwartych obiektów.