Przełomowy pomiar ujawnia czarną dziurę wirującą z jedną czwartą prędkości światła

Zespołowi astronomów udało się obliczyć prędkość obrotu odległej supermasywnej czarnej dziury dzięki przypadkowemu spotkaniu obiektu z gwiazdą, którą natychmiast zniszczył.

Wszystkie czarne dziury mają spin, który rozwija się w wyniku interakcji z inną materią w przestrzeni. Kiedy czarne dziury rosną w wyniku akrecji materii, mogą wirować z większą prędkością; kiedy rosną w wyniku fuzji z innymi masywnymi obiektami, mają tendencję do zwalniania. W swojej ostatniej pracy zespołowi udało się wydedukować obrót supermasywnej czarnej dziury, mierząc wahania jej dysku akrecyjnego po uszkodzeniu gwiazdy – uprzejmym określeniu rozdarcia – przez gigantyczny obiekt. Odkryli, że wirowanie czarnej dziury wynosi mniej niż 25% prędkości światła, czyli jest powolne, przynajmniej jak na czarną dziurę. Wyniki badań zespołu opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature.

„Wirowanie czarnej dziury jest powiązane z jej ewolucją. Na przykład czarna dziura, która rosła w wyniku stałej akrecji gazu przez miliardy lat, ma tendencję do szybkiego wirowania, podczas gdy czarna dziura, która rosła w wyniku łączenia się z innymi czarnymi dziurami, powinna wirować powoli” – powiedział Dheeraj Pasham, astronom z MIT i główny autor nowego artykułu w e-mailu do Gizmodo.

Czarne dziury to obszary czasoprzestrzeni z polami grawitacyjnymi tak intensywnymi, że nawet światło nie jest w stanie wydostać się z nich poza pewien punkt, zwany horyzontem zdarzeń. Ale czarne dziury przyciągają również mnóstwo materii w swoje pobliże, co jest genialne, ponieważ pozwala naukowcom badać fizykę tych cienistych kolosów. Materia – zbiór skalnych szczątków, pyłu i gazu – to dysk akrecyjny czarnej dziury, a jego jasny blask umożliwia Teleskopowi Horyzontu Zdarzeń bezpośrednie obrazowanie cieni czarnych dziur .

„Istnieją inne tryby, w których supermasywne czarne dziury – a tym samym ich galaktyki macierzyste – mogą rosnąć z biegiem czasu, a każdy tryb ma specyficzne przewidywania dotyczące rozkładu spinu” – dodał Pasham. „Tak więc, jeśli potrafimy zmierzyć zakłócenia spinu supermasywnych czarnych dziur, możemy ograniczyć sposób, w jaki one (i ich galaktyki macierzyste) rosły w czasie kosmicznym”.

Czasami nieszczęsne gwiazdy, które przechodzą zbyt blisko czarnej dziury, wpadają w pułapkę jej siły pływowej i zostają rozerwane na kawałki; część gwiazdy może zostać wyrzucona w przestrzeń kosmiczną, a część rozciągnięta, tworząc mnóstwo przegrzanej materii gwiezdnej, która stanie się częścią dysku akrecyjnego czarnej dziury.

Wirujący olbrzym został wykryty w lutym 2020 r., kiedy obiekt Zwicky Transient Facility wykrył błysk światła obiektu znajdującego się 1 miliard lat świetlnych od Ziemi. Zespół badał źródło światła, które uważał za zdarzenie rozerwania pływowego, przez ponad 200 dni za pomocą należącego do NASA teleskopu NICER, który obserwuje kosmos w zakresie fal rentgenowskich.

Grupa odkryła, że ​​emisja promieniowania rentgenowskiego ze źródła osiągała szczyt co 15 dni. To doprowadziło zespół do wniosku, że te szczyty wystąpiły, gdy dysk akrecyjny był bezpośrednio ustawiony w jednej linii z teleskopem. Analizując to pozorne kołysanie dysku akrecyjnego, zespół wziął pod uwagę przybliżoną masę czarnej dziury oraz gwiazdy, z której pobrała materię. Doszli do oszacowania spinu samej czarnej dziury.

To nie pierwszy raz, kiedy obliczono spin czarnej dziury; w 2019 roku zespół, w skład którego wchodził Pasham, znalazł sygnał , który powiązał z czarną dziurą wirującą z prędkością około połowy prędkości światła. Jednakże, jak Pasham powiedział Gizmodo, natura tego sygnału „nadal pozostaje tajemnicą”, podczas gdy nowy pomiar odpowiada spinowi czarnej dziury zgodnie z odpowiednimi teoriami. Chociaż czarna dziura wirująca z prędkością jednej czwartej prędkości światła (167 654 156 mil na godzinę, czyli 74 948 114 metrów na sekundę) jest nadal bardzo szybka w naszych zwykłych, ludzkich kategoriach, musimy pamiętać, że są to jedne z najbardziej ekstremalnych obiektów we wszechświecie.

Pasham dodał, że czarna dziura nie może wirować szybciej niż 94% prędkości światła, czyli 281 804 910,52 m/s, jak obliczył Kip Thorne w 1974 r. To maksimum wynika z wielkości momentu obrotowego czarnej dziury generowanego przez promieniowanie wyemitowany z dysku akrecyjnego i połknięty przez czarną dziurę. MIT wyprodukował także pomocny film przedstawiający nowe odkrycia, który można obejrzeć poniżej:

Błyski promieni rentgenowskich z odległych obiektów w przestrzeni są często oznaką czarnych dziur i ich zwykłych szaleństw. W 2021 roku zespół, w którym uczestniczył Pasham, ustalił, że dziwny obiekt w kosmosie znany jako „Krowa” mógł być rodzącą się czarną dziurą ; w 2022 r. kolejny rozbłysk obiektu oddalonego o 8,5 miliarda lat świetlnych okazał się najodleglejszym zaobserwowanym zdarzeniem w postaci rozerwania pływowego , w wyniku którego czarna dziura wystrzeliła strumień przegrzanej materii bezpośrednio w Ziemię.

Zespół będzie nadal katalogował zdarzenia związane z zakłóceniami pływowymi, mając na celu ustalenie rozkładu spinów supermasywnych czarnych dziur. Droga do zrozumienia wszechświata czarnych dziur jest długa, ale rozszyfrowanie ich fizyki może pomóc nam w rozwikłaniu niektórych z największych tajemnic wszechświata.

Więcej : Astronomowie odkryli najcięższą gwiazdową czarną dziurę w Drodze Mlecznej