Две нови изследвания Черните дупки поглъщат цели звезди
Черните дупки поглъщат всичко, което ги приближава. Две нови проучвания дават представа за „хранителните навици“ на озадачаващите предмети. Изследователите се надяват, че това ще предостави важна информация за образуването на галактики.
Черните дупки са сред най-загадъчните обекти в космоса. Те могат да обединят масата на милиони или понякога милиарди слънца и тяхната екстремна гравитация гарантира, че дори светлината не може да избяга от тях. Гравитационните чудовища дължат името си на този факт и точно поради тази причина не могат да бъдат наблюдавани директно с телескопи. Ако обаче черна дупка абсорбира нова материя, тя първо светва, преди да бъде погълната. И от наблюдението на това космическо хранене може да се научи много за свойствата на тежките тежести. На годишната среща на Американското астрономическо общество (AAS) в Сиатъл изследователите представиха нови резултати от такива "хранителни изследвания".
Черните дупки разкъсват звездите
В сърцата на повечето галактики спи свръхмасивна черна дупка, която оказва голямо влияние върху еволюцията на цялата галактика. На разстояние от няколкостотин хиляди години тя се събужда за нова активност: Ако една звезда се приближи твърде близо, тя е разкъсана на парчета от гигантска гравитация и накрая погълната.
Едно такова „събитие на прилив и отлив“ е регистрирано от автоматична телескопска система през ноември 2014 г. в галактика на 290 милиона светлинни години. Светлинната година е разстоянието, което светлината изминава за една година - около 9,5 трилиона километра. Звездата беше разкъсана от силните приливни сили на черната дупка: гравитацията й дърпа по-силно от близката страна на звездата, отколкото от далечната страна, разкъсвайки звездата.
Изследователите определят въртенето на черната дупка
Няколко обсерватории проследиха космическата драма. От наблюденията група, оглавявана от Dheeraj Pasham от Масачузетския технологичен институт (MIT), сега е определила въртенето на черната дупка, така наречения спин. В допълнение към масата, която може да бъде получена от ефекта на гравитацията върху други небесни тела, това въртене е най-важното свойство на гравитационните чудовища, което обаче не може да бъде лесно определено.
„Много е трудно да се ограничи завъртането на черна дупка, тъй като спиралните ефекти се появяват само много близо до самата дупка, където гравитацията е изключително силна и е трудно да се получи ясен поглед“, обяснява Пашам в съобщение за пресата Европейската космическа агенция Esa. Техният рентгенов сателит "XMM-Newton" беше насочен към събитието.
Материята се нажежава до червено и след това се поглъща
Материята на разрушената звезда не попада директно в черната дупка, а се събира във вид на водовъртеж, т. Нар. Акреционен диск, преди окончателно да бъде погълнат. Материята на този диск се нагрява милиони градуси и излъчва ярки рентгенови лъчи. Според Пашам предположението на изследователите трябва да може да се определи от наблюдението на най-вътрешната зона на акреционния диск. "Наблюденията на подобни събития обаче не са били достатъчно чувствителни, за да се изследва подробно тази област с висока гравитация - досега."
В данните от европейския рентгенов сателит и космическите телескопи "Чандра" и "Суифт" на американската космическа агенция НАСА учените откриват редовно колебание на сигнала от черната дупка с ритъм от 131 секунди. Сигналът може да се наблюдава в продължение на 450 дни, както екипът съобщава в списание „Science“.
Подробното наблюдение е първо
„Това е изключителна находка: такъв ярък сигнал, който остава стабилен толкова дълго, никога не е бил наблюдаван в близост до която и да е черна дупка“, подчертава съавторът Алесия Франчини от Миланския университет. "И освен това сигналът идва от непосредствената близост до хоризонта на събитията на черната дупка - отвъд тази точка не можем да наблюдаваме нищо, защото силата на гравитацията е толкова силна, че дори светлината не може да избяга."
От ритъма на рентгеновите импулси изследователите изведоха размерите на така наречената най-малка стабилна кръгова орбита (ISCO; най-вътрешната стабилна кръгова орбита) около черната дупка. Те от своя страна са резултат от това колко бързо се върти черната дупка. Резултат от анализа: Изследваната черна дупка трябва да се върти най-малко 50 процента от скоростта на светлината.
