Kahden uuden tutkielman avulla voimme päästä lähemmäksi tilannetta, joka on lähellä tapahtumahorisonttia, ja muodostaa kuvia tapahtumista alueella, jolla mustalle aukolle lähimmät vakaa kiertorata sijaitsevat. Molempien tutkimusten kirjoittajat tarkastelevat jaksollisia päästöjä, joita syntyy, kun musta aine alkaa imeä uutta ainetta.
Mustat reiät itse absorboivat kaiken valon tapahtumahorisontin ulkopuolella, ja tila tällaisen tapahtumahorisontin ulkopuolella emittoi yleensä tällaista valoa suurina määrinä. Tämä johtuu tosiasiasta, että mustaan reikään putoavalla aineella on valtava energiavaraus. Se menettää vääntömomentin ja kaatuu muuhun aineeseen kiertoradalla mustan aukon ympärillä. Siksi, vaikka emme voi saada kuvaa mustasta aukosta suoraan, voimme tehdä johtopäätöksiä sen ominaisuuksista hyödyntämällä sen luoman ympäristön valoa.
Tällä viikolla on julkaistu kaksi tutkimuspaperia, joiden avulla voimme päästä lähemmäksi avaruutta lähellä tapahtumahorisonttia ja muodostaa kuvia tapahtumista alueella, jolla mustalle aukolle lähimmät vakaa kiertorata sijaitsevat. Yhden näistä kirjoituksista kirjoittajat päätyivät seuraavaan johtopäätökseen: supermassiivinen musta reikä pyörii niin nopeasti, että piste sen pinnalla liikkuu nopeudella, joka on noin puolet valon nopeudesta.
Hehkuva kaiku
Molempien tutkimusten kirjoittajat tarkastelevat jaksollisia päästöjä, joita tapahtuu, kun musta aine alkaa imeä uutta ainetta. Tämä aine kanavoidaan reikään mustan aukon keskittyneen litteän rakenteen kautta. Tätä rakennetta kutsutaan lisäyslevyksi. Kun uusi asia ilmestyy, levy lämpenee, mikä tekee mustasta aukosta kirkkaamman. Tämän takia ympäröivässä tilassa tapahtuu muutoksia. Molempien tutkimusten kirjoittajat etsivät vastausta kysymykseen, mitä nämä muutokset voivat kertoa meille mustasta aukosta ja sen läheisyydessä olevasta tilasta.
Yhdessä näistä artikkeleista tutkijoiden huomio kohdistuu mustaan aukkoon, jonka tähtimassa on 10-kertainen kuin Auringon massa. Vastauksena sisälle pääsyyn yksi näistä tähti loi ohimenevän tapahtuman nimeltä MAXI J1820 + 070. Se sai nimensä MAXI-instrumentista ISS: llä, joka on tarkoitettu tähtitieteellisten havaintojen suorittamiseen röntgenalueella. Tämän tapahtuman havaitsemisen jälkeen oli mahdollista suorittaa uusia havaintoja ISIC-laitteella, nimeltään NICER, joka tutkii neutronitähteiden sisäistä koostumusta. Tämä laite voi tehdä erittäin nopeita tähtitieteellisten lähteiden lähettämiä röntgensäteitä, mikä antaa sinun valvoa tehokkaasti esineen lyhytaikaisia muutoksia.
Tässä tapauksessa NICER-instrumenttia käytettiin "valokaiun" analysointiin. Asia on, että lisäyslevyn lisäksi mustissa aukkoissa on korona, joka on energiatasaisesti varautuneen aineen kupla, joka sijaitsee levyn tason ylä- ja alapuolella. Tämä korona itse säteilee röntgensäteitä, jotka voidaan havaita instrumenteilla. Mutta nämä röntgenkuvat osuvat myös lisäyslevyyn, ja osa niistä heijastuu suuntaan. Tällainen kevyt kaiku voi kertoa meille joitain yksityiskohtia lisäyslevystä.
Mainosvideo:
Salauksen ratkaiseminen
Tässä tapauksessa kevyt kaiku auttoi ratkaisemaan palapelin. Galaktien keskuksen ylimääräisistä mustista reikistä otetut kuvat osoittavat, että lisääntymislevy on laajentunut mustalle aukolle lähinnä olevaa vakaata kiertorataa pitkin. Tähtimassan mustien reikien mittaukset osoittavat kuitenkin, että lisäyslevyn reunat ovat paljon kauempana. Koska fysikaaliset ominaisuudet eivät todennäköisesti muutu koon mukaan, nämä mittaukset ovat hämmentäneet tutkijoita jonkin verran.
