Ett team av forskare från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) har, för första gången, detekterade konstant infraröd emission från vindar producerade under utbrottet av ett svart hål i en röntgenbinär.

Tills nu, dessa materialflöden hade detekterats endast i andra våglängdsområden, såsom röntgenstrålar eller inom det synliga spektrumet, beroende på i vilken fas det svarta hålet förbrukar sitt omgivande material. Denna studie ger det första beviset på att vindarna är närvarande under hela utbrottet, oberoende av fas, representerar ett steg framåt i förståelsen av de mystiska processerna för anhopning på stjärnmassor av svarta hål. Artikeln har precis publicerats i Astronomi och astrofysik .

röntgenbinärer, som deras namn antyder, är dubbelstjärnor som sänder ut stark strålning i röntgenstrålar. De bildas av ett kompakt föremål, normalt ett svart hål, med en fantastisk kamrat. Lågmassa röntgenbinärer (LMXB) har följeslagare med massor lika med, eller mindre än solens massa. I dessa system kretsar de två stjärnorna på ett så litet avstånd att en del av stjärnans massa faller ner i gravitationsbrunnen i det svarta hålet, bildar en platt skiva av material runt den. Denna process kallas accretion, och skivan är en accretion-skiva.

Övergående röntgenbinärer är sådana där mängden massa som ansamlas i det svarta hålet initialt är liten och dess ljusstyrka är för låg för att upptäckas från jorden, men som övergår till eruptiva tillstånd där det svarta hålets ansamlingshastighet ökar och materialet i skivan värms upp, nå värden mellan 1 miljon och 10 miljoner grader Kelvin. Under dessa utbrott, som kan pågå från veckor till flera månader, systemet avger ett stort flöde av röntgenstrålar, och dess ljusstyrka ökar med flera magnituder.

Astronomer vet fortfarande inte de exakta fysiska processerna som sker under dessa ackretionsepisoder. "Dessa system är platser där materia utsätts för gravitationsfält som är bland de starkaste i universum, så att röntgenbinärer är fysikelaboratorier som naturen ger oss för att studera kompakta föremål och beteendet hos den materia som omger dem, " förklarar Javier Sánchez Sierras, en predoctoral forskare vid IAC och artikelns första författare.

En av de viktigaste fysiska processerna som forskare behöver förstå är vindarna av material som kastas ut under ackretionsepisoder. Teo Muñoz Darias, en IAC-forskning och medförfattare till artikeln, säger, "Studien av vindar i dessa system är en nyckel för att förstå ackretionsprocesser, eftersom vindarna kan driva ut ännu mer materia än vad det svarta hålet samlar."

Samma vind, olika stater

Artikeln presenterar upptäckten av vindar från det svarta hålet MAXI J1820+070 i det infraröda området under ett utbrott som ägde rum under 2018-2019. Under de senaste två decennierna, vindar har observerats i röntgenstrålar under så kallade "mjuka" utbrott där strålningen som sänds ut av ansamlingsskivan är dominerande, visar hög ljusstyrka. På senare tid, samma grupp på IAC har upptäckt vindar på synliga våglängder i det hårda tillståndet av ackretion, som kännetecknas av utseendet av en stråle som är väsentligen vinkelrät mot ackretionsskivan, och som avger starkt vid radiovåglängder.

Sánchez Sierras säger, "I denna studie, vi har visat upptäckten av infraröda vindar som är närvarande under både hårda och mjuka ackretionstillstånd under utbrottets fulla utveckling, så att deras närvaro inte beror på ackretionstillståndet. Det här är första gången som den här typen av vind har observerats." Forskarna har också visat att vindens kinematiska egenskaper liknar de som observerades 2019 i det synliga området, nå hastigheter på upp till 1800 km/s.

"Dessa data tyder på att vinden är densamma för båda fallen, men dess synlighet ändrar våglängd under utvecklingen av utbrottet, vilket skulle indikera att systemet tappar massa och rörelsemängd under utbrottet, " förklarar Muñoz Darias. Dessa resultat är betydelsefulla eftersom de lägger till ett nytt element till den globala bilden av vindarna i dessa system, och representerar ett steg mot målet att en fullständig förståelse av processerna för ansamling av stjärnmassiga svarta hål.