Olbrzymia czarna dziura, która wiruje wolniej niż jej rówieśniczki

Astronomowie pobili rekord pomiaru spinu czarnej dziury – jednej z dwóch jej podstawowych właściwości. Obserwatorium rentgenowskie Chandra pokazało, że ta czarna dziura wiruje wolniej niż większość jej mniejszych kuzynek.

Kwazar H1821+643 z centralną supermasywną czarną dziurą.
Źródło: X-ray: NASA/CXC/Univ. of Cambridge/J. Sisk-Reynés i inni; Radio: NSF/NRAO/VLA; Optical: PanSTARRS.

Jest to najbardziej masywna czarna dziura z dokładnym pomiarem spinu i daje wskazówki na temat tego, jak rosną niektóre z największych czarnych dziur we Wszechświecie.

Supermasywne czarne dziury mają miliony lub nawet miliardy razy więcej masy niż Słońce. Astronomowie uważają, że prawie każda duża galaktyka ma w swoim sercu centralną supermasywną czarną dziurę. Chociaż istnienie supermasywnych czarnych dziur nie jest kwestionowane, naukowcy wciąż pracują nad zrozumieniem ich rozwoju i ewolucji. Jedną z krytycznych informacji jest ta, jak szybko czarne dziury wirują.

Każda czarna dziura może być zdefiniowana przez zaledwie dwie liczby: jej spin i masę – powiedziała Julia Sisk-Reynes z Instytutu Astronomii (IoA) na Uniwersytecie Cambridge w Wielkiej Brytanii, która kierowała nowymi badaniami. Chociaż brzmi to dość prosto, rozgryzienie tych wartości dla większości czarnych dziur okazało się niewiarygodnie trudne.

Aby uzyskać ten wynik, badacze obserwowali promieniowanie rentgenowskie, które odbiło się od dysku materii wirującego wokół czarnej dziury w kwazarze znanym jako H1821+643. Kwazary posiadają szybko rosnące supermasywne czarne dziury, które generują duże ilości promieniowania w małym regionie wokół czarnej dziury. Znajdująca się w gromadzie galaktyk około 3,4 miliarda lat świetlnych od Ziemi czarna dziura w kwazarze H1821+643 ma masę około trzech do 30 miliardów mas Słońca, co czyni ją jedną z najmasywniejszych, jakie znamy. Dla porównania supermasywna czarna dziura w centrum naszej Galaktyki ma masę około czterech milionów Słońc.

Potężne siły grawitacyjne w pobliżu czarnej dziury zmieniają intensywność promieniowania X przy różnych energiach. Im większa zmiana, tym bliżej wewnętrznej krawędzi dysku musi być punkt bez powrotu czarnej dziury, znany jako horyzont zdarzeń. Ponieważ wirująca czarna dziura ciągnie za sobą przestrzeń i pozwala materii orbitować bliżej niej niż jest to możliwe w przypadku dziury nie wirującej, dane rentgenowskie mogą pokazać, jak szybko czarna dziura wiruje.

Odkryliśmy, że czarna dziura w H1821+643 wiruje mniej więcej o połowę szybciej niż większość czarnych dziur o masie od około miliona do dziesięciu milionów Słońc – powiedział współautor artykułu Christopher Reynolds, również z IoA. Pytanie za milion dolarów brzmi: dlaczego?

Odpowiedź może leżeć w tym, jak te supermasywne czarne dziury rosną i ewoluują. Ten stosunkowo powolny obrót wspiera ideę, że najbardziej masywne czarne dziury, takie jak H1821+643 przechodzą większość swojego wzrostu przez łączenie się z innymi czarnymi dziurami lub przez przyciąganie gazu do wewnątrz w losowych kierunkach, gdy ich duże dyski akrecyjne zostają rozerwane.

Rosnące w ten sposób supermasywne czarne dziury często ulegają dużym zmianom rotacji, w tym spowolnieniu lub wykręceniu w przeciwnym kierunku. Przewiduje się zatem, że najbardziej masywne czarne dziury powinny mieć szerszy zakres szybkości wirowania niż ich mniej masywne krewne.

Z drugiej strony, naukowcy spodziewają się, że mniej masywne czarne dziury gromadzą większość swojej masy z wirującego wokół nich gazu. Ponieważ oczekuje się, że takie dyski są stabilne, napływająca materia zawsze zbliża się z kierunku, który sprawi, że czarne dziury będą wirować szybciej, aż osiągną maksymalną możliwą prędkość, czyli prędkość światła.

Umiarkowany spin tego skrajnie masywnego obiektu może być świadectwem gwałtownej, chaotycznej historii największych czarnych dziur Wszechświata – powiedział współautor James Matthews, również z IoA. Może to również dać wgląd w to, co stanie się z supermasywną czarną dziurą w naszej Galaktyce za miliardy lat, kiedy Droga Mleczna zderzy się z Andromedą i innymi galaktykami.

Ta czarna dziura dostarcza informacji, które uzupełniają to, czego astronomowie dowiedzieli się o supermasywnych czarnych dziurach widocznych w naszej Galaktyce i w M87, które zostały zobrazowane za pomocą Teleskopu Horyzontu Zdarzeń. W tych przypadkach masa czarnej dziury jest dobrze znana, ale jej spin nie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono