To nye forskningsartikler lar oss komme nærmere plassen nær hendelseshorisonten og danne bilder av hendelser i regionen der de stabile banene nærmest det sorte hullet ligger. Forfatterne av begge studiene ser på de periodiske utslippene som oppstår når svart stoff begynner å absorbere nytt stoff.
Selve sorte hull absorberer alt lys utenfor begivenhetshorisonten, og rom utenfor slik hendelseshorisont avgir vanligvis slikt lys i store mengder. Dette skyldes det faktum at materie som faller ned i et svart hull har en enorm energiladning. Den mister dreiemomentet og krasjer inn i annen materie i bane rundt det sorte hullet. Selv om vi ikke kan få et bilde av det sorte hullet direkte, kan vi således trekke noen konklusjoner om dens egenskaper ved å bruke lyset fra omgivelsene det skaper.
Denne uken er det publisert to forskningsartikler som lar oss komme nærmere rommet nær hendelseshorisonten og danne bilder av hendelser i regionen der de stabile banene nærmest det sorte hullet ligger. Forfatterne av et av disse papirene kom til følgende konklusjon: et supermassivt svart hull roterer så raskt at et punkt på overflaten beveger seg med en hastighet som tilsvarer omtrent halvparten av lysets hastighet.
Glødekko
Forfatterne av begge studiene ser på de periodiske utslippene som oppstår når svart stoff begynner å absorbere nytt stoff. Dette stoffet kanaliseres inn i hullet gjennom en flat struktur sentrert i et svart hull. Denne strukturen kalles en akkresjonsdisk. Når det dukker opp nye saker, blir varmen opp og gjør det sorte hullet lysere. På grunn av dette skjer det endringer i det omkringliggende rommet. Forfatterne av begge studiene leter etter et svar på spørsmålet om hva disse endringene kan fortelle oss om det sorte hullet og plassen i nærheten.
I et av disse papirene er forskernes oppmerksomhet rettet mot et svart hull med stjernemasse, som er 10 ganger solens masse. Som svar på at saken kom inn, opprettet en av disse stjernene en kortvarig hendelse kalt MAXI J1820 + 070. Det fikk navnet fra MAXI-instrumentet på ISS, som er designet for å utføre astronomiske observasjoner i røntgenområdet. Etter oppdagelsen av denne hendelsen var det mulig å gjennomføre nye observasjoner ved å bruke ISS-utstyret kalt NICER, som undersøker den interne sammensetningen av nøytronstjerner. Dette utstyret kan foreta veldig raske målinger av røntgenstråler som sendes ut fra astronomiske kilder, noe som gjør at du effektivt kan overvåke kortvarige endringer i et objekt.
I dette tilfellet ble NICER-instrumentet brukt til å analysere "lysekkoet". Poenget er at i tillegg til akkresjonsskiven har svarte hull en corona, som er en boble av energiladd materie som ligger over og under planet til disken. Denne koronaen avgir selv røntgenstråler som kan oppdages med instrumenter. Men disse røntgenbildene treffer også akkresjonsdisken, og noen av dem gjenspeiles i vår retning. Et slikt lett ekko kan fortelle oss noen detaljer om akkresjonsdisken.
Salgsfremmende video:
Å løse mysteriet
I dette tilfellet hjalp lysekkoet med å løse puslespillet. Bilder tatt fra super tette sorte hull i sentrum av galakser indikerer at tilvekstskiven har forlenget seg langs den nærmeste stabile bane til det sorte hullet. Målinger av svarte hull i stjernemassen indikerer imidlertid at kantene på skilleplaten er langt lenger unna. Siden fysiske egenskaper neppe vil endres med størrelsen, har disse målingene undret forskere noe.
En ny analyse viser at det er både variable og konstante egenskaper i MAXI J1820 + 070 røntgenstråler. Konstante egenskaper indikerer at akkresjonsdisken som oppretter ekkoet ikke endrer plassering i det hele tatt. Og de variable egenskapene indikerer at når et svart hull sluker materie, blir dens korona mer kompakt, og derfor blir røntgenkilden fortrengt. Detaljene i det konstante signalet indikerer at akkresjonsdisken er mye nærmere det sorte hullet. Takket være dette er de nye målingene i full overensstemmelse med det vi vet om superdense versjoner av sorte hull.
Stjernens død
I superdense territoriet er ASASSN-14li-objektet, oppdaget under automatisk utforskning av supernovaer. Dette objektet hadde egenskaper som ofte finnes i en hendelse som kalles tidevannsforstyrrelse. Under en slik hendelse river det svarte hullet, ved kraft av tyngdekraften, en stjerne som er for nær den. Etterfølgende observasjoner viste imidlertid at dette signalet har en ganske merkelig struktur. Hvert 130 sekund ga det et utbrudd i kort tid.
Dette signalet var ikke veldig forskjellig fra bakgrunnen som stjernens ødeleggelse fant sted mot, men det ble oppdaget av tre forskjellige instrumenter, noe som indikerer at noe periodisk skjer. Den enkleste forklaringen er at en del av stjernen falt i bane rundt det sorte hullet. Frekvensen av slike baner avhenger av det sorte hullets masse og rotasjonshastighet, så vel som avstanden mellom det sorte hullet og gjenstanden som kretser rundt det. På andre måter er rotasjonen av et svart hull vanskelig å måle, og derfor reproduserer forskere simuleringer mange ganger og tester forskjellige konfigurasjoner av svart hullsystemet.
Massen til et svart hull bestemmes ut fra størrelsen på galaksen den befinner seg i. Det er et enkelt forhold mellom rotasjonshastigheten og baneavstanden: jo nærmere noe slikt er det sorte hullet, jo saktere roterer det sorte hullet slik at gjenstanden beveger seg i bane med samme hastighet. Ved å beregne den nærmeste mulige bane, var forskere i stand til å bestemme minimumsverdien av rotasjonshastigheten.
Beregningene som er utført indikerer at det sorte hullet roterer i det minste med en slik hastighet at et punkt på overflaten beveger seg med en hastighet som er halvparten av lysets hastighet. (For å få en bedre ide, skal det sies at super tette sorte hull kan være så store at radiusen deres er den samme som radius for bane til Saturn eller Neptun.) Hvis saken går i bane litt lenger fra sentrum, så kan også det sorte hullet akselererer rotasjonen.
Vi kan ennå ikke skaffe bilder av sorte hull direkte, men studier har vist at det skjer mange hendelser i dem, noe som kan gi oss mye data om deres oppførsel i universet. Og dette gjør at vi kan ta visse konklusjoner om egenskapene til de sorte hullene, i tillegg til saken som venter i vingene for å komme inn i dem. Vi begynner også å få informasjon fra observasjoner av gravitasjonsbølger som gir oss en ide om massen og rotasjonen av kolliderende sorte hull. Samlet fjerner disse dataene en glorie av uklarhet fra svarte hull, og de er ikke lenger uutforsket territorium for oss.
John Timmer
