Dva nova istraživačka rada omogućuju nam da se približimo prostoru blizu horizonta događaja i oblikujemo slike događaja u regiji u kojoj se nalaze stabilne orbite najbliže crnoj rupi. Autori obje studije promatraju periodične emisije do kojih dolazi kada crna tvar počne apsorbirati novu tvar.
Crne rupe apsorbiraju svu svjetlost izvan svog horizonta događaja, a prostor izvan takvog horizonta obično emitira takvu svjetlost u velikim količinama. To je zbog činjenice da materija koja pada u crnu rupu ima ogroman energetski naboj. Ona gubi obrtni moment i upada u drugu tvar u orbiti oko crne rupe. Stoga, iako ne možemo dobiti sliku crne rupe izravno, možemo izvući neke zaključke o njezinim svojstvima koristeći svjetlost iz okruženja koje stvara.
Ovaj tjedan objavljena su dva istraživačka rada koja nam omogućavaju da se približimo prostoru blizu horizonta događaja i oblikujemo slike događaja u regiji u kojoj se nalaze stabilne orbite najbliže crnoj rupi. Autori jednog od ovih radova došli su do sljedećeg zaključka: supermasivna crna rupa rotira se tako brzo da se točka na njenoj površini kreće brzinom jednakom približno polovici brzine svjetlosti.
Glow eho
Autori obje studije promatraju periodične emisije do kojih dolazi kada crna tvar počne apsorbirati novu tvar. Ta se tvar kanalizira u rupu kroz ravnu strukturu u središtu crne rupe. Ta se struktura naziva akrecijski disk. Kako se pojavljuje nova materija, disk se zagrijava, čineći crnu rupu svjetlijom. Zbog toga se u okolnom prostoru događaju promjene. Autori obiju studija traže odgovor na pitanje što nam ove promjene mogu reći o crnoj rupi i prostoru u njenoj blizini.
U jednom od tih radova pažnja znanstvenika usmjerena je na crnu rupu s zvjezdanom masom, koja je 10 puta veća od Sunca. Kao odgovor na materiju koja ulazi u kuću, jedna od tih zvijezda stvorila je prijelazni događaj pod nazivom MAXI J1820 + 070. Ime je dobio po instrumentu MAXI na ISS-u koji je osmišljen za obavljanje astronomskih promatranja u rasponu rendgenskih zraka. Nakon otkrića ovog događaja, bilo je moguće provesti nova promatranja pomoću ISS opreme nazvane NICER, koja ispituje unutarnji sastav neutronskih zvijezda. Ovom se opremom mogu napraviti vrlo brza mjerenja rendgenskih zraka koje emituju astronomski izvori, što vam omogućava učinkovito praćenje kratkoročnih promjena u objektu.
U ovom se slučaju instrument NICER koristio za analizu "svjetlosnog odjeka". Poanta je u tome da pored akrecijskog diska, crne rupe imaju i koronu, koja je mjehurić energetski nabijene tvari koja se nalazi iznad i ispod ravnine diska. Ova korona sama emitira rendgenske zrake koje se mogu detektirati instrumentima. Ali te rendgenske zrake pogađaju i akrecijski disk, a neke od njih odražavaju se u našem smjeru. Takav lagani odjek može nam reći neke detalje o akrecijskom disku.
Promotivni video:
Rješavanje misterije
U ovom je slučaju svjetlosni odjek pomogao riješiti zagonetku. Slike snimljene iz prenapetih crnih rupa u središtu galaksija ukazuju na to da se disk akrekcije proširio duž najbliže stabilne orbite do crne rupe. Međutim, mjerenja crnih rupa zvjezdane mase pokazuju da su rubovi disk za obradu mnogo udaljeniji. Kako se fizička svojstva vjerojatno neće promijeniti s veličinom, ova su mjerenja pomalo zbunjivala znanstvenike.
Nova analiza pokazuje da u MAXI J1820 + 070 X-zrakama postoje i varijabilna i stalna svojstva. Konstantna svojstva ukazuju na to da disk za obradu koji stvara odjek uopće ne mijenja svoje mjesto. A promjenjiva svojstva govore da kada crna rupa proždire materiju, njezina korona postaje kompaktnija i zbog toga se izvor rendgenskih zraka izmješta. Pojedinosti konstantnog signala upućuju na to da je nakupni disk mnogo bliži crnoj rupi. Zahvaljujući tome, nova mjerenja u potpunosti se podudaraju s onim što znamo o superzgodnim verzijama crnih rupa.
Smrt zvijezde
Na supernastom teritoriju se nalazi objekt ASASSN-14li, otkriven tijekom automatskog istraživanja supernova. Ovaj je objekt imao svojstva koja se obično nalaze u događaju zvanom poremećaj plime. Tijekom takvog događaja crna rupa silom svoje gravitacije razdvaja zvijezdu koja je preblizu njoj. Međutim, naknadna zapažanja pokazala su da ovaj signal ima prilično čudnu strukturu. Svakih 130 sekundi kratko je puklo.
Taj se signal nije mnogo razlikovao od pozadine na kojoj se dogodilo uništavanje zvijezde, ali detektirali su je pomoću tri različita instrumenta, što pokazuje da se periodično nešto događa. Najjednostavnije objašnjenje je da je dio zvijezde pao u orbitu oko crne rupe. Učestalost takvih orbita ovisi o masi i brzini vrtnje crne rupe, kao i o udaljenosti između crne rupe i objekta koji kruži oko nje. Na druge načine, teško je izmjeriti rotaciju crne rupe i zato znanstvenici reproduciraju simulacije mnogo puta testirajući različite konfiguracije sustava crne rupe.
Masa crne rupe određuje se na temelju veličine galaksije u kojoj se nalazi. Između brzine rotacije i orbitalne udaljenosti postoji jednostavan odnos: što se bliži crnoj rupi, to se sporije crna rupa okreće, tako da se objekt kreće u orbiti istom brzinom. Znanstvenici su, izračunavši najbližu moguću orbitu, mogli utvrditi minimalnu vrijednost brzine rotacije.
Provedeni proračuni pokazuju da se crna rupa rotira barem takvom brzinom da se točka na njenoj površini kreće brzinom upola manjom brzinom svjetlosti. (Da bi stekli bolju ideju, treba reći da prenapete crne rupe mogu biti toliko velike da je njihov polumjer jednak polumjeru orbite Saturna ili Neptuna.) Ako se materija orbitira malo dalje od središta, tada može postojati i crna rupa ubrzava svoju rotaciju.
Još uvijek ne možemo dobiti slike crnih rupa, ali istraživanja su pokazala da se u njima događaju brojni događaji koji nam mogu dati puno podataka o njihovom ponašanju u Svemiru. A to nam omogućuje donošenje određenih zaključaka o svojstvima samih crnih rupa, kao i o materiji koja čeka krila da uđe u njih. Također počinjemo dobivati informacije iz promatranja gravitacijskih valova što nam daje ideju o masi i rotaciji sudarajućih crnih rupa. Uzeto zajedno, ovi podaci uklanjaju orah nejasnosti iz crnih rupa i za nas više nisu istraženi teritorij.
John Timmer