Dva nova raziskovalna prispevka nam omogočata, da se približamo prostoru blizu obzorja dogodkov in oblikujemo slike dogodkov v regiji, kjer se nahajajo stabilne orbite, ki so najbližje črni luknji. Avtorja obeh študij proučujeta periodične emisije, ki nastanejo, ko črna snov začne absorbirati novo snov.
Črne luknje same absorbirajo vso svetlobo zunaj svojega dogodkovnega obzorja, prostor zunaj takšnega obzorja dogodkov pa običajno oddaja takšno svetlobo v velikih količinah. To je posledica dejstva, da ima materija, ki pade v črno luknjo, ogromen energijski naboj. Izgubi navor in se v orbiti okoli črne luknje zruši v drugo snov. Čeprav ne moremo neposredno dobiti slike črne luknje, lahko s pomočjo svetlobe iz okolja, ki ga ustvarja, naredimo nekaj zaključkov o njenih lastnostih.
Ta teden sta bila objavljena dva raziskovalna prispevka, ki nam omogočata, da se približamo prostoru blizu obzorja dogodkov in oblikujemo slike dogodkov v regiji, kjer se nahajajo stabilne orbite, ki so najbližje črni luknji. Avtorji enega od teh prispevkov so prišli do naslednjega zaključka: supermasivna črna luknja se vrti tako hitro, da se točka na njeni površini premika s hitrostjo, približno enako polovici svetlobne hitrosti.
Glow odmev
Avtorja obeh študij proučujeta periodične emisije, ki nastanejo, ko črna snov začne absorbirati novo snov. Ta snov je speljana v luknjo skozi ravno strukturo z osrednjo črno luknjo. Ta struktura se imenuje akrecijski disk. Ko se pojavi nova zadeva, se disk segreje, zaradi česar je črna luknja svetlejša. Zaradi tega se v okoliškem prostoru dogajajo spremembe. Avtorja obeh študij iščeta odgovor na vprašanje, kaj nam lahko te spremembe sporočajo o črni luknji in prostoru v njeni bližini.
V enem od teh prispevkov je pozornost znanstvenikov usmerjena v črno luknjo z zvezdno maso, ki je 10-krat večja od mase Sonca. Kot odgovor na zadevo, ki je vstopila v notranjost, je ena od teh zvezd ustvarila prehodni dogodek, imenovan MAXI J1820 + 070. Ime je dobila po instrumentu MAXI na ISS, ki je zasnovan za izvajanje astronomskih opazovanj v območju rentgenskih žarkov. Po odkritju tega dogodka je bilo mogoče izvesti nova opažanja z opremo ISS, imenovano NICER, ki pregleduje notranjo sestavo nevtronskih zvezd. Ta oprema lahko izvede zelo hitre meritve rentgenskih žarkov, ki jih oddajajo astronomski viri, kar vam omogoča učinkovito spremljanje kratkoročnih sprememb v predmetu.
V tem primeru je bil instrument NICER uporabljen za analizo "svetlobnega odmeva". Stvar je v tem, da imajo črne luknje poleg akreacijskega diska korono, ki je mehurček energijsko nabitih snovi, ki se nahaja nad in pod ravnino diska. Ta korona sama oddaja rentgenske žarke, ki jih je mogoče zaznati z instrumenti. Toda ti rentgenski žarki zadenejo tudi na ekskrecijski disk in nekateri se odražajo v naši smeri. Takšen svetlobni odmev nam lahko pove nekaj podrobnosti o akumulacijskem disku.
Promocijski video:
Reševanje skrivnosti
V tem primeru je svetlobni odmev pomagal rešiti uganko. Slike, posnete iz pretanke črne luknje v središču galaksij, kažejo, da se je akrektorski disk razširil vzdolž najbližje stabilne orbite do črne luknje. Vendar meritve črnih lukenj zvezdne mase kažejo, da so robovi ploščice veliko bolj oddaljeni. Ker se fizikalne lastnosti verjetno ne bodo spremenile z velikostjo, so te meritve znanstvenike nekoliko zmedle.
Nova analiza kaže, da so v rentgenskih žarkih MAXI J1820 + 070 spremenljive in stalne lastnosti. Nenehne lastnosti kažejo, da akrecijski disk, ki ustvarja odmev, sploh ne spremeni svoje lokacije. In spremenljive lastnosti kažejo, da ko črna luknja požre snov, postane njena korona bolj kompaktna, zato se izvor rentgenskih žarkov izpodrine. Podrobnosti o konstantnem signalu kažejo, da je akumulacijski disk veliko bližje črni luknji. Zahvaljujoč temu se nove meritve popolnoma ujemajo s tistim, kar vemo o prenapetih različicah črnih lukenj.
Smrt zvezde
Na supernapetem ozemlju je objekt ASASSN-14li, odkrit med samodejnim raziskovanjem supernov. Ta predmet je imel lastnosti, ki jih običajno najdemo v dogodku, imenovanem motnje plimovanja. Med takim dogodkom črna luknja s silo svoje gravitacije raztrga zvezdo, ki ji je preblizu. Vendar so poznejša opažanja pokazala, da ima ta signal precej čudno strukturo. Vsakih 130 sekund se je za kratek čas sprožil.
Ta signal se ni zelo razlikoval od ozadja, na katerem se je zgodilo uničenje zvezde, vendar so ga zaznali trije različni instrumenti, kar kaže, da se občasno nekaj dogaja. Najpreprostejša razlaga je, da je del zvezde padel v orbito okoli črne luknje. Pogostost takšnih orbitov je odvisna od mase in hitrosti vrtenja črne luknje, pa tudi od razdalje med črno luknjo in objektom, ki kroži okoli nje. Na druge načine je težko izmeriti vrtenje črne luknje, zato znanstveniki večkrat reproducirajo simulacije in preizkušajo različne konfiguracije sistema črne luknje.
Masa črne luknje se določi glede na velikost galaksije, v kateri se nahaja. Med hitrostjo vrtenja in orbitalno razdaljo obstaja preprosto razmerje: bližje kot je črni luknji, tem počasneje se črna luknja vrti, tako da se predmet giblje v orbiti z isto hitrostjo. Tako so znanstveniki z izračunom najbližje možne orbite lahko določili najmanjšo vrednost vrtenja.
Izvedeni izračuni kažejo, da se črna luknja vrti vsaj s tako hitrostjo, da se točka na njeni površini premika s hitrostjo, polovico hitrejše od svetlobe. (Če želite boljše predstave, je treba reči, da so lahko prenapete črne luknje tako velike, da je njihov polmer enak polmeru orbite Saturna ali Neptuna.) Če se zadeva vrti malo naprej od središča, potem tudi črna luknja pospeši vrtenje.
Slike črnih lukenj še ne moremo dobiti neposredno, vendar so študije pokazale, da se v njih dogajajo številni dogodki, ki nam lahko dajo veliko podatkov o njihovem vedenju v vesolju. In to nam omogoča, da naredimo določene zaključke o lastnostih samih črnih lukenj, pa tudi o zadevi, ki čaka na krilih, da se vanje spusti. Začnemo dobivati informacije tudi iz opazovanj gravitacijskih valov, kar nam daje predstavo o masi in vrtenju trkajočih črnih lukenj. Skupaj ti podatki odstranijo halo nejasnosti iz črnih lukenj in za nas niso več neraziskano ozemlje.
John Timmer