Două noi lucrări de cercetare ne permit să ne apropiem de spațiul apropiat de orizontul evenimentului și să formăm imagini cu evenimente din regiunea în care se află orbitele stabile cele mai apropiate de gaura neagră. Autorii ambelor studii analizează emisiile periodice care apar atunci când materia neagră începe să absoarbă materie nouă.
Găurile negre ele însele absorb toată lumina în afara orizontului lor de eveniment, iar spațiul din afara orizontului de eveniment emite de obicei o astfel de lumină în cantități mari. Acest lucru se datorează faptului că materia care intră într-o gaură neagră are o sarcină energetică uriașă. Acesta pierde cuplul și se prăbușește în altă materie în orbita din jurul găurii negre. Astfel, deși nu putem obține o imagine a găurii negre direct, putem trage câteva concluzii despre proprietățile sale folosind lumina din mediul pe care îl creează.
Două lucrări de cercetare au fost publicate în această săptămână care ne permit să ne apropiem de spațiul apropiat de orizontul evenimentului și să formăm imagini cu evenimente din regiunea în care sunt situate orbitele stabile cele mai apropiate de gaura neagră. Autorii uneia dintre aceste lucrări au ajuns la următoarea concluzie: o gaură neagră super-masivă se rotește atât de repede încât un punct de pe suprafața sa se mișcă cu o viteză egală cu aproximativ jumătate din viteza luminii.
Ecou strălucitor
Autorii ambelor studii analizează emisiile periodice care apar atunci când materia neagră începe să absoarbă materie nouă. Această substanță este canalizată în gaură printr-o structură plană centrată într-o gaură neagră. Această structură se numește disc de acreție. Pe măsură ce apare o nouă materie, discul se încălzește, făcând gaura neagră mai luminoasă. Din această cauză, schimbările apar în spațiul din jur. Autorii ambelor studii caută un răspuns la întrebarea ce ne pot spune aceste schimbări despre gaura neagră și spațiul din vecinătatea sa.
Într-una din aceste lucrări, atenția oamenilor de știință este concentrată pe o gaură neagră cu masă stelară, care este de 10 ori mai mare decât masa Soarelui. Ca răspuns la intrarea materiei, una dintre aceste stele a creat un eveniment tranzitoriu numit MAXI J1820 + 070. Și-a primit numele de la instrumentul MAXI de pe ISS, care este conceput pentru a efectua observații astronomice în raza X. În urma descoperirii acestui eveniment, a fost posibilă efectuarea de noi observații folosind echipamentul ISS numit NICER, care examinează compoziția internă a stelelor de neutroni. Acest echipament poate face măsurători foarte rapide ale razelor X emise de surse astronomice, ceea ce vă permite să monitorizați eficient modificările pe termen scurt ale unui obiect.
În acest caz, instrumentul NICER a fost utilizat pentru a analiza „ecoul ușor”. Ideea este că, pe lângă discul de acumulare, găurile negre au o coroană, care este o bulă de materie încărcată energetic, situată deasupra și sub planul discului. Această coroană în sine emite raze X care pot fi detectate cu instrumente. Dar aceste raze X lovesc și ele pe discul de acumulare, iar unele dintre ele sunt reflectate în direcția noastră. Un astfel de ecou ușor ne poate spune câteva detalii despre discul de acumulare.
Video promotional:
Rezolvarea misterului
În acest caz, ecoul luminos a ajutat la rezolvarea puzzle-ului. Imaginile luate de la găurile negre superdense din centrul galaxiilor indică faptul că discul de acreție s-a extins de-a lungul celei mai apropiate orbite stabile până la gaura neagră. Cu toate acestea, măsurătorile găurilor stelare cu masa neagră indică faptul că marginile discului de acumulare sunt mult mai îndepărtate. Deoarece este puțin probabil ca proprietățile fizice să se schimbe cu dimensiunea, aceste măsurători au încurcat oarecum oamenii de știință.
O nouă analiză arată că există proprietăți variabile și constante în razele X MAXI J1820 + 070. Proprietățile constante indică faptul că discul de acumulare care creează ecoul nu își schimbă deloc locația. Și proprietățile variabile indică faptul că atunci când o gaură neagră devorează materia, corona sa devine mai compactă și, prin urmare, sursa de raze X este deplasată. Detaliile semnalului constant indică faptul că discul de acumulare este mult mai aproape de orificiul negru. Datorită acestui fapt, noile măsurători sunt în acord cu ceea ce știm despre versiunile superdense ale găurilor negre.
Moartea unei stele
Pe teritoriul superdense se află obiectul ASASSN-14li, descoperit în timpul explorării automate a supernovelor. Acest obiect avea proprietăți care se găsesc în mod obișnuit într-un eveniment numit perturbarea mareei. În timpul unui astfel de eveniment, gaura neagră, prin forța gravitației sale, rupe o stea care este prea aproape de ea. Cu toate acestea, observațiile ulterioare au arătat că acest semnal are o structură destul de ciudată. La fiecare 130 de secunde, a dat o explozie pentru o perioadă scurtă de timp.
Acest semnal nu a fost foarte diferit de fundalul în care a avut loc distrugerea stelei, dar a fost detectat de trei instrumente diferite, ceea ce indică faptul că ceva se întâmplă periodic. Cea mai simplă explicație este aceea că o parte a stelei a căzut pe orbită în jurul găurii negre. Frecvența acestor orbite depinde de masa și viteza de rotație a găurii negre, precum și de distanța dintre gaura neagră și obiectul din orbita din jurul său. În alte moduri, rotația unei găuri negre este dificil de măsurat și, prin urmare, oamenii de știință reproduc simulări de multe ori, testând diverse configurații ale sistemului găurilor negre.
Masa unei găuri negre este determinată în funcție de dimensiunea galaxiei în care se află. Există o relație simplă între viteza de rotație și distanța orbitală: cu cât este mai aproape un astfel de lucru de gaura neagră, cu atât mai lent se găurește gaura neagră, astfel încât obiectul să se miște pe orbită la aceeași viteză. Astfel, calculând cea mai apropiată orbită posibilă, oamenii de știință au putut determina valoarea minimă a vitezei de rotație.
Calculele efectuate indică faptul că gaura neagră se rotește cel puțin cu o astfel de viteză încât un punct de pe suprafața sa se deplasează cu o viteză jumătate din viteza luminii. (Pentru a vă face o idee mai bună, trebuie spus că găurile negre superdense pot fi atât de mari încât raza lor este aceeași cu raza orbitei lui Saturn sau Neptun.) Dacă materia orbitează puțin mai departe de centru, atunci poate și gaura neagră își accelerează rotația.
Încă nu putem obține imagini cu găuri negre direct, dar studiile au arătat că în ele apar numeroase evenimente, ceea ce ne poate oferi o mulțime de date despre comportamentul lor în Univers. Și acest lucru ne permite să tragem anumite concluzii despre proprietățile găurilor negre în sine, precum și despre materia care așteaptă în aripi să intre în ele. De asemenea, începem să obținem informații din observațiile de unde gravitaționale care ne oferă o idee despre masa și rotația găurilor negre care se ciocnesc. Luate împreună, aceste date îndepărtează o hală de obscuritate din găurile negre și nu mai sunt pentru noi un teritoriu neexplorat.
John Timmer
