Astronomii au aflat viteza de rotație a unei găuri negre supermasive

Un eveniment aflat la un miliard de ani-lumină de Pământ a dezvăluit viteza de rotire a unei găuri negre supermasive.

Schimbările în lumina exploziei produse de gaura neagră, în timp ce aceasta se trezea și se hrănea, au fost create de un disc de material care se rotea și se legăna, acel legănat fiind cel care ne-a oferit viteza de rotire a unei găuri negre supermasive din centru, conform unei echipe conduse de astrofizicianul Dheeraj Pasham, de la Massachusetts Institute of Technology (MIT; din SUA).

Este pentru prima dată când oamenii de știință au putut calcula viteza de rotire a unei găuri negre supermasive pe baza legănării discului său de acreție, oferindu-ne un nou instrument pentru înțelegerea celor mai ciudate și mai dense obiecte cunoscute din Univers.

Care este viteza de rotire a unei găuri negre supermasive?

Cât de repede se rotea? Cu mai puțin de 25% din viteza luminii. Este destul de lent pentru o gaură neagră. În sine, acesta nu este un număr extraordinar de util, dar implicațiile de a putea găsi această valoare sunt foarte interesante.

„Studiind mai multe sisteme în următorii ani cu această metodă, astronomii pot estima distribuția generală a vitezelor de rotație ale găurilor negre și pot înțelege întrebarea de lungă durată despre cum evoluează acestea în timp”, spune Pasham.

Găurile negre supermasive sunt „leviatanii” care se ascund în inimile galaxiilor. Cu mase de la milioane până la miliarde de ori mai mari decât cea a Soarelui, aceste obiecte masive sunt centrele gravitaționale care ajută la legarea galaxiilor și au un rol semnificativ în evoluția acestora. Găurile negre au, de asemenea, o gamă largă de comportamente, de la liniștite la extrem de active, strălucind în spațiu-timp cu unele dintre cele mai strălucitoare explozii de lumină produse în Univers.

O explozie de lumină

Acea lumină nu este produsă de gaura neagră în sine: densitatea lor este atât de mare încât viteza necesară pentru a scăpa de atracția lor gravitațională este mai mare decât cea a luminii în vid. În schimb, lumina provine din materialul care se rotește în jurul lor în timp ce găurile negre se hrănesc: un tor gros care înconjoară un disc ce ajunge în gaura neagră, precum apa într-o scurgere, explică Science Alert.

În 2020, astronomii au observat ceva intrigant. Într-o galaxie aflată la aproximativ un miliard de ani-lumină distanță, o gaură neagră anterior liniștită a produs brusc o explozie uriașă de lumină, numită AT2020ocn. Datele obținute de la telescoapele care s-au concentrat asupra acelei părți a cerului au relevat că cea mai probabilă cauză a fost un eveniment de perturbare mareică, o denumire destul de cuminte pentru eviscerarea gravitațională violentă a unei stele trecătoare de către o gaură neagră.

Pe măsură ce steaua este sfâșiată, rămășițele sale formează un disc alb fierbinte în jurul găurii negre. Și pentru că steaua poate să se apropie de gaura neagră din orice direcție, acel disc poate fi nealiniat cu rotația găurii negre. Acest lucru poate crea un legănat, sau precesie, pe măsură ce gaura neagră îl trage pentru a-l alinia cu rotația sa, în mod asemănător cu un disc Euler care cade în poziție.

Deoarece legănatul și rotația sunt legate, s-a teoretizat că primul ar putea fi o modalitate de a o măsura pe cea de-a doua.

Observațiile potrivite

„Dar cheia a fost să avem observațiile potrivite. Singura modalitate de a face acest lucru este, de îndată ce un eveniment de perturbare mareică se produce, trebuie să pui un telescop să privească acest obiect încontinuu, pentru o perioadă foarte lungă de timp, astfel încât să poți sonda toate tipurile de scări temporale, de la minute la luni”, spune Pasham.

Avem instrumente care scanează cerurile în căutare de lucruri care se luminează brusc, așa că am reușit să surprindem AT2020ocn destul de devreme. Apoi, Pasham și colegii săi au continuat să observe și să monitorizeze galaxia care a devenit brusc strălucitoare, suficient de devreme în explozia sa pentru a surprinde precesia discului înainte ca acesta să se stabilizeze.

Astronomii au descoperit că galaxia a strălucit în raze X la fiecare circa 15 zile pentru o vreme, înainte de a se liniști, ceea ce au legat de precesia discului. Când au combinat acest lucru cu masa estimată a găurii negre, de aproximativ 2,5 milioane de ori masa Soarelui, au reușit să calculeze cât de repede se rotea gaura neagră.

Viteza de rotire a unei găuri negre nu ne spune mai nimic. Însă tehnica este foarte importantă

De unele singure, aceste date ne spun lucruri doar despre o gaură neagră, dar tehnica este partea cu adevărat interesantă. Evenimentele de perturbare mareică se produc destul de des, încât, dacă reușim să le surprindem și să le monitorizăm cu instrumente precum viitorul Observator Rubin, am putea compila o hartă a distribuției diferitelor viteze de rotație care ne va permite să învățăm mai multe despre cum se comportă și se schimbă găurile negre în timp.

„Viteza de rotație a unei găuri negre supermasive îți spune despre istoria acelei găuri negre. Chiar dacă o mică fracțiune din cele capturate de Rubin au acest tip de semnal, acum avem o modalitate de a măsura vitezele de rotație ale sute de evenimente de perturbare mareică. Atunci am putea face o afirmație mare despre cum evoluează găurile negre de-a lungul vârstei Universului”, spune Pasham.

Cercetarea a fost publicată în Nature.

Vă recomandăm să citiți și:

Sonda europeană Mars Express a observat „păianjeni” pe planeta Marte

Un veteran NASA a inventat un propulsor care sfidează legile fizicii

Erupție excepțional de rară pe suprafața Soarelui! O furtună solară se îndreaptă spre Pământ

Astronomii au detectat un semnal ciudat de la o galaxie din apropiere