To nye forskningsartikler giver os mulighed for at komme tættere på rummet tæt på begivenhedshorisonten og danne billeder af begivenheder i regionen, hvor de stabile kredsløb tættest på det sorte hul er placeret. Forfatterne af begge undersøgelser ser på de periodiske emissioner, der opstår, når sort stof begynder at absorbere nyt stof.
Selve sorte huller absorberer alt lys uden for deres begivenhedshorisont, og rum uden for en sådan begivenhedshorisont udsender normalt sådant lys i store mængder. Dette skyldes det faktum, at stof, der falder ned i et sort hul, har en enorm energiladning. Det mister drejningsmoment og styrter ned i anden stof i kredsløb omkring det sorte hul. Selvom vi ikke direkte kan få et billede af det sorte hul, kan vi således drage nogle konklusioner om dets egenskaber ved hjælp af lyset fra det miljø, det skaber.
Denne uge er der offentliggjort to forskningsartikler, der giver os mulighed for at komme tættere på rummet tæt på begivenhedshorisonten og danne billeder af begivenheder i det område, hvor de stabile kredsløb tættest på det sorte hul er placeret. Forfatterne af et af disse artikler kom til følgende konklusion: et supermassivt sort hul roterer så hurtigt, at et punkt på dens overflade bevæger sig med en hastighed, der svarer til cirka halvdelen af lysets hastighed.
Glødeko
Forfatterne af begge undersøgelser ser på de periodiske emissioner, der opstår, når sort stof begynder at absorbere nyt stof. Dette stof kanaliseres i hullet gennem en flad struktur centreret i et sort hul. Denne struktur kaldes en akkretionsdisk. Efterhånden som nyt stof vises, varmer disken op, hvilket gør det sorte hul lysere. På grund af dette forekommer ændringer i det omgivende rum. Forfatterne af begge undersøgelser leder efter et svar på spørgsmålet om, hvad disse ændringer kan fortælle os om det sorte hul og rummet i dets omgivelser.
I et af disse artikler er forskernes opmærksomhed fokuseret på et sort hul med stjernemasse, der er 10 gange solens masse. Som svar på at materien kom ind, skabte en af disse stjerner en kortvarig begivenhed kaldet MAXI J1820 + 070. Det fik sit navn fra MAXI-instrumentet på ISS, som er designet til at udføre astronomiske observationer i røntgenområdet. Efter opdagelsen af denne begivenhed var det muligt at gennemføre nye observationer ved hjælp af ISS-udstyr kaldet NICER, som undersøger den indre sammensætning af neutronstjerner. Dette udstyr kan foretage meget hurtige målinger af røntgenstråler udsendt af astronomiske kilder, hvilket giver dig mulighed for effektivt at overvåge kortvarige ændringer i et objekt.
I dette tilfælde blev NICER-instrumentet brugt til at analysere "lysekko". Pointen er, at ud over akkretionsskiven har sorte huller en corona, som er en boble af energisk ladet stof placeret over og under diskens plan. Denne korona udsender selv røntgenstråler, der kan detekteres med instrumenter. Men disse røntgenstråler rammer også akkretionsdisken, og nogle af dem afspejles i vores retning. En sådan let ekko kan fortælle os nogle detaljer om akkretionsdisken.
Salgsfremmende video:
Løs mysteriet
I dette tilfælde hjalp lysekko med at løse puslespillet. Billeder taget fra superdense sorte huller i midten af galakser indikerer, at tiltrædelsesskiven er forlænget langs den nærmeste stabile bane til det sorte hul. Målinger af sorte huller i stjernemasse indikerer dog, at kanterne på hæfteskiven er langt længere væk. Da fysiske egenskaber sandsynligvis ikke ændrer sig med størrelsen, har disse målinger forundret forskere noget.
En ny analyse viser, at der er både variable og konstante egenskaber i MAXI J1820 + 070 røntgenstråler. Konstante egenskaber indikerer, at akkretionsdisken, der skaber ekko, slet ikke ændrer dens placering. Og de variable egenskaber indikerer, at når et sort hul fortærer stof, bliver dens korona mere kompakt, og derfor forskydes røntgenkilden. Detaljerne i det konstante signal indikerer, at akkretionsdisken er meget tættere på det sorte hul. Takket være dette er de nye målinger i fuld overensstemmelse med det, vi ved om superdense versioner af sorte huller.
Stjernens død
I det superdense territorium er ASASSN-14li-objektet, der blev opdaget under den automatiske udforskning af supernovaer. Dette objekt havde egenskaber, der ofte findes i en begivenhed kaldet tidevandsforstyrrelse. Under en sådan begivenhed river det sorte hul ved kraft af dens tyngdekraft en stjerne, der er for tæt på det. Efterfølgende observationer viste imidlertid, at dette signal har en ret mærkelig struktur. Hvert 130 sekund gav det et burst i kort tid.
Dette signal var ikke meget forskelligt fra baggrunden, som stjernens ødelæggelse fandt sted mod, men det blev opdaget af tre forskellige instrumenter, hvilket indikerer, at der periodisk sker noget. Den enkleste forklaring er, at en del af stjernen faldt i kredsløb omkring det sorte hul. Hyppigheden af sådanne kredsløb afhænger af det sorte huls masse og rotationshastighed såvel som af afstanden mellem det sorte hul og objektet, der kredser rundt om det. På andre måder er rotationen af et sort hul vanskeligt at måle, og derfor gengiver forskere simuleringer mange gange og tester forskellige konfigurationer af det sorte hulsystem.
Massen på et sort hul bestemmes ud fra størrelsen på den galakse, det befinder sig i. Der er et enkelt forhold mellem rotationshastigheden og kredsløbets afstand: jo tættere sådan noget er det sorte hul, desto langsommere roterer det sorte hul, så objektet bevæger sig i kredsløb med samme hastighed. Ved at beregne den tættest mulige bane var videnskabsmænd således i stand til at bestemme minimumsværdien af rotationshastigheden.
De udførte beregninger indikerer, at det sorte hul roterer mindst med en sådan hastighed, at et punkt på dens overflade bevæger sig med en hastighed, der er halvdelen af lysets hastighed. (For at få en bedre idé skal det siges, at superdense sorte huller kan være så store, at deres radius er den samme som radius for bane fra Saturn eller Neptun.) Hvis materie kredser lidt længere væk fra midten, så kan det sorte hul også fremskynder dens rotation.
Vi kan endnu ikke hente billeder af sorte huller direkte, men undersøgelser har vist, at der forekommer adskillige begivenheder i dem, hvilket kan give os en masse data om deres opførsel i universet. Og dette giver os mulighed for at tage visse konklusioner om egenskaberne ved de sorte huller i sig selv, samt om det spørgsmål, der venter i vingerne for at komme ind i dem. Vi begynder også at få information fra gravitationsbølgeobservationer, der giver os en idé om massen og rotationen af kolliderende sorte huller. Samlet fjerner disse data en halo af uklarhed fra sorte huller, og de er ikke længere uudforsket område for os.
John Timmer