Två nya forskningsdokument ger oss möjlighet att komma nära händelseshorisonten och bildhändelser i regionen med de närmaste stabila banorna till det svarta hålet. Författarna till båda studierna tittar på de periodiska utsläppen som uppstår när svartmaterial börjar absorbera nytt material.
Svarta hål själva absorberar allt ljus utanför deras händelseshorisont, och utrymme utanför en sådan händelseshorisont avger vanligtvis sådant ljus i stora mängder. Detta beror på att materia som faller i ett svart hål har en enorm energiladdning. Den tappar vridmomentet och kraschar i annan materia i bana runt det svarta hålet. Även om vi inte kan få en bild av det svarta hålet direkt, kan vi dra några slutsatser om dess egenskaper med hjälp av ljuset från miljön det skapar.
Två forskningsdokument har publicerats den här veckan som gör det möjligt för oss att komma närmare rymden nära evenemangshorisonten och bilda händelser i regionen i närmaste stabila banor till det svarta hålet. Författarna till ett av dessa artiklar kom till följande slutsats: ett supermassivt svart hål roterar så snabbt att en punkt på ytan rör sig med en hastighet som är ungefär hälften av ljusets hastighet.
Glödeko
Författarna till båda studierna tittar på de periodiska utsläppen som uppstår när svartmaterial börjar absorbera nytt material. Detta ämne kanaliseras in i hålet genom en plan struktur centrerad i ett svart hål. Denna struktur kallas en ackretionsskiva. När ny materia dyker upp värms hårddisken, vilket gör det svarta hålet ljusare. På grund av detta inträffar förändringar i det omgivande rymden. Författarna till båda studierna letar efter ett svar på frågan om vad dessa förändringar kan berätta om det svarta hålet och utrymmet i dess närhet.
I ett av dessa artiklar fokuseras forskarnas uppmärksamhet på ett svart hål med stjärnmassa, som är 10 gånger solens massa. Som svar på att materien kom in, skapade en av dessa stjärnor en kortvarig händelse som heter MAXI J1820 + 070. Det fick sitt namn från MAXI-instrumentet på ISS, som är utformat för att utföra astronomiska observationer i röntgenområdet. Efter upptäckten av denna händelse var det möjligt att genomföra nya observationer med ISS-utrustning kallad NICER, som undersöker den inre sammansättningen av neutronstjärnor. Denna utrustning kan göra mycket snabba mätningar av röntgenstrålar som släpps ut från astronomiska källor, vilket gör att du effektivt kan övervaka kortsiktiga förändringar i ett objekt.
I detta fall användes NICER-instrumentet för att analysera "ljusekoet". Poängen är att förutom ackretionsskivan har svarta hål en corona, som är en bubbla av energilad materia som ligger ovanför och under skivans plan. Denna korona avger själv röntgenstrålar som kan detekteras med instrument. Men dessa röntgenstrålar träffar också ackretionsskivan, och några av dem återspeglas i vår riktning. Ett sådant lätt eko kan berätta för oss några detaljer om ackretionsskivan.
Kampanjvideo:
Lösa mysteriet
I det här fallet hjälpte ljusekonet att lösa pusslet. Bilder tagna från supertäta svarta hål i mitten av galaxerna indikerar att tillträngningsskivan har sträckt sig längs den närmaste stabila bana till det svarta hålet. Mätningar av svarta hål i stjärnmassan indikerar emellertid att kanterna på tillslutningsskivan är mycket längre bort. Eftersom fysiska egenskaper sannolikt inte kommer att förändras med storleken har dessa mätningar förundrat forskare något.
En ny analys visar att det finns både variabla och konstanta egenskaper i MAXI J1820 + 070 röntgenstrålar. Konstanta egenskaper indikerar att ackretionsdisken som skapar ekot inte ändrar sin plats alls. Och de variabla egenskaperna indikerar att när ett svart hål slukar materia, blir dess korona mer kompakt, och därför röntgenstrålningskällan förflyttas. Detaljerna för den ständiga signalen indikerar att ackretionsskivan är mycket närmare det svarta hålet. Tack vare detta är de nya mätningarna helt i överensstämmelse med vad vi vet om supertäta versioner av svarta hål.
Stjärns död
I superdensområdet ligger ASASSN-14li-objektet, som upptäcktes under den automatiska utforskningen av supernovaer. Detta objekt hade egenskaper som vanligtvis finns i en händelse som kallas tidvattenstörning. Under en sådan händelse sliter det svarta hålet, med kraft av sin tyngdkraft, en stjärna som är för nära den. Efterföljande observationer visade emellertid att denna signal har en ganska konstig struktur. Var 130: e sekund gav det en bristning under en kort tid.
Denna signal skilde sig inte särskilt mycket från bakgrunden mot vilken förstörelsen av stjärnan ägde rum, men den upptäcktes av tre olika instrument, vilket indikerar att något händer med jämna mellanrum. Den enklaste förklaringen är att en del av stjärnan föll i bana runt det svarta hålet. Frekvensen för sådana banor beror på massan och rotationshastigheten för det svarta hålet, liksom på avståndet mellan det svarta hålet och föremålet som kretsar runt det. På andra sätt är rotationen av ett svart hål svårt att mäta, och därför reproducerar forskare simuleringar många gånger och testar olika konfigurationer av svarthålssystemet.
Massan för ett svart hål bestäms utifrån storleken på galaxen i vilken det ligger. Det finns ett enkelt förhållande mellan rotationshastigheten och omloppsavståndet: ju närmare något sådant är det svarta hålet, desto långsammare roterar det svarta hålet så att objektet rör sig i bana med samma hastighet. Genom att beräkna den närmaste omloppsbana kunde forskarna således bestämma minimivärdet för rotationshastigheten.
De utförda beräkningarna indikerar att det svarta hålet roterar åtminstone med en sådan hastighet att en punkt på ytan rör sig med en hastighet som är halva ljusets hastighet. (För att ge dig en mer fullständig idé bör det sägas att supertäta svarta hål kan vara så stora att de har samma radie som banan i Saturnus eller Neptune.) Om materien kretsar lite längre från mitten, så kan det svarta hålet också påskyndar dess rotation.
Vi kan ännu inte få bilder av svarta hål direkt, men studier har visat att många händelser inträffar i dem, vilket kan ge oss mycket information om deras beteende i universum. Och detta gör att vi kan dra vissa slutsatser om egenskaperna hos de svarta hålen själva, och om saken som väntar i vingarna för att komma in i dem. Vi börjar också få information från gravitationsvågsobservationer som ger oss en uppfattning om massan och rotationen av kolliderande svarta hål. Sammantaget tar dessa data bort en halo av oklarhet från svarta hål, och de är inte längre outforskat territorium för oss.
John Timmer
