Novinky

Nejlepší vědecké výsledky za rok 2013: Oscilace akrečních disků v okolí černých děr: obecně relativistické výpočty

Jedna z nevýznamnějších vlastností černých děr v naší galaxii je jejich rychlá proměnnost v rentgenovém oboru. Kromě chaotických fluktuací obsahuje občas signál z těchto objektů také poměrně koherentní oscilace známé jako kvazi-periodické oscilace. Vysoko-frekvenční kvaziperiodické oscilace (jejichž frekvence jsou přibližně v rozsahu 50-450Hz) byly pozorovány v záření osmi systémů s černou dírou a představují hlavní astrofyzikální motivaci naší práce. Obecně lze říci, že jejich frekvence jsou poměrně stabilní, charakteristické pro daný systém a často vykazují celočíselné poměry. K vysvětlení tohoto jevu byla navržena řada modelů s různou mírou propracovanosti. Jedny z nejpropracovanějších modelů QPO jsou založeny na relativistické diskoseismologii. Podobně i náš model je založen na tzv. akustických p-modech, které představují přibližně horizontální oscilace akrečního disku poblíž vnitřního okraje akrečního disku, jejichž charakter prakticky nezávisí na hloubce v disku. Nedávno bylo objeveno, že tyto módy podléhají nové globální tzv. korotační nestabilitě, při níž neaxiálně symetrické vlny v disku získávají energii z diferenciální rotace akreující hmoty.

V naší práci jsme dále prozkoumali základní charakteristické vlastnosti těchto oscilací (jako jsou frekvence, rychlosti růstu a tvar vlastních vlnových funkcí, viz. obrázek). Při výpočtu jsme se zvláště soustředili na efekty Einsteinovy obecné teorie relativity. Vypočítané frekvence sice neodpovídají přesně frekvencím pozorovaných kvazi-periodických oscilací (pro publikované odhady spinu a hmotnosti odpovídajících černých děr), některé korekce, které plánujeme započíst v budoucích pracích, mohou vést k většímu souladu vypočtených a naměřených hodnot.

Korotační nestabilita v akrečním disku obklopující nerotující (Schwarzschildovu) černou díru. Barva vyjadřuje hustotu disku v daném čase v závislosti na poloze v disku (určené radiální souřadnicí r a azimutální souřadnicí φ). Místa s nízkou hustotou odpovídají modrým oblastem, oblasti s vysokou hustotou jsou znázorněny červeně. Na vyšších poloměrech generuje korotační nestabilita spirální vlny. Obrázek zachycuje módy se dvěma (levý panel) a třemi (pravý panel) spirálními rameny, jenž by mohly představovat vysokofrekvenční kvaziperiodické oscilace.

Autoři:
J. Horák, Dong Lai

Článek:
   Corotation resonance and overstable oscillations in black hole accretion discs: general relativistic calculations
   Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2013, Volume 434, Issue 4, p.2761-2771
   ADS: 2013MNRAS.434.2761H
   DOI: 10.1093/mnras/stt1120