Nasza Galaktyka zawiera kilka układów podwójnych, w których krążąca wokół czarnej dziury gwiazda zasila dysk akrecyjny wokół zwartego składnika. W tych układach znadują się czarne dziury o masach gwiazdowych. Obserwacje niektórych z tych układów w zakresie rentgenowskim ujawniają milisekundowe oscylacje krzywych blasku. Te oscylacje są bardzo interesujące. Zachodzą tak szybko, że niemal na pewno są związane ze zjawiskami zachodzącymi bardzo blisko czarnej dziury, tam, gdzie pole grawitacyjne jest bardzo silne. Takie oscylujące układy mogą być uzywane do testowania grawitacji w najbardziej skrajnym reżimie. Wcześniej jednak należy dokładnie zrozumieć w jaki sposób takie oscylacje są wywoływane. Jak dotychczas, żaden z modeli tego zjawiska nie uzyskał powszechnej akceptacji.
Jeden z tych modeli jest oparty na założeniu, że oscylacje wynikają z niestabilności hydrodynamicznej w dysku akrecyjnym wokół czarnej dziury. Ten model, zwany Rossby Wave Instability Model, został zaproponowany w 2006 roku przez M. Taggera and P. Varniere'a. autorzy wykazali, że taka niestabilność powstaje naturalnie w dysku akrecyjnym, w układzie podwójnym z czarną dziurą. Jako że ta niestabilność narasta w charakterystycznym czasie rzędu milisekund, stała się naturalnym kandydatem do wyjaśnienia oscylacji w układach podwójnych z czarnymi dziurami.
Obecnie model ten stał się przedmiotem szczegółowych badań, polegających na realistycznym modelowaniu obserwacyjnych konsekwencji takiej niestabilności w układzie. Modelowanie to jest oparte na metodzie zwanej śledzeniem biegu promieni (ang. ray-tracing method). Metoda ta pozwala na śledzenie trajektorii fotonów emitowanych z dysku akrecyjnego, na całej drodze poprzez silne pole grawitacyjne, aż do odległego obserwatora na Ziemi. Można stworzyć wiele obrazów dysku, w różnych chwilach czasowych. Sekwencja tych obrazów tworzy film ukazujący rozwój niestabilnosci. Posługując sie tym filmem, mozna określić co powinni zobaczyć astronomowie - jak będzie wyglądać obserwowana krzywa blasku obiektu.
W niedawnej pracy (arXiv:1310.0918, "Quasi-periodic oscillations from Rossby Wave Instability", F. H. Vincent (z CAMK), P. Varniere, H. Meheut, T. Paumard, G. Torok, M. Wildner) autorzy użyli kodu o otwartym źródle, GYOTO, służącego do śledzenia biegu promieni. Zademonstrowali, że symulowane w taki sposób krzywe blasku rzeczywiście wykazują modulacje, mogące być przyczyną oscylacji układów podwójnych z czarnymi dziurami.Takie symulacje są szczególnie interesujące, ze względu na spodziewane instrumenty nowej generacji. Planowany (na ok. 2020 roku) satelita LOFT pozwoli obserwować układy podwójne z czarnymi dziurami ze znacznie większą dokładnością niż obecnie.
Więcej w:
Vincent et al., A&A, 551, A54 (2013)
Vincent et al., Proceedings of the French Astronomical Society (2013) astro-ph/1310.0918
Grafika:
Obraz dysku akrecyjnego, ulegającego niestabilności Rossby Wave, uzyskany metodą śledzenia torów fotonów, dla odległego obserwatora patrzącego pod kątem 45° w stosunku do płaszczyzny dysku.
Autor: Frederic Vincent (CAMK).