„Не е супер бързо - има и други черни дупки, чието завъртане се оценява на близо 99 процента от скоростта на светлината“, обяснява Пашам. „Но за първи път успяваме да използваме избухването на приливно сълзене на звезди, за да ограничим въртенето на свръхмасивна черна дупка.“
Важна стъпка в разбирането на галактиките
По този начин изследването демонстрира нов метод за определяне на въртенето на свръхмасивни черни дупки. Изследователите се надяват да открият още такива събития през следващото десетилетие. Оценяването на завъртанията на няколко черни дупки от началото на времето до наши дни може да помогне, например, при разследването на въпроса дали има връзка между възрастта и въртенето на черна дупка, обясняват те.
„Събитията, при които черни дупки разкъсват звезди, които се доближават твърде близо до тях, могат да ни помогнат да картографираме завъртанията на няколко черни дупки, които не са активни и по друг начин са скрити в центровете на галактиките“, обяснява Пашам. "Това в крайна сметка може да ни помогне да разберем как са се развили галактиките през космическото време."
Но не само свръхмасивните черни дупки в центровете на големите галактики поглъщат нова материя. Екип, ръководен от Ерин Кара от Университета на Мериленд, е наблюдавал сравнително малка черна дупка с около десет пъти масата на нашето слънце, докато засмуква материал от спътникова звезда. Изследването, което беше представено и на конгреса на астрономите в Сиатъл, дава най-ясната картина досега за това как такива малки, звездни черни дупки консумират материя и излъчват енергия, съобщават изследователите.
Черна дупка до съзвездието Лъв
Екипът използва инструмента "Nicer" (Neutron Star Interior Composition Explorer), който всъщност е построен за изследване на така наречените неутронни звезди, от Международната космическа станция ISS, за да изследва внезапно пламналата черна дупка, която е на около 10 000 светлинни години в съзвездието Лъв. Той е регистриран на 11 март 2018 г. от японския инструмент "Maxi", който търси цялото небе за внезапни изблици на радиация в рентгеновия диапазон и затова носи каталожния номер MAXI J1820 + 070.
По-рано неизвестната черна дупка, известна накратко като J1820, се бе превърнала в един от най-ярките източници на рентгенови лъчи само за няколко дни и предложи на изследователите перфектна перспектива за наблюдение. „Тази блестяща ярка черна дупка се появи напълно безпрепятствено на екрана, така че получихме напълно неподправен поглед върху случващото се“, съобщава колегата на Кара Джак Щайнер от Масачузетския технологичен институт (MIT). Това позволи на учените да следят как точно се е развила черната дупка по време на храненето си.
Леки ехо се наблюдават от МКС
Короната, облак от изключително горещ газ, който се намира над черната дупка и нейния акреционен диск, играе централна роля. С “Nicer” учените наблюдават така наречените светлинни ехо: светлината от короната не само достига директно до нас, но и като вид отражение от акреционния диск отдолу.
„По-хубавото“ ни позволи да измерваме светлинните ехопо-близо до звездна черна дупка от всякога “, подчертава Кара. „Досега тези светлинни ехота от вътрешния акреционен диск са наблюдавани само в свръхмасивни черни дупки, които имат милиони до милиарди слънчеви маси и които се променят само бавно. Звездните черни дупки като J1820 имат много по-малка маса и се развиват много по-бързо, така че промените се извършват на човешките времеви скали. "
В хода на наблюденията светлинното ехо беше съкратено, както изследователите съобщават в списание "Nature". Това означава, че разстоянието между короната и акреционния диск се е свило. Тъй като допълнителните анализи показват, че разширяването на акреционния диск не се е променило, изследователите заключават, че короната се е свила близо до черната дупка. Облакът с горещ газ се бе свил от около 100 километра на десет километра за около месец. „Това е първият ясен случай на свиване на короната, докато дискът остава постоянен“, подчертава Щайнер .
Учените тестват аналогии с други черни дупки
„Наблюденията от„ Nicer “от J1820 ни показаха нещо ново за звездните черни дупки и как бихме могли да ги използваме като аналози за изследване на свръхмасивни черни дупки и техните ефекти върху еволюцията на галактиките“, добавя съавторът Филип Атли от Университета в Амстердам. Ако изследователите разберат как и защо тези промени се случват в звездни черни дупки в течение на седмици, те биха могли да получат нови прозрения за милионите години еволюция на свръхмасивните черни дупки - и тяхното влияние върху съответните им домашни галактики.