Uusi analyysi osoittaa, että MAXI J1820 + 070 -röntgensäteillä on sekä muuttuvia että vakioita ominaisuuksia. Vakio-ominaisuudet osoittavat, että kaiun muodostava lisäyslevy ei muuta sen sijaintia ollenkaan. Ja muuttuvat ominaisuudet osoittavat, että kun musta reikä syö aineen, sen koronasta tulee tiiviimpi ja siksi röntgenlähde siirtyy. Vakiosignaalin yksityiskohdat osoittavat, että lisäyslevy on paljon lähempänä mustaa reikää. Tämän ansiosta uudet mittaukset ovat täysin sopusoinnussa sen kanssa, mitä tiedämme mustien reikien ylimääräisistä versioista.
Tähden kuolema
Ylijännitealueella on esine ASASSN-14li, joka löydettiin supernoovien automaattisen tutkinnan aikana. Tällä esineellä oli ominaisuuksia, joita esiintyy yleensä tapahtumassa, jota kutsutaan vuorovesihäiriöksi. Tällaisen tapahtuman aikana musta aukko repii painovoimansa takia tähden, joka on liian lähellä sitä. Myöhemmät havainnot kuitenkin osoittivat, että tällä signaalilla on melko outo rakenne. Joka 130 sekunnin välein, se antoi lyhyen ajan purskeen.
Tämä signaali ei eronnut kovinkaan taustasta, jossa tähden tuhoaminen tapahtui, mutta se havaittiin kolmella eri instrumentilla, mikä osoittaa, että jotain tapahtuu määräajoin. Yksinkertaisin selitys on, että osa tähdistä putosi kiertoradalle mustan aukon ympärillä. Tällaisten kiertoratojen taajuus riippuu mustan reiän massasta ja pyörimisnopeudesta, samoin kuin mustan aukon ja sen ympärillä kiertävän esineen välisestä etäisyydestä. Muilla tavoin mustan aukon kiertoa on vaikea mitata, ja siksi tutkijat toistavat simulaatiot monta kertaa, testaten mustan aukon järjestelmän eri kokoonpanoja.
Musta reiän massa määritetään sen galaksin koon perusteella, jossa se sijaitsee. Pyörimisnopeuden ja kiertoradan etäisyyden välillä on yksinkertainen suhde: mitä lähempänä tällainen on mustaa reikää, sitä hitaammin musta reikä pyörii niin, että esine liikkuu kiertoradalla samalla nopeudella. Siten laskemalla lähin mahdollinen kiertorata, tutkijat pystyivät määrittämään pyörimisnopeuden minimiarvon.
Suoritetut laskelmat osoittavat, että musta reikä pyörii ainakin sellaisella nopeudella, että sen pinnalla oleva piste liikkuu nopeudella, joka on puolet valon nopeudesta. (Jotta saat täydellisemmän idean, pitäisi sanoa, että ylikuormittavat mustat reiät voivat olla niin suuria, että niiden säde on sama kuin Saturnuksen tai Neptunuksen kiertorata.) Jos aine kiertää hiukan kauempana keskustasta, niin niin musta aukko voi tapahtua kiihdyttää sen kiertoa.
Emme voi vielä saada kuvia mustista reikistä suoraan, mutta tutkimukset ovat osoittaneet, että niissä tapahtuu lukuisia tapahtumia, jotka voivat antaa meille paljon tietoa heidän käyttäytymisestään maailmankaikkeudessa. Ja tämä antaa meille mahdollisuuden tehdä tiettyjä johtopäätöksiä itse mustien reikien ominaisuuksista, samoin kuin asiasta, joka odottaa siipien pääsyä niihin. Aloitamme myös tiedon saamista gravitaatioaaltohavainnoista, jotka antavat meille kuvan törmäyskelpoisten mustien reikien massasta ja pyörimisestä. Yhdessä nämä tiedot poistavat epäselvyyden halogeenisistä rei'istä, ja ne eivät ole meille enää tutkimaton alue.
John Timmer