Dva nové výskumné práce nám umožňujú priblížiť sa k priestoru blízko horizontu udalostí a vytvoriť obraz udalostí v regióne, kde sa nachádzajú stabilné obežné dráhy najbližšie k čiernej diere. Autori oboch štúdií skúmajú periodické emisie, ktoré sa vyskytujú, keď čierna hmota začína absorbovať novú hmotu.
Čierne diery samy absorbujú všetko svetlo mimo svojho horizontu udalostí a priestor mimo tohto horizontu udalostí zvyčajne takéto svetlo emituje vo veľkých množstvách. Je to spôsobené skutočnosťou, že hmota spadajúca do čiernej diery má obrovský energetický náboj. Stratí krútiaci moment a narazí na inú látku na obežnej dráhe okolo čiernej diery. Aj keď teda nemôžeme priamo získať obraz čiernej diery, môžeme vyvodiť niektoré závery o jej vlastnostiach pomocou svetla z prostredia, ktoré vytvára.
Tento týždeň boli uverejnené dva výskumné práce, ktoré nám umožňujú priblížiť sa k priestoru blízko horizontu udalostí a obrazových udalostí v oblasti najbližších stabilných dráh k čiernej diere. Autori jedného z týchto prác dospeli k nasledujúcemu záveru: supermasívna čierna diera sa otáča tak rýchlo, že bod na jeho povrchu sa pohybuje rýchlosťou rovnajúcou sa približne polovici rýchlosti svetla.
Žiarivá ozvena
Autori oboch štúdií skúmajú periodické emisie, ktoré sa vyskytujú, keď čierna hmota začína absorbovať novú hmotu. Táto látka je vedená do diery cez plochú štruktúru vycentrovanú v čiernej diere. Táto štruktúra sa nazýva akrečný disk. Keď sa objaví nová hmota, disk sa zahrieva a čierna diera je jasnejšia. Z tohto dôvodu sa v okolitom priestore vyskytujú zmeny. Autori oboch štúdií hľadajú odpoveď na otázku, čo nám tieto zmeny môžu povedať o čiernej diere a priestore v jej okolí.
V jednom z týchto článkov je pozornosť vedcov zameraná na čiernu dieru s hviezdnou hmotou, ktorá je 10-krát väčšia ako hmotnosť Slnka. V reakcii na vniknutie hmoty jedna z týchto hviezd vytvorila prechodnú udalosť s názvom MAXI J1820 + 070. Názov dostal od nástroja MAXI na ISS, ktorý je určený na vykonávanie astronomických pozorovaní v röntgenovom rozsahu. Po objavení tejto udalosti bolo možné vykonať nové pozorovania pomocou zariadenia ISS s názvom NICER, ktoré skúma vnútorné zloženie neutrónových hviezd. Toto zariadenie dokáže veľmi rýchlo merať röntgenové žiarenie vyžarované astronomickými zdrojmi, čo vám umožňuje efektívne sledovať krátkodobé zmeny v objekte.
V tomto prípade sa na analýzu „svetelnej echo“použil prístroj NICER. Ide o to, že okrem akrečného disku majú čierne diery korónu, čo je bublina energeticky nabitého materiálu umiestnená nad a pod rovinou disku. Táto koróna sama emituje röntgenové lúče, ktoré sa dajú zistiť pomocou nástrojov. Tieto röntgenové lúče však tiež zasiahli akrečný disk a niektoré z nich sa odrážajú v našom smere. Takéto ľahké ozveny nám môžu povedať niektoré podrobnosti o akrečnom disku.
Propagačné video:
Riešenie záhady
V tomto prípade ľahká ozvena pomohla vyriešiť hádanku. Obrázky nasnímané z čiernych dier v strede galaxií naznačujú, že akrečný disk sa rozprestieral pozdĺž najbližšej stabilnej obežnej dráhy k čiernej diere. Merania čiernych dier hviezdnej hmoty však naznačujú, že okraje narastajúceho disku sú ďaleko ďalej. Pretože je nepravdepodobné, že by sa fyzikálne vlastnosti menili s veľkosťou, tieto merania vedcov trochu zmätili.
