Juodosios skylės palengvina mūsų supratimą apie Visatą ir fizikos dėsnius. Kai juodoji skylė sukasi, ji patraukia aplinkinę erdvę aplink ją ir suteikia astronomams galimybę ištirti kai kuriuos Einšteino prognozes apie reliatyvumą.
Juodųjų skylių egzistavimas yra turbūt labiausiai jaudinantis Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos numatymas. Kai bet kuri masė, pavyzdžiui, žvaigždė, tampa kompaktiškesnė už tam tikrą ribą, jos pačios gravitacija tampa tokia stipri, kad objektas griūva iki vienaskaitos taško, juodosios skylės. Liaudies mintyse šis milžiniškas gravitacijos šulinys yra vieta, kur nutinka keistų dalykų. O dabar Astrofizikos centro vadovaujama komanda išmatavo žvaigždžių masės juodąją skylę, kuri sukasi taip greitai - daugiau kaip 950 kartų per sekundę sukimąsi - kad pastumia numatytą sukimosi greičio apribojimą.
„Aš sakyčiau, kad šis sunkio režimas yra tiek pat toli nuo tiesioginio patyrimo ir žinojimo, kaip ir pats subatominis pasaulis“, - sako CfA astronomas Jeffrey McClintockas.
Taikydama nugaros matavimo metodą, kurią kartu sukūrė McClintock ir CfA astrofizikas Rameshas Narayanas, komanda panaudojo NASA palydovinius rentgeno spindulių rentgeno spinduliuotės duomenis „Nasi Rossi“, kad būtų pateiktas tiesiausias juodosios skylės nugaros nustatymas.
McClintockas ir Narayanas vadovavo tarptautinei grupei, kurią sudarė Rebecca Shafee iš Harvardo universiteto fizikos departamento; Ronaldas Remillardas, MIT „Kavli“ astrofizikos ir kosminių tyrimų centras; Šiame tyrime dalyvavo Shane'as Davisas iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje ir Li-Xin Li iš Makso Plancko astrofizikos instituto, Vokietija. Rezultatai skelbiami šiandienos „Astrophysical Journal“ numeryje.
„Dabar turime tikslias trijų juodųjų skylių sukimosi dažnio reikšmes“, - sako McClintockas. „Labiausiai jaudinantis yra mūsų rezultatas, gaunamas mikrokvazaro GRS1915 + 105, kurio sukimasis yra tarp 82% ir 100% didžiausios teorinės vertės.“
„Šis rezultatas turi didelę reikšmę aiškinant, kaip juodosios skylės skleidžia purkštukus, modeliuoti galimus gama spindulių bangų šaltinius ir aptikti gravitacines bangas“, - sako teoretikas Narayanas.
Kodėl astronomai rūpinasi nugara?
„Astronomijoje juodoji skylė yra visiškai aprašyta tik dviem skaičiais, nurodančiais jos masę ir greitį, kuria ji sukasi“, - sako McClintockas. „Mes nieko daugiau nežinome apie šį paprastą, išskyrus tokias pagrindines daleles kaip elektronas ar kvarkas“.
Nors astronomai sėkmingai išmatavo juodosios skylės masę, jiems buvo daug sunkiau išmatuoti antrąjį juodosios skylės pagrindinį parametrą - jos sukinį.
„Iš tikrųjų iki šių metų nebuvo galima patikimai įvertinti nė vienos juodosios skylės sukimosi, - sako Narayanas.
Juodosios skylės gravitacija yra tokia stipri, kad besisukdama juodoji skylė tempia aplinkinę erdvę. Šios besisukančios skylės kraštas vadinamas įvykių horizontu. Bet kokia medžiaga, kertanti įvykio horizontą, traukiama į juodąją skylę.
„Juodosios skylės sukimosi dažnis, kurį mes išmatuojome, yra greitis, kuriuo erdvės laikas sukasi arba tempiamas tiesiai prie juodosios skylės įvykio horizonto“, - sako Narayanas.
