Rămășițele „clatinate” ale unei stele care a suferit o moarte înfiorătoare în fața unei găuri negre supermasive au ajutat la dezvăluirea vitezei cu care se rotește prădătorul său cosmic.
Găuri negre supermasive se crede că s-au născut prin fuziuni succesive de mai mici găuri negre, fiecare dintre ele aduce cu sine un moment unghiular care accelerează rotația găurii negre pe care o naște. În consecință, măsurarea rotației găurilor negre supermasive poate oferi o perspectivă asupra istoriei lor – iar noile cercetări oferă o nouă modalitate de a face astfel de inferențe bazate pe efectul pe care găurile negre în rotație îl au asupra structurii spațiului și timpului.
Steaua condamnată din centrul acestei cercetări a fost ruptă în mod brutal de o gaură neagră supermasivă în timpul unui așa-numit eveniment de perturbare a mareelor (TDE). Aceste evenimente sunt declanșate atunci când o stea se aventurează prea aproape de influența gravitațională masivă a unei găuri negre. Odată suficient de aproape, în stele sunt generate forțe imense de maree, care o strivează pe orizontală în timp ce o întind pe verticală. Asta se numeste “spaghetificare”, și este un proces care transformă steaua într-un fir de paste stelare – dar, cel mai important, nu toate sunt înghițite de gaura neagră distructivă.
O parte din acest material este aruncată în aer, în timp ce o parte din el se înfășoară în jurul găurii negre, formând un nor aplatizat numit disc de acreție. Nu numai că acest disc de acreție alimentează treptat gaura neagră centrală, dar aceleași forțe de maree care au sfărâmat steaua în primul rând provoacă și forțe de frecare masive care încălzesc acest platou de gaz și praf, făcându-l să strălucească puternic.
În plus, atunci când găurile negre supermasive se rotesc, ele trag cu ele însăși țesătura spațiu-timpului (o unitate 4-dimensională a spațiului și timpului). Acest așa-numit efect „Lense-Thirring” sau „frame-tragging” înseamnă că nimic nu stă nemișcat la marginea unei găuri negre supermasive care se rotesc. Efectul provoacă, de asemenea, o „balanțuire” de scurtă durată într-un disc de acumulare a găurii negre nou format.
Acum, o echipă de cercetători a descoperit că „balonarea” discului de acreție poate fi folosită pentru a determina cât de repede se rotește gaura neagră centrală.
„Trasarea cadrului este un efect prezent în jurul tuturor găurilor negre care se rotesc”, a declarat pentru Space.com liderul echipei Dheeraj „DJ” Pasham, om de știință la Massachusetts Institute of Technology (MIT). „Așadar, dacă gaura neagră perturbatoare se învârte, atunci fluxul de resturi stelare pe gaura neagră în urma unui TDE este supus acestui efect”.
Sfinte paste stelare cu raze X fierbinți!
Pentru a investiga TDE și frame-draging, echipa a petrecut cinci ani căutând exemple strălucitoare și relativ apropiate de crime stelare induse de găuri negre care ar putea fi urmărite rapid. Scopul a fost de a identifica semnele de precesie a discului de acreție cauzate de efectul Lense-Thirring.
În februarie 2020, această căutare s-a concretizat. Echipa a reușit să detecteze AT2020ocn, un fulger strălucitor de lumină care vine dintr-o galaxie situată la aproximativ miliarde de ani lumină distanță. AT2020ocn a fost observat inițial în lungimi de undă optice de lumină de către Zwicky Transient Facilitycu aceste date de lumină vizibilă indicând emisia provenită dintr-un TDE care implică o gaură neagră supermasivă cu o masă între 1 milion și 10 milioane de ori mai mare decât cea a soarelui.
„Din cauza efectului Lense-Thirring, emisia de raze X care provine de la discul de acreție fierbinte nou format se precedă sau „se clătina”. Acest lucru se manifestă ca modulații de raze X în date”, a spus Pasham. „Cu toate acestea, după un timp, când puterea de acumulare scade, gravitația forțează discul să se alinieze cu gaura neagră, după care se opresc balansarea și modulațiile razelor X”.
Legate de: Singularitățile găurii negre sfidează fizica. Noile cercetări le-ar putea înlătura în sfârșit.
Pasham și colegii au bănuit că TDE care a lansat AT2020ocn ar putea fi evenimentul ideal în jurul căruia să vâneze precesiunea Lense-Thirring – și pentru că acest tip de clătinare este prezent doar devreme după ce se formează un disc de acreție, au trebuit să acționeze rapid.
„Cheia a fost să avem observațiile corecte”, a spus Pasham. „Singurul mod în care puteți face acest lucru este, de îndată ce se declanșează un eveniment de perturbare a mareelor, trebuie să obțineți un telescop pentru a privi acest obiect în mod continuu, pentru o perioadă foarte lungă de timp, astfel încât să puteți sonda toate tipurile de intervale de timp, de la minute. la luni.”
Acolo e NASA Neutron Star Compoziție interioară ExploreR (NICER) vine în: un telescop cu raze X situat pe Stația Spațială Internațională (ISS) care măsoară radiația cu raze X în jurul găurilor negre și a altor obiecte masive ultradense, compacte, cum ar fi stele neutronice. Echipa a descoperit că NICER nu numai că a reușit să surprindă TDE, dar telescopul cu raze X montat pe ISS a putut monitoriza continuu evenimentul pe măsură ce s-a dezvoltat pe parcursul mai multor luni.
„Am descoperit că luminozitatea razelor X și temperatura regiunii care emite raze X în urma unui TDE se modulează pe o scală de timp de 15 zile”, a spus Pasham. „Acest semnal recurent de raze X de 15 zile a dispărut după trei luni”.
Descoperirile echipei au oferit și o surpriză.
Estimările masei găurii negre și ale masei stelei perturbate au arătat că gaura neagră nu se învârtea la fel de repede pe cât se aștepta. „A fost ușor surprinzător că gaura neagră nu se învârte atât de repede – doar cu mai puțin de 25% din viteza luminii”, a spus Pasham.
Pasham crede că, datorită viitorului Observatorul Vera C. Rubinîn prezent în construcție în nordul Chile și care urmează să efectueze un studiu de 10 ani al universului numit Legacy Survey of Space and Time (LSST), viitorul este luminos pentru vânătoarea de TDE.
„Se așteaptă ca Rubin să detecteze mii de TDE în următorul deceniu. Dacă putem măsura precesia Lense-Thirring chiar și într-o mică parte dintre ele, vom putea spune ceva despre distribuția spin a găurilor negre supermasive, care este cuplată cu cum au evoluat de-a lungul vârstei universului”, a concluzionat Pasham. „Echipa noastră are câteva propuneri de observare pregătite pentru a urmări viitoarele TDE. Vom investiga cu siguranță tragerea cadrului în jurul altor găuri negre TDE!”
Cercetarea echipei a fost publicată miercuri (22 mai) în jurnal Natură.
Publicat inițial pe Space.com