Anul trecut, astronomii au descoperit o gaură neagră liniștită într-o galaxie îndepărtată, care a izbucnit după sfărâmarea și consumarea unei stele care trece. Acum cercetătorii au identificat un semnal distinct de raze X observat în zilele următoare izbucnirii care provine din materie pe punctul de a cădea în gaura neagră.
Acest semnal, numit oscilare cvasi-periodică sau QPO, este o caracteristică caracteristică a discurilor de acreție care adesea înconjoară cele mai compacte obiecte din univers - stele pitice albe, stele cu neutroni și găuri negre. QPO-urile au fost observate în multe găuri negre cu masă stelară și există dovezi tentante pentru acestea în câteva găuri negre care pot avea mase de greutate mijlocie între 100 și 100.000 de ori cele ale soarelui.
Până la noua constatare, QPO-urile au fost detectate în jurul unei singure găuri negre supermasive - tipul care conține milioane de mase solare și localizate în centrele galaxiilor. Acest obiect este galaxia de tip Seyfert REJ 1034 + 396, care se află la o distanță de 576 de milioane de ani-lumină, aflată relativ în apropiere.
„Această descoperire ne extinde până la marginea cea mai interioară a unei găuri negre situate miliarde de ani-lumină distanță, ceea ce este cu adevărat uimitor. Acest lucru ne oferă o oportunitate de a explora natura găurilor negre și de a testa relativitatea lui Einstein într-un moment în care universul era foarte diferit decât este în prezent ”, a declarat Rubens Reis, un coleg postdoctoral Einstein de la Universitatea Michigan din Ann Arbor. Reis a condus echipa care a descoperit semnalul QPO folosind date de la orbitarea telescoapelor cu raze X Suzaku și XMM-Newton, constatare descrisă într-o lucrare publicată astăzi în Science Express.
Sursa de raze X cunoscută sub numele de Swift J1644 + 57 - după coordonatele sale astronomice din constelația Draco - a fost descoperită pe 28 martie 2011 de satelitul Swift al NASA. S-a presupus inițial că este un tip mai frecvent de izbucnire numit explozie de raze gamma, dar decolorarea sa treptată nu se potrivea cu nimic ce se văzuse înainte. Astronomii s-au transformat curând în ideea că ceea ce vedeau a fost urmarea unui eveniment cu adevărat extraordinar - trezirea unei găuri negre latente a unei galaxii îndepărtate, în timp ce se mărunțea și zbura o stea care trece. Galaxia este atât de departe încât lumina de la eveniment a trebuit să călătorească cu 3,9 miliarde de ani înainte de a ajunge pe Pământ.
Informații despre videoclip: la 28 martie 2011, Swift-ul NASA a detectat raze X de raze X intense considerate a fi cauzate de o gaură neagră care devorează o stea. Într-un model, ilustrat aici, o stea asemănătoare soarelui de pe o orbită excentrică se aruncă prea aproape de gaura sa neagră centrală a galaxiei. Aproximativ jumătate din masa stelei alimentează un disc de acreție în jurul găului negru, care la rândul său alimentează un jet de particule care transmite radiații către Pământ. Credit: Centrul de zbor spațial Goddard al NASA / Laboratorul conceptual de imagini
Vedeta a cunoscut maree intensă, când a ajuns în punctul său cel mai apropiat de gaura neagră și a fost ruptă repede. O parte din gazul său a căzut spre gaura neagră și a format un disc în jurul său. Partea cea mai interioară a acestui disc a fost încălzită rapid la temperaturi de milioane de grade, suficient de fierbinte pentru a emite raze X. În același timp, prin procese încă neînțelese pe deplin, jeturi direcționate opus perpendicular pe discul format lângă gaura neagră. Aceste jeturi au aruncat materialul spre exterior cu viteze mai mari de 90 la sută viteza luminii de-a lungul axei de rotire a găurii negre. Unul dintre aceste jeturi s-a întâmplat doar să indice direct pe Pământ.
La nouă zile de la izbucnire, Reis, Strohmayer și colegii lor au observat Swift J1644 + 57 folosind Suzaku, un satelit cu raze X operate de Agenția de explorare a aerospației din Japonia, cu participarea NASA. Aproximativ zece zile mai târziu, au început apoi o campanie de monitorizare mai lungă folosind observatorul XMM-Newton al Agenției Spațiale Europene.
„Deoarece materia din jet se mișca atât de rapid și era înclinată aproape în linia noastră vizuală, efectele relativității și-au sporit semnalul de raze X suficient încât să putem prinde QPO, care altfel ar fi dificil de detectat la o distanță atât de mare. ", A declarat Tod Strohmayer, un astrofizician și coautor al studiului la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Md.
Deoarece gazul fierbinte în spiralele discului cel mai interior se află într-o gaură neagră, ajunge la un punct la care astronomii se referă la cea mai interioară orbită circulară stabilă (ISCO). Orice mai aproape de gaura neagră și de gaz se aruncă rapid în orizontul evenimentului, punctul de neîntoarcere. Gazul în spirală spre interior tinde să se acumuleze în jurul ISCO, unde devine extrem de încălzit și radiază o inundație de raze X. Luminozitatea acestor raze X variază într-un model care se repetă la un interval aproape regulat, creând semnalul QPO.
Datele arată că QPO Swift J1644 + 57 circula la fiecare 3,5 minute, ceea ce plasează regiunea sursă între 2,2 și 5,8 milioane de mile (4 până la 9,3 milioane km) de centrul găurii negre, distanța exactă în funcție de cât de repede a găurii negre se roteste. Pentru a pune acest lucru în perspectivă, distanța maximă este de doar de 6 ori diametrul soarelui nostru. Distanța de la regiunea QPO la orizontul de eveniment depinde și de viteza de rotație, dar pentru o gaură neagră care se învârte la teoria vitezei maxime permite, orizontul este chiar în interiorul ISCO.
„QPO-urile ne trimit informații chiar de la marginea găurii negre, care este locul în care efectele relativității devin cele mai extreme”, a spus Reis. „Capacitatea de a înțelege aceste procese pe o distanță atât de vastă este un rezultat cu adevărat frumos și deține o promisiune mare.”
Legenda imaginii de plumb: Această ilustrare evidențiază principalele caracteristici ale Swift J1644 + 57 și rezumă ceea ce au descoperit astronomi despre aceasta. Credit: Centrul de zbor al spațiului Goddard al NASA
