Sprawdzanie prędkości wirowania supermasywnej czarnej dziury to świetny sposób dla astronomów na przetestowanie teorii Einsteina w ekstremalnych warunkach - i dokładne przyjrzenie się, jak intensywna grawitacja zniekształca materiał czasoprzestrzenny. Teraz wyobraź sobie potwora… takiego, który ma masę około 2 milionów razy większą niż nasze Słońce, mierzy 2 miliony mil średnicy i obraca się tak szybko, że prawie łamie prędkość światła.
Fantazja? Nie trudno. Jest to supermasywna czarna dziura zlokalizowana w centrum galaktyki spiralnej NGC 1365 - i ma zamiar nauczyć nas o wiele więcej na temat dojrzewania czarnych dziur i galaktyk.
Co sprawia, że naukowcy są tak pewni, że w końcu podjęli ostateczne obliczenia tak niesamowitej prędkości wirowania w odległej galaktyce? Dzięki danym wykonanym przez Nuclear Spectroscopic Telescope Array lub NuSTAR oraz satelitom rentgenowskim XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej zespół naukowców zajrzał do serca NGC 1365 oczami rentgenowskimi - odnotowując lokalizację horyzontu zdarzeń - krawędź wirującej dziury, w której otaczająca przestrzeń zaczyna być wciągana do ujścia bestii.
„Możemy prześledzić materię, która wiruje w czarną dziurę za pomocą promieni rentgenowskich emitowanych z regionów bardzo blisko czarnej dziury”, powiedziała współautorka nowego badania, główna badaczka NuSTAR, Fiona Harrison z California Institute of Technology w Pasadenie. „Promieniowanie, które widzimy, jest wypaczone i zniekształcone przez ruchy cząstek i niewiarygodnie silną grawitację czarnej dziury”.
Jednak badania się nie zakończyły, zbliżyły się do wewnętrznej krawędzi, aby objąć lokalizację dysku akrecyjnego. Oto „najbardziej wewnętrzna stabilna orbita kołowa” - przysłowiowy punkt bez powrotu. Ten region jest bezpośrednio związany z prędkością wirowania czarnej dziury. Ponieważ czasoprzestrzeń jest zniekształcona w tym obszarze, niektóre z nich mogą zbliżyć się nawet do ISCO przed wciągnięciem. To, co sprawia, że aktualne dane są tak przekonujące, to patrzeć głębiej w czarną dziurę poprzez szerszy zakres promieni rentgenowskich, umożliwiając astronomowie, którzy widzą poza zasłaniające chmury pyłu, które tylko myliły wcześniejsze odczyty. Te nowe odkrycia pokazują nam, że to nie pył zniekształca promieniowanie rentgenowskie - ale miażdżąca grawitacja.
„Po raz pierwszy ktoś dokładnie zmierzył spin supermasywnej czarnej dziury”, powiedział główny autor Guido Risaliti z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i INAF - Arcetri Observatory.
„Gdybym mógł dodać jeden instrument do XMM-Newton, byłby to teleskop taki jak NuSTAR”, powiedział Norbert Schartel, naukowiec projektu XMM-Newton w Europejskim Centrum Astronomii Kosmicznej w Madrycie. „Promieniowanie rentgenowskie o wysokiej energii stanowiło niezbędny brakujący element układanki do rozwiązania tego problemu”.
Chociaż centralna czarna dziura w NGC 1365 jest teraz potworem, nie zaczęła się jako jedna. Jak wszystkie rzeczy, w tym sama galaktyka, ewoluowała z czasem. Przez miliony lat zyskiwał na objętości, ponieważ zużywał gwiazdy i gaz - być może nawet połączył się z innymi czarnymi dziurami po drodze.
„Obrót czarnej dziury jest wspomnieniem, zapisem przeszłości całej galaktyki” - wyjaśnił Risaliti.
„Te potwory, o masach od milionów do miliardów razy większych niż Słońce, powstają jako małe nasiona we wczesnym wszechświecie i rosną poprzez połykanie gwiazd i gazu w galaktykach-gospodarzach, łącząc się z innymi gigantycznymi czarnymi dziurami, gdy galaktyki zderzają się, lub oba ”, Powiedział główny autor badania, Guido Risaliti z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, Massachusetts, oraz Włoski Narodowy Instytut Astrofizyki.
Ten nowy obrót czarnymi dziurami pokazał nam, że potwór może wyłonić się z „uporządkowanej akrecji” - a nie tylko przypadkowych wielu zdarzeń. Zespół będzie kontynuował badania, aby zobaczyć, jak zmieniają się z czasem czynniki inne niż spin czarnej dziury, i będzie obserwował kilka innych supermasywnych czarnych dziur za pomocą NuSTAR i XMM-Newton.
„Jest to niezwykle ważne w dziedzinie nauki o czarnych dziurach” - powiedział Lou Kaluzienski, naukowiec programu NuSTAR w siedzibie głównej NASA w Waszyngtonie, D.C. „Teleskopy NASA i ESA wspólnie poradziły sobie z tym problemem. Równolegle z obserwacjami rentgenowskimi o niższej energii przeprowadzonymi z XMM-Newtonem, niespotykane możliwości NuSTAR w zakresie pomiaru promieni rentgenowskich o wyższej energii dostarczyły niezbędnego, brakującego elementu układanki do rozwiązania tego problemu. ”
Źródło oryginalnej historii: JPL / NASA News Release.
