Două noi studii Găurile negre devorează stele întregi
Găurile negre înghit tot ce se apropie de ele. Două noi studii oferă informații despre „obiceiurile alimentare” ale obiectelor nedumeritoare. Cercetătorii speră că acest lucru va oferi informații importante despre formarea galaxiilor.
Găurile negre sunt printre cele mai misterioase obiecte din cosmos. Pot uni masa de milioane sau uneori miliarde de sori, iar gravitatea lor extremă asigură că nici măcar lumina nu poate scăpa de ei. Monștrii gravitației își datorează numele acestui fapt și tocmai din acest motiv nu pot fi observați direct cu telescoapele. Cu toate acestea, dacă o gaură neagră absoarbe materie nouă, aceasta se aprinde mai întâi înainte de a fi înghițită. Și observând această masă cosmică se poate învăța multe despre proprietățile greutăților. La reuniunea anuală a American Astronomical Society (AAS) din Seattle, cercetătorii au prezentat noi rezultate ale unor astfel de „studii nutriționale”.
Găurile negre sfâșie stelele
O gaură neagră supermasivă doarme în inimile majorității galaxiilor, ceea ce are un impact major asupra evoluției întregii galaxii. La o distanță de obicei de câteva sute de mii de ani, se trezește pentru o nouă activitate: dacă o stea se apropie prea mult, ea este sfâșiată de o gravitație gigantică și în cele din urmă devorată.
Un astfel de „eveniment de întrerupere a mareelor” a fost înregistrat de un sistem automat de telescop în noiembrie 2014, într-o galaxie aflată la 290 de milioane de ani lumină distanță. Un an lumină este distanța pe care o parcurge lumina într-un an - aproximativ 9,5 trilioane de kilometri. Steaua fusese sfâșiată de forțele puternice de maree ale găurii negre: gravitația sa trage mai puternic pe partea apropiată a stelei decât pe partea îndepărtată, distrugând steaua.
Cercetătorii determină rotația găurii negre
Mai multe observatoare au urmat drama cosmică. Din observații, un grup condus de Dheeraj Pasham de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) a stabilit acum rotația găurii negre, așa-numitul spin. În plus față de masă, care poate fi derivată din efectul gravitației asupra altor corpuri cerești, acest spin este cea mai importantă proprietate a monștrilor gravitaționali, dar nu este ușor de determinat.
„Este foarte dificil să limitezi rotirea unei găuri negre, deoarece efectele de rotire apar doar foarte aproape de gaura însăși, unde gravitația este extrem de puternică și este dificil să obții o viziune clară”, explică Pasham într-un comunicat de presă Agenția Spațială Europeană Esa. Satelitul lor cu raze X „XMM-Newton” vizase evenimentul.
Materia devine fierbinte și apoi înghițită
Materia stelei perturbate nu cade direct în gaura neagră, ci colectează într-un fel de vortex, așa-numitul disc de acumulare, înainte de a fi înghițit în cele din urmă. Materia de pe acest disc devine fierbinte de milioane de grade și emite raze X luminoase. Conform modelelor, observarea zonei cele mai interioare ale discului de acumulare ar trebui să permită determinarea spinului, Pasham descrie presupunerea cercetătorilor. "Cu toate acestea, observațiile unor astfel de evenimente nu au fost suficient de sensibile pentru a examina în detaliu această regiune cu gravitație ridicată - până acum".
În datele de la satelitul european cu raze X și telescoapele spațiale „Chandra” și „Swift” ale agenției spațiale americane NASA, oamenii de știință au descoperit o fluctuație regulată a semnalului din gaura neagră cu un ritm de 131 de secunde. Semnalul a putut fi observat timp de 450 de zile, după cum relatează echipa în revista „Science”.
Observația detaliată este o premieră
„Aceasta este o descoperire extraordinară: un semnal atât de luminos, care rămâne stabil atât de mult timp, nu a fost niciodată observat în vecinătatea oricărei găuri negre”, subliniază coautorul Alessia Franchini de la Universitatea din Milano. „În plus, semnalul vine din imediata vecinătate a orizontului de evenimente al găurii negre - dincolo de acest punct nu putem observa nimic, deoarece forța gravitațională este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa”.
Din ritmul impulsurilor de raze X, cercetătorii au dedus dimensiunile așa-numitei mici orbite circulare stabile (ISCO; orbita circulară cea mai interioară stabilă) din jurul găurii negre. Acestea, la rândul lor, rezultă din cât de repede se rotește gaura neagră. Rezultatul analizei: gaura neagră examinată trebuie să se rotească cu cel puțin 50% din viteza luminii.
„Nu este foarte rapid - există alte găuri negre a căror rotire este estimată la aproape 99% viteza luminii”, explică Pasham. "Dar este prima dată când am reușit să folosim explozia unui eveniment de rupere a stelelor pentru a conține rotația unei găuri negre supermasive."