Nová analýza ukazuje, že v MAXI J1820 + 070 röntgenových lúčoch existujú premenlivé aj konštantné vlastnosti. Konštantné vlastnosti naznačujú, že akrečný disk vytvárajúci ozvu nemení svoje umiestnenie vôbec. A variabilné vlastnosti naznačujú, že keď čierna diera zožiera hmotu, jej koróna sa stáva kompaktnejšou, a preto je zdroj röntgenového žiarenia posunutý. Detaily konštantného signálu naznačujú, že akrečný disk je oveľa bližšie k čiernej diere. Vďaka tomu nové merania úplne súhlasia s tým, čo vieme o superdenzných verziách čiernych dier.
Smrť hviezdy
Na superdenznom území sa nachádza objekt ASASSN-14li, ktorý sa objavil pri automatickom prieskume supernov. Tento objekt mal vlastnosti, ktoré sa bežne vyskytujú v prípade nazývanom prílivové prerušenie. Počas takejto udalosti čierna diera silou gravitácie roztrhne hviezdu, ktorá je k nej príliš blízko. Nasledujúce pozorovania však ukázali, že tento signál má dosť zvláštnu štruktúru. Každých 130 sekúnd sa na krátky čas roztrhla.
Tento signál sa príliš nelíšil od pozadia, v ktorom došlo k zničeniu hviezdy, ale bol zistený tromi rôznymi nástrojmi, čo naznačuje, že sa niečo pravidelne deje. Najjednoduchšie vysvetlenie je, že časť hviezdy upadla na obežnú dráhu okolo čiernej diery. Frekvencia takýchto dráh závisí od hmotnosti a rýchlosti otáčania čiernej diery, ako aj od vzdialenosti medzi čiernou dierou a predmetom obiehajúcim okolo nej. Inými spôsobmi je ťažké merať rotáciu čiernej diery, a preto vedci mnohokrát reprodukujú simulácie a testujú rôzne konfigurácie systému čiernych dier.
Hmotnosť čiernej diery sa určuje na základe veľkosti galaxie, v ktorej sa nachádza. Existuje jednoduchý vzťah medzi rýchlosťou rotácie a orbitálnou vzdialenosťou: čím bližšie je niečo k čiernej diere, tým rýchlejšie sa čierna diera otáča, takže sa objekt pohybuje rovnakou rýchlosťou na obežnej dráhe. Vedci tak mohli pomocou výpočtu najbližšej možnej obežnej dráhy určiť minimálnu hodnotu rýchlosti otáčania.
Vykonané výpočty naznačujú, že čierna diera sa otáča aspoň takou rýchlosťou, že bod na jej povrchu sa pohybuje rýchlosťou polovičnou rýchlosťou svetla. (Aby ste získali úplnejšiu predstavu, malo by sa povedať, že čierne diery superdense môžu byť také veľké, že majú rovnaký polomer ako obežná dráha Saturn alebo Neptún.) Ak hmota obieha trochu ďalej od stredu, potom aj čierna diera. urýchľuje jeho rotáciu.
Zatiaľ nemôžeme získať snímky čiernych dier priamo, ale štúdie ukázali, že sa v nich vyskytujú početné udalosti, ktoré nám môžu poskytnúť veľa údajov o ich správaní sa vo vesmíre. A to nám umožňuje urobiť určité závery o vlastnostiach samotných čiernych dier, ako aj o záležitosti čakajúcej v krídlach, aby sa do nich dostali. Začíname tiež získavať informácie z pozorovaní gravitačných vĺn, ktoré nám dávajú predstavu o množstve a rotácii zrážajúcich sa čiernych dier. Celkovo tieto údaje odstraňujú z čiernych dier svätostánok a pre nás už nie sú nepreskúmaným územím.
John Timmer