Kosmiczne czarne dziury

Astrofizyczne czarne dziury – zarówno te powstałe w wyniku kolapsu gwiazdy jak i te supermasywne, znajdujące się w centrach galaktyk - są ekstremalnie zwartymi obiektami z których nic, nawet światło, nie może się wydostać. Pomimo tego obiekty te mogą “być widoczne” pod warunkiem, że oddziałują ze swoim kosmicznym otoczeniem pochłaniając w wystarczającym tempie materię znajdującą się w pobliżu.

W wypadku gwiezdnych czarnych dziur dzieje się tak gdy obiekt znajduje się w ciasnym układzie podwójnym i czarna dziura stopniowo ściąga materię od sąsiada, tworząc rotujący różniczkowo dysk akrecyjny, poprzez który materia spiraluje do centrum.

Co istotne, jeśli spadająca materia posiada niezerowy moment pędu, to w pewnej odległości od centrum (większej niż rozmiar horyzontu zdarzeń), może poruszać się po orbicie kołowej i aby wpaść pod horyzont musi ten moment pędu wytracić – na przykłąd wskutek tarcia lub turbulencji. W wypadku dysków akrecyjnych ważnym czynnikiem jest obecność pola magnetycznego. Niestabilność magneto-rotacyjna pomaga materii pozbywać się momentu pędu. Jeśli jednak pole magnetyczne jest bardzo silne, to potrafi też odpychać materię od horyzontu. Mamy wówczas do czynienia z efektem tak zwanego dysku aresztowanego magnetycznie (MAD).

Badanie tego procesu wymaga rozwiązania równań różniczkowych których zazwyczaj nie da się rozwiązać analitycznie. Istnieją jednak wiarygodne metody numeryczne umożliwiające modelowanie zjawisk zachodzących w otoczeniu czarnych dziur i przeprowadzenie symulacji komputerowych interesujących nas obiektów.

Podczas wykładu opowiem o badaniach prowadzonych od strony teoretycznej, oraz o tym, co można zobaczyć w otoczeniu czarnych dziur dzięki nowo zbudowanym teleskopom. Na przykład, metodami interferometrii radiowej możliwe było uzyskanie obrazu pierścieni świetlnych otaczających horyzonty czarnej dziury w galaktyce M87 oraz znajdującego się w centrum naszej galaktyki galaktyki Sgr A*. Pierścień ten świeci dzięki emisji promieniowania synchrotronowego, które dobrze zgadza się z scharakterystyką dysku o strukturze MAD.

Z kolei dzięki teleskopom optycznym i satelitom odbierającym promieniowanie wysokich energii, wiemy że część materii obecnej w otoczeniu czarnej dziury nie wpada do niej, lecz uwalnia się i jest wyrzucana na zewnątrz, w rzadkich, wąskich strugach namagnesowanej plazmy, tzw. kosmicznych dżetach. Są one rejestrowane przez dostępne naukowcom instrumenty