Két új kutatási cikk lehetővé teszi, hogy közelebb kerüljünk az eseményhorizonthoz közeli térhez, és képeket alkossunk az esemény azon régiójában, ahol a fekete lyukhoz legközelebb eső keringő pályák találhatók. Mindkét tanulmány szerzői azon időszakos kibocsátásokat vizsgálják, amelyek akkor fordulnak elő, amikor a fekete anyag elkezdi felvenni az új anyagot.
A fekete lyukak maguk elnyelik az összes fényt az eseményhorizontjukon kívül, és az ilyen eseményhorizonton kívüli tér általában ilyen nagy mennyiségben bocsát ki ilyen fényt. Ennek oka az a tény, hogy a fekete lyukba eső anyagnak hatalmas energia töltése van. Elveszíti a nyomatékot, és összeomlik más anyaggal a fekete lyuk körüli pályán. Így, bár nem tudunk közvetlenül képet kapni a fekete lyukról, levonhatunk néhány következtetést annak tulajdonságairól a létrehozott környezetből származó fény felhasználásával.
Ezen a héten két kutatási publikáció jelent meg, amelyek lehetővé teszik, hogy közelebb kerüljünk az esemény horizontja közelében lévő térhez, és képeket alkossunk az eseményekről abban a térségben, ahol a fekete lyukhoz legközelebbi stabil pályák találhatók. Az egyik cikk szerzői a következő következtetésre jutottak: egy szupermasszív fekete lyuk olyan gyorsan forog, hogy a felületén lévő pont a fénysebesség körülbelül felével megegyező sebességgel mozog.
Izzó visszhang
Mindkét tanulmány szerzői azon időszakos kibocsátásokat vizsgálják, amelyek akkor fordulnak elő, amikor a fekete anyag elkezdi felvenni az új anyagot. Ezt az anyagot a lyukba egy fekete lyuk közepén lévő lapos szerkezeten keresztül vezetik a lyukba. Ezt a szerkezetet akkréciós lemeznek hívják. Az új anyag megjelenésekor a lemez felmelegszik, és a fekete lyuk világosabbá válik. Emiatt változások történnek a környező térben. Mindkét tanulmány szerzői választ keresnek arra a kérdésre, hogy ezek a változások mit mondhatnak nekünk a fekete lyukról és annak közelében lévő térről.
Az egyik ilyen cikkben a tudósok figyelmét egy csillagtömegű fekete lyukra összpontosítják, amely a Nap tömegének tízszerese. Az anyag bejutására reagálva e csillagok egyike átmeneti eseményt hozott létre, a MAXI J1820 + 070 elnevezéssel. A nevét az ISS MAXI eszközéből kapta, amelynek célja a csillagászati megfigyelések röntgen-tartományban történő végrehajtása. Az esemény felfedezését követően új megfigyeléseket lehetett végezni a NICER nevű ISS berendezéssel, amely megvizsgálja a neutroncsillagok belső összetételét. Ez a berendezés nagyon gyorsan képes mérni a csillagászati források által kibocsátott röntgen sugárzást, ami lehetővé teszi az objektum rövid távú változásainak hatékony monitorozását.
Ebben az esetben a NICER műszert használták a "könnyű visszhang" elemzésére. A lényeg az, hogy az akkumulációs tárcsa mellett a fekete lyukaknak koronája is van, amely egy energiatakarékos anyag buborék, amely a korong síkja felett és alatt található. Maga a korona röntgen sugárzást bocsát ki, amely műszerekkel kimutatható. De ezek a röntgenfelvételek szintén elérik az akkumulációs lemezt, és néhányuk visszafelé mutat. Egy ilyen könnyű visszhang néhány részletet mondhat nekünk az akkriptőről.
Promóciós videó:
A rejtély megoldása
Ebben az esetben a könnyű visszhang segítette a puzzle megoldását. A galaxisok közepén levő túlméretezett fekete lyukakról készített képek jelzik, hogy az akkumulációs tárcsa meghosszabbodott a fekete lyukhoz legközelebbi stabil pályán. A csillagtömegű fekete lyukak mérése azonban azt mutatja, hogy az akkreditáló korong szélei sokkal távolabb vannak. Mivel a fizikai tulajdonságok valószínűleg nem változnak a mérettel, ezek a mérések kissé zavarták a tudósokat.