Un pas important în înțelegerea galaxiilor
Studiul demonstrează astfel o nouă metodă de determinare a rotirii găurilor negre supermasive. Cercetătorii speră să descopere mai multe astfel de evenimente în următorul deceniu. Estimarea rotirilor mai multor găuri negre de la începutul timpului până în prezent poate ajuta, de exemplu, la investigarea întrebării dacă există o legătură între vârsta și rotirea unei găuri negre, explică.
„Evenimentele în care găurile negre sfâșie stelele care se apropie prea mult de ele ne-ar putea ajuta să cartografim rotirile mai multor găuri negre care nu sunt active și altfel ascunse în centrul galaxiilor”, explică Pasham. „Acest lucru ne-ar putea ajuta în cele din urmă să înțelegem cum au evoluat galaxiile de-a lungul timpului cosmic.”
Dar nu doar găurile negre supermasive din centrele marilor galaxii absorb substanța nouă. O echipă condusă de Erin Kara de la Universitatea din Maryland a observat o gaură neagră relativ mică, cu aproximativ zece ori masa Soarelui nostru, deoarece aspiră materialul unei stele însoțitoare. Studiul, care a fost prezentat și la Congresul Astronomilor din Seattle, oferă cea mai clară imagine a modului în care astfel de găuri negre stelare mici consumă materie și emit energie, relatează cercetătorii.
O gaură neagră lângă constelația Leu
Echipa a folosit instrumentul „Mai frumos” (Neutron Star Interior Composition Explorer), care a fost de fapt construit pentru a studia așa-numitele stele de neutroni, de la Stația Spațială Internațională ISS pentru a examina gaura neagră care pâlpâie brusc, care se află la aproximativ 10.000 de ani lumină distanță în constelația Leului. Acesta a fost înregistrat pe 11 martie 2018 de instrumentul japonez „Maxi”, care caută pe tot cerul explozii bruște de radiații din gama de raze X și, prin urmare, poartă numărul de catalog MAXI J1820 + 070.
Gaura neagră necunoscută anterior, cunoscută pe scurt sub numele de J1820, s-a dezvoltat într-una dintre cele mai strălucitoare surse de raze X în doar câteva zile și a oferit cercetătorilor o perspectivă perfectă de observare. „Această gaură neagră strălucitoare a apărut complet neobstrucționată pe ecran, astfel încât am obținut o vedere complet netulburată a ceea ce se întâmpla”, relatează colegul lui Kara Jack Steiner de la Massachusetts Institute of Technology (MIT). Acest lucru le-a permis oamenilor de știință să urmărească exact cum s-a dezvoltat gaura neagră pe parcursul mesei sale.
Ecouri ușoare sunt observate din ISS
Corona, un nor de gaz extrem de fierbinte situat deasupra găurii negre și a discului său de acumulare, joacă un rol central. Cu „Mai frumos”, oamenii de știință au observat așa-numitele ecouri luminoase: lumina din coroană nu ajunge doar la noi direct, ci și ca un fel de reflexie de pe discul de acumulare de mai jos.
„Mai frumos” ne-a făcut posibil să măsurăm ecourile ușoare mai aproape de o gaură neagră stelară decât oricând ”, subliniază Kara. „Până în prezent, aceste ecouri luminoase de pe discul de acumulare interior au fost observate doar în găurile negre supermasive, care au milioane până la miliarde de mase solare și care se schimbă doar încet. Găurile negre stelare, precum J1820, au mult mai puțină masă și evoluează mult mai repede, astfel încât schimbările se petrec la scările de timp ale omului. "
Pe parcursul observațiilor, ecoul luminii a fost scurtat, așa cum relatează cercetătorii în revista „Nature”. Aceasta înseamnă că distanța dintre coroană și discul de acumulare s-a micșorat. Deoarece analizele suplimentare au arătat că extinderea discului de acumulare nu s-a schimbat, cercetătorii au ajuns la concluzia că coroana s-a contractat aproape de gaura neagră. Norul fierbinte de gaz se micșorase de la aproximativ 100 de kilometri la zece kilometri în decurs de aproximativ o lună. „Este primul caz clar al micșorării coroanei în timp ce discul rămâne constant”, subliniază Steiner .
Oamenii de știință testează analogii cu alte găuri negre
„Observațiile„ mai frumoase ”din J1820 ne-au arătat ceva nou despre găurile negre stelare și modul în care le-am putea folosi ca analogi pentru a studia găurile negre supermasive și efectele lor asupra evoluției galaxiei”, adaugă co-autorul Philip Uttley de la Universitatea din Amsterdam. Dacă cercetătorii înțeleg cum și de ce aceste schimbări în găurile negre stelare au loc pe parcursul săptămânilor, ar putea obține noi perspective asupra milioanelor de ani de evoluție a găurilor negre supermasive - și a influenței lor asupra galaxiilor lor de origine.