Две нови научни трудове ни позволяват да се доближим до пространството в близост до хоризонта на събитията и да формираме изображения от събития в региона, където са разположени стабилните орбити, най-близки до черната дупка. Авторите и на двете проучвания разглеждат периодичните емисии, които възникват, когато черната материя започне да абсорбира нова материя.
Самите черни дупки абсорбират цялата светлина извън хоризонта на събитията, а пространството извън такъв хоризонт на събитията обикновено излъчва такава светлина в големи количества. Това се дължи на факта, че материята, попадаща в черна дупка, има огромен енергиен заряд. Той губи въртящ момент и се блъска в друга материя в орбита около черната дупка. По този начин, въпреки че не можем да получим изображение на черната дупка директно, можем да направим някои изводи за нейните свойства, използвайки светлината от околната среда, която създава.
През тази седмица бяха публикувани два изследователски документа, които ни позволяват да се доближим до пространството в близост до хоризонта на събитията и да формираме изображения от събития в региона, където са разположени стабилните орбити, най-близо до черната дупка. Авторите на един от тези документи стигат до следното заключение: свръхмасивна черна дупка се върти толкова бързо, че точка на нейната повърхност се движи със скорост, равна на около половината от скоростта на светлината.
Блясък на ехото
Авторите и на двете проучвания разглеждат периодичните емисии, които възникват, когато черната материя започне да абсорбира нова материя. Това вещество се канализира в дупката чрез плоска структура, центрирана в черна дупка. Тази структура се нарича аккреционен диск. Когато се появи нова материя, дискът се загрява, което прави черната дупка по-ярка. Поради това настъпват промени в заобикалящото пространство. Авторите и на двете проучвания търсят отговор на въпроса какво могат да ни кажат тези промени за черната дупка и пространството в нейната околност.
В един от тези документи вниманието на учените е фокусирано върху черна дупка със звездна маса, която е 10 пъти по-голяма от масата на Слънцето. В отговор на материята да влезе вътре, една от тези звезди създаде преходно събитие, наречено MAXI J1820 + 070. Тя получи името си от инструмента MAXI на МКС, който е предназначен да провежда астрономически наблюдения в рентгеновия обхват. След откриването на това събитие беше възможно да се проведат нови наблюдения с помощта на оборудването на МКС, наречено NICER, което изследва вътрешния състав на неутронните звезди. Това оборудване може да прави много бързи измервания на рентгенови лъчи, излъчвани от астрономически източници, което ви позволява ефективно да наблюдавате краткосрочните промени в даден обект.
В този случай инструментът NICER беше използван за анализ на „светлинното ехо“. Въпросът е, че в допълнение към акреционния диск, черните дупки имат корона, която е мехур от енергийно заредена материя, разположена над и под равнината на диска. Тази корона сама излъчва рентгенови лъчи, които могат да бъдат открити с инструменти. Но тези рентгенови лъчи също удрят акреционния диск и някои от тях се отразяват в нашата посока. Такъв лек отзвук може да ни каже някои подробности за акредиращия диск.
Промоционално видео:
Разрешаване на мистерията
В този случай светлинното ехо помогна за решаването на пъзела. Снимките, направени от свръх плътни черни дупки в центъра на галактиките, показват, че дискът за нарастване се е простирал по най-близката стабилна орбита до черната дупка. Измерванията на черните дупки на звездна маса обаче показват, че краищата на диска за натрупване са много по-отдалечени. Тъй като физическите свойства е малко вероятно да се променят с размера, тези измервания донякъде озадачиха учените.
Нов анализ показва, че в MAXI J1820 + 070 рентгенови лъчи има както променливи, така и постоянни свойства. Постоянните свойства показват, че дискът за натрупване, създаващ ехото, изобщо не променя местоположението си. И променливите свойства показват, че когато една черна дупка поглъща материя, нейната корона става по-компактна и затова източникът на рентгенови лъчи се измества. Детайлите на постоянния сигнал показват, че дискът за натрупване е много по-близо до черната дупка. Благодарение на това новите измервания са в пълно съгласие с това, което знаем за свръхплътните версии на черните дупки.
Смърт на звезда
На свръхплътна територия е обектът ASASSN-14li, открит по време на автоматичното изследване на свръхновите. Този обект имаше свойства, които обикновено се срещат в събитие, наречено разрушаване на приливите и отливите. По време на подобно събитие черната дупка със силата на своята гравитация разкъсва звезда, която е твърде близо до нея. Последващи наблюдения обаче показаха, че този сигнал има доста странна структура. На всеки 130 секунди той избухваше за кратко.
Този сигнал не се различаваше много от фона, на който се случи унищожаването на звездата, но беше засечен от три различни инструмента, което показва, че периодично се случва нещо. Най-простото обяснение е, че част от звездата попадна в орбита около черната дупка. Честотата на такива орбити зависи от масата и скоростта на въртене на черната дупка, както и от разстоянието между черната дупка и обекта, обикалящ около нея. По други начини въртенето на черна дупка е трудно да се измери и затова учените възпроизвеждат симулации много пъти, тествайки различни конфигурации на системата на черната дупка.
Масата на черна дупка се определя въз основа на размера на галактиката, в която се намира. Съществува проста връзка между скоростта на въртене и орбиталното разстояние: колкото по-близо е такова нещо до черната дупка, толкова по-бавно се върти черната дупка, така че обектът да се движи в орбита със същата скорост. По този начин, изчислявайки най-близката възможна орбита, учените успяха да определят минималната стойност на скоростта на въртене.
Извършените изчисления показват, че черната дупка се върти поне с такава скорост, че точка на нейната повърхност се движи със скорост, наполовина на скоростта на светлината. (За да ви дам по-пълна представа, трябва да се каже, че свръх плътните черни дупки могат да бъдат толкова големи, че да имат същия радиус като орбитата на Сатурн или Нептун.) Ако материята орбитира малко по-далеч от центъра, тогава може да стане и черната дупка ускорява въртенето си.
Все още не можем да получим изображения на черни дупки директно, но проучванията показват, че в тях се случват многобройни събития, които могат да ни дадат много данни за тяхното поведение във Вселената. И това ни позволява да правим определени изводи за свойствата на самите черни дупки, както и за материята, чакаща на крила, за да влезе в тях. Започваме също да получаваме информация от наблюдения на гравитационните вълни, която ни дава представа за масата и въртенето на сблъскащите се черни дупки. Взети заедно, тези данни премахват ореола на неясността от черните дупки и те вече не са неизследвана територия за нас.
Джон Тимър