Egy új elemzés azt mutatja, hogy a MAXI J1820 + 070 röntgen sugarai mind változó, mind állandó tulajdonságokkal rendelkeznek. Az állandó tulajdonságok azt jelzik, hogy a visszhangot létrehozó akkripciós lemez egyáltalán nem változtatja meg a helyét. És a változó tulajdonságok azt jelzik, hogy amikor egy fekete lyuk anyagot emészt fel, koronája kompaktabbá válik, és ezért a röntgenforrás elmozdul. Az állandó jel részletei azt mutatják, hogy az akkumulációs korong sokkal közelebb van a fekete lyukhoz. Ennek köszönhetően az új mérések teljes mértékben megegyeznek azzal, amit tudunk a fekete lyukak rendkívüli verziójáról.
Egy csillag halála
A túlméretezett területen található az ASASSN-14li tárgy, amelyet a szupernóvák automatikus felfedezése során fedeztek fel. Ennek az objektumnak olyan tulajdonságai voltak, amelyek általában az árapály-megszakításnak nevezett eseményben találhatók. Egy ilyen esemény során a fekete lyuk a gravitációja révén kitép egy olyan csillagot, amely túl közel van ahhoz. A későbbi megfigyelések azonban azt mutatták, hogy ennek a jelnek meglehetősen furcsa felépítése van. 130 másodpercenként rövid időre robbant.
Ez a jel nem különbözött nagyon attól a háttértől, amelyben a csillag megsemmisült, ám három különféle eszköz segítségével észlelte, ami azt jelzi, hogy időszakosan történik valami. A legegyszerűbb magyarázat az, hogy a csillag egy része pályára esett a fekete lyuk körül. Az ilyen keringések gyakorisága a fekete lyuk tömegétől és forgási sebességétől, valamint a fekete lyuk és a körül körüli körüli körüli tárgy közötti távolságtól függ. Más módon a fekete lyuk forgását nehéz mérni, ezért a tudósok sokszor reprodukálják a szimulációkat, a fekete lyuk rendszerének különféle konfigurációit tesztelve.
A fekete lyuk tömegét annak a galaxisnak a mérete alapján határozzák meg, amelyben található. Egyszerű kapcsolat van a forgási sebesség és az orbitális távolság között: minél közelebb van valami a fekete lyukhoz, annál lassabban forog a fekete lyuk úgy, hogy az objektum ugyanolyan sebességgel mozog pályán. Így a lehető legközelebbi pálya kiszámításával a tudósok meg tudták határozni a forgási sebesség minimális értékét.
Az elvégzett számítások azt mutatják, hogy a fekete lyuk legalább olyan sebességgel forog, hogy a felületén lévő pont a fénysebesség felének sebességével mozog. (Ahhoz, hogy jobb képet kapjunk, azt kell mondani, hogy a túlméretezett fekete lyukak olyan nagyok lehetnek, hogy sugáruk megegyezzen a Saturn vagy Neptunusz pályájának sugarakkal.) Ha az anyag kicsivel közelebb kering a központtól, akkor a fekete lyuk felgyorsítja forgását.
Még nem szerezhetünk közvetlenül képet a fekete lyukakról, de tanulmányok kimutatták, hogy számos esemény fordul elő bennük, ami sok adatot szolgáltat nekünk az univerzumban zajló viselkedésükről. És ez lehetővé teszi számunkra, hogy bizonyos következtetéseket vonjunk le maguk a fekete lyukak tulajdonságairól, valamint arról, hogy mi a helyzet a szárnyakon, hogy bejuthassanak hozzájuk. A gravitációs hullám megfigyelései alapján kezdünk információt szerezni, amely képet ad nekünk az ütköző fekete lyukak tömegéről és forgásáról. Összegezve, ezek az adatok eltávolítják a homályosság halvány részét a fekete lyukakról, és számunkra már nem fedezték fel őket.
John Timmer