Greita juodoji skylė „GRS 1915“ yra pati masiškiausia iš 20 rentgeno spindulių dvejetainių juodųjų skylių, kurioms šiuo metu žinomos masės, sveriančios apie 14 kartų daugiau nei Saulė. Jis gerai žinomas dėl unikalių savybių, tokių kaip materijos purškimas beveik šviesos greičiu ir greitas jo rentgeno spinduliuotės kitimas.
Per pastaruosius kelis dešimtmečius rentgeno dvejetainėse sistemose aptikta dešimtys juodųjų skylių. Dvejetainis rentgeno spindulys yra sistema, kurioje du objektai orbita skrieja aplink vienas kitą, o dujos iš vienos - normalios žvaigždės, tokios kaip Saulė - tolygiai pereina į kitą - šiuo atveju juodąją skylę. Dujos spiralės į juodąją skylę vyksta vadinamuoju kaupimu. Spiralizuodamas jis įkaista iki milijonų laipsnių ir spinduliuoja rentgeno spinduliais. Komanda panaudojo juodosios skylės pagaminimo disko rentgeno spektrą, kad nustatytų jo sukimąsi.
Metodas pagrįstas pagrindiniu reliatyvumo teorijos numatymu: dujos, besikaupiančios ant juodosios skylės, spinduliuojamos tik tam tikru spinduliu, esančiu už juodosios skylės - už jos įvykio horizonto. Viduje šio spindulio dujos per greitai patenka į skylę, kad skleistų daug radiacijos. Kritinis spindulys priklauso nuo juodosios skylės nugaros, todėl išmatavus šį spindulį gaunama tiesioginė nugaros vertė. Kuo mažesnis spindulys, tuo karščiau rentgeno spinduliai sklinda iš disko. Rentgeno spindulių temperatūra, kartu su rentgeno spinduliu, suteikia spindulį, kuris, savo ruožtu, suteikia juodosios skylės sukimosi greitį.
„Labai nuostabu, kai galima įvertinti ką nors tokio pamatinio“, - sako Rebecca Shafee, kuri yra Harvardo universiteto Fizikos katedros magistrantė. „Mūsų metodas yra labai paprastas ir lengvai suprantamas. Mums tikrai pasisekė, kad turime galingas rentgeno spinduliuotės observatorijas, tokias kaip „Rossi“ rentgeno spinduliuotės nustatymo tyrinėtojas kosmose ir teleskopus Žemėje, kad galėtume atlikti reikalingus matavimus. “
Komandos rezultatams gali padėti ieškoti gama spindulių pliūpsnių, kurie akimirksniu gali būti ryškiausias blyksnis Visatoje, priežasties. Teorinis astrofizikas Stanas Woosley iš Kalifornijos universiteto Santa Kruze modeliavo gama spindulių bangas, paremtas masyvios žvaigždės griūtimi. Tačiau šie modeliai priklauso nuo juodųjų skylių, turinčių labai aukštą sukimąsi, buvimo, kuris iki šiol niekada nebuvo patvirtintas.
„Tai nepaprastai svarbu“, - sako Woosley. „Net neįsivaizdavau, kad tokius matavimus būtų galima atlikti.“
Straipsnyje daroma išvada, kad 1915 m. GRS ir kitos dvi komandos ištirtos juodosios skylės gimė su dideliais sukimais. T. y., Sugriuvusi originalios masyvios žvaigždės šerdis išmetė kampinį impulsą žemyn į juodąją skylę.
„Nuo tada, kai bendruomenė prieš daugelį metų sugalvojo, kaip išmatuoti juodųjų skylių masę, nugaros matavimas buvo šventasis gralis šioje srityje“, - sako McClintockas. „Techniką, kurią mes naudojome„ GRS 1915 “, galima pritaikyti daugeliui kitų juodųjų skylių rentgeno spindulių dvejetainių vaizdo įrašų. Negalime laukti, kol pamatysime tai, ką randame! “
„Viena iš mūsų vilčių yra tai, kad juodųjų skylių sistemas, kurias mes studijuojame, ištirs ir kitos grupės, naudodamos savo mėgstamus nugaros matavimo metodus“, - sako Narayanas. „Kai šie kiti metodai bus toliau tobulinami ir taps patikimesni, įdomiausia būtų palyginti skirtingus metodus.“
Originalus šaltinis: CfA naujienų leidinys
