Két új tanulmány A fekete lyukak egész csillagokat emésztenek fel
A fekete lyukak mindent elnyelik, ami megközelíti őket. Két új tanulmány betekintést nyújt a rejtélyes tárgyak „étkezési szokásaiba”. A kutatók remélik, hogy ez fontos információkat fog szolgáltatni a galaxisok kialakulásáról.
A fekete lyukak a kozmosz legtitokzatosabb tárgyai közé tartoznak. Össze tudják egyesíteni a napok millióinak, vagy néha milliárdjainak tömegét, és rendkívüli gravitációjuk biztosítja, hogy még a fény sem kerülhet ki belőlük. A gravitációs szörnyek ennek a ténynek köszönhetik nevüket, és éppen ezért nem lehet őket közvetlenül távcsövekkel megfigyelni. Ha azonban a fekete lyuk új anyagot szív fel, akkor az először világít, mielőtt lenyeli. És ennek a kozmikus étkezésnek a megfigyeléséből sokat lehet tanulni a nehézsúlyúak tulajdonságairól. Az American Astronomical Society (AAS) éves találkozóján Seattle-ben a kutatók bemutatták az ilyen "táplálkozási vizsgálatok" új.
A fekete lyukak széttépik a csillagokat
Egy szupermasszív fekete lyuk alszik a legtöbb galaxis szívében, ami nagy hatással van az egész galaxis evolúciójára. Általában néhány százezer év múlva új tevékenységre ébred: Ha egy csillag túl közel jön, akkor óriási gravitációval darabokra tépik és végül felfalják.
Az egyik ilyen „árapályzavar-eseményt” egy automatikus teleszkóprendszer regisztrálta 2014 novemberében egy 290 millió fényévnyire lévő galaxisban. Fényév az a távolság, amelyet a fény egy év alatt megtesz - 9,5 billió kilométer körül. A csillagot a fekete lyuk erős árapó erői széttépték: gravitációja erősebben húzza a csillag közeli oldalát, mint a túloldalát, széttépve.
A kutatók meghatározzák a fekete lyuk forgását
Több csillagvizsgáló követte a kozmikus drámát. A megfigyelések alapján egy csoport, amelyet Dheeraj Pasham vezetett a Massachusettsi Műszaki Intézetből (MIT), most meghatározta a fekete lyuk, az úgynevezett spin forgását. Ez a pörgés a tömeg mellett van, amely a gravitáció más égitestekre gyakorolt hatásából származhat, a gravitációs szörnyek legfontosabb tulajdonsága, amelyet nem lehet könnyen meghatározni.
"Nagyon nehéz korlátozni a fekete lyuk pörgését, mivel a pörgési effektusok csak nagyon közel állnak magához a lyukhoz, ahol a gravitáció rendkívül erős, és nehéz tiszta képet kapni" - magyarázza Pasham egy sajtóközleményben az Európai Űrügynökség Esa. Az "XMM-Newton" röntgen műholdjuk megcélozta az eseményt.
Az anyag vöröses lesz, majd lenyeli
A megszakadt csillag anyaga nem esik közvetlenül a fekete lyukba, hanem egyfajta örvényben, az úgynevezett akkreditációs korongban gyűlik össze, mielőtt végleg lenyeli. Az anyag ezen a lemezen több millió fokkal forróbbá válik, és fényes röntgensugarakat bocsát ki. A modellek szerint az akkréciós korong legbelső területének megfigyelésével lehetővé kell tenni a spin meghatározását - írja le Pasham a kutatók feltételezését. "Az ilyen események megfigyelései azonban nem voltak elég érzékenyek ahhoz, hogy részletesen megvizsgálják ezt a nagy gravitációs régiót - mindeddig."
Az európai röntgen műhold, valamint a NASA amerikai űrügynökség "Chandra" és "Swift" űrteleszkópjainak adataiban a tudósok felfedezték a fekete lyukból származó jel szabályos ingadozását 131 másodperces ritmus mellett. A jel 450 napig volt megfigyelhető, amint a csapat a „Science” folyóiratban beszámol.
A részletes megfigyelés az első
"Ez rendkívüli lelet: ilyen fényes jelet, amely ilyen sokáig stabil marad, még soha nem figyeltek meg egyetlen fekete lyuk közelében sem" - hangsúlyozza Alessia Franchini társszerző a Milánói Egyetemen. "Ezenkívül a jel a fekete lyuk eseményhorizontjának közvetlen közelében érkezik - ezen a ponton túl nem figyelhetünk meg semmit, mert a gravitációs erő olyan erős, hogy még a fény sem tud elmenekülni."
A röntgenimpulzusok ritmusából a kutatók a fekete lyuk körüli úgynevezett legkisebb stabil keringő pálya (ISCO; legbelső stabil körpálya) méreteire következtettek. Ezek viszont abból adódnak, hogy a fekete lyuk milyen gyorsan forog. Az elemzés eredménye: A vizsgált fekete lyuknak el kell forgatnia a fénysebesség legalább 50% -át.
"Ez nem szupergyors - vannak más fekete lyukak is, amelyeknek a spinje a becslések szerint megközelíti a fénysebesség 99 százalékát" - magyarázza Pasham. "De ez az első alkalom, hogy egy árapálycsillag-repesztő esemény fellángolását felhasználhatjuk egy szupermasszív fekete lyuk pörgésének visszatartására."
Fontos lépés a galaxisok megértésében
A tanulmány tehát egy új módszert mutat be a szupermasszív fekete lyukak spinjének meghatározására. A kutatók remélik, hogy további ilyen eseményeket fedeznek fel a következő tíz évben. Számos fekete lyuk forogásának becslése az idők kezdetétől a mai napig segíthet például annak megvizsgálásában, hogy van-e összefüggés a fekete lyuk kora és pörgése között - magyarázzák.
"Azok az események, amelyekben a fekete lyukak a hozzájuk túl közel eső csillagokat tépik, segíthetnek abban, hogy feltérképezzük több olyan fekete lyuk pörgését, amelyek nem aktívak és egyébként a galaxisok központjában vannak elrejtve" - magyarázza Pasham. "Ez végső soron segíthet megérteni, hogyan fejlődtek a galaxisok a kozmikus idő alatt."
De nem csak a nagy galaxisok központjában lévő szupermasszív fekete lyukak szívják fel az új anyagot. A Marylandi Egyetem Erin Kara által vezetett csoportja viszonylag kicsi fekete lyukat figyelt meg, amely napunk tömegének körülbelül tízszerese, mivel egy társcsillag anyagát szívja be. A tanulmány, amelyet szintén a Seattle-i Csillagászok Kongresszusán mutattak be, az eddigi legvilágosabb képet nyújtja arról, hogy az ilyen kicsi, fekete fekete lyukak miként fogyasztják el az anyagot és bocsátanak ki energiát - jelentik a kutatók.
Fekete lyuk az Oroszlán csillagkép mellett
A csapat a Nemzetközi Űrállomás ISS-től az úgynevezett neutroncsillagok tanulmányozására épített „Nicer” (Neutron Star Interior Composition Explorer) műszert használta a hirtelen pislákoló fekete lyuk vizsgálatára, amely körülbelül 10 000 fényévnyire van az Oroszlán csillagképben. 2018. március 11-én vette nyilvántartásba a japán "Maxi" hangszer, amely az egész égbolton rákereső hirtelen sugárzást keres, és ezért a MAXI J1820 + 070 katalógusszámot viseli.
A korábban ismeretlen fekete lyuk, röviden J1820 néven, néhány nap alatt az egyik legfényesebb röntgenforrássá fejlődött, és tökéletes megfigyelési perspektívát kínált a kutatóknak. "Ez a csillogó fényes fekete lyuk teljesen akadálytalanul jelent meg a képernyőn, így teljesen hamisítatlan képet kaptunk arról, hogy mi történik" - számol be Kara kollégája, Jack Steiner a Massachusettsi Műszaki Intézetből (MIT). Ez lehetővé tette a tudósok számára, hogy pontosan kövessék, hogyan fejlődött a fekete lyuk az étkezés során.
Az ISS-től fényvisszhangok figyelhetők meg
A korona, egy rendkívül forró gázfelhő, amely a fekete lyuk és az akkréciós korong felett helyezkedik el, központi szerepet játszik. A „Nicer” -nel a tudósok úgynevezett fényvisszhangokat figyeltek meg: a koronából származó fény nemcsak közvetlenül ér el minket, hanem egyfajta visszaverődésként is az alábbi akkréciós lemezről.
A „szebb” lehetővé tette számunkra, hogy minden eddiginél közelebb mérjük a fény visszhangjait a csillag fekete lyukához ”- hangsúlyozza Kara. „Eddig ezeket a belső visszacsapási lemezről érkező fényvisszhangokat csak szupermasszív fekete lyukakban figyelték meg, amelyek millió-milliárd naptömeggel rendelkeznek és csak lassan változnak. Az olyan fekete fekete lyukak, mint a J1820, sokkal kisebb tömegűek és sokkal gyorsabban fejlődnek, ezért a változások az emberi időskálán történnek. "
A megfigyelések során a fény visszhangja megrövidült, ahogy a kutatók a "Nature" folyóiratban beszámolnak róla. Ez azt jelenti, hogy a korona és az akkréciós korong közötti távolság csökkent. Mivel további elemzések azt mutatták, hogy az akkréciós korong tágulása nem változott, a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a korona a fekete lyuk közelében szorult össze. A forró gázfelhő körülbelül egy hónap alatt körülbelül 100 kilométerről tíz kilométerre zsugorodott. "Ez az első egyértelmű eset, amikor a korona zsugorodik, miközben a lemez állandó marad" - hangsúlyozza Steiner .
A tudósok analógiákat tesztelnek más fekete lyukakkal
"A J1820" szebb "megfigyelései mutattak nekünk valami újat a csillag fekete lyukairól és arról, hogyan használhatnánk őket analógokként a szupermasszív fekete lyukak és azok hatásainak tanulmányozására a galaxis evolúciójában" - teszi hozzá Philip Uttley társszerző az Amszterdami Egyetemen. Ha a kutatók megértik, hogyan és miért következnek be a csillag fekete lyukakban ezek a változások a hetek során, új betekintést nyerhetnek a szupermasszív fekete lyukak több millió éves evolúciójába - és a saját galaxisukra gyakorolt hatásukba.