Soczewka grawitacyjna pozwoliła teleskopowi rentgenowskiemu Chandra bardzo dokładnie zmierzyć prędkość obrotu czarnej dziury w jednej z galaktyk w konstelacji Pegaza. Okazało się, że porusza się wokół osi niemal tak szybko, jak światło - piszą naukowcy w Astrophysical Journal.
Każda duża masa materii oddziałuje ze światłem i powoduje zginanie jego promieni w taki sam sposób, jak robią to zwykłe soczewki optyczne. Naukowcy nazywają ten efekt soczewkowaniem grawitacyjnym. W niektórych przypadkach krzywizna kosmosu pomaga astronomom dostrzec bardzo odległe obiekty - pierwsze galaktyki we Wszechświecie i ich jądra kwazarów - które byłyby niedostępne dla obserwacji z Ziemi bez „wzrostu” grawitacji.
Jeśli dwa kwazary, galaktyki lub inne obiekty znajdują się prawie dokładnie jeden za drugim dla obserwatorów na Ziemi, powstaje interesujące zjawisko. Światło z bardziej odległego obiektu zostanie rozszczepione podczas przechodzenia przez soczewkę grawitacyjną pierwszego obiektu. Z tego powodu zobaczymy nie dwa, ale pięć jasnych punktów, z których cztery będą jasnymi „kopiami” bardziej odległego obiektu.
Struktura ta jest często nazywana „Krzyżem Einsteina”, ponieważ jej istnienie jest przewidywane przez teorię względności. Co najważniejsze, ta sama teoria mówi, że każda kopia obiektu będzie „fotografią” kwazara, galaktyki lub supernowej w różnych okresach ich życia, ponieważ ich światło spędziło różną ilość czasu na opuszczenie soczewki grawitacyjnej.
Xinyu Dai z University of Oklahoma w Norman (USA) i jego koledzy wykorzystali krzyże Einsteina do rozwiązania problemu, który wielu innych astronomów uważał wcześniej za niemożliwy - byli w stanie bezpośrednio zmierzyć prędkość obrotową kilku supermasywnych czarnych dziur jednocześnie.
W przeszłości takie pomiary były wykonywane tylko pośrednio, ponieważ najczarniejszej dziury, pomimo jej ogromnej masy, nie można zobaczyć i zmierzyć. Dai i jego koledzy zwrócili uwagę na fakt, że zarówno masa, jak i prędkość rotacji czarnej dziury są odzwierciedlone w wyglądzie promieni rentgenowskich i wielkości obszaru, w którym się rodzi.
Region ten jest prawie tak mały, jak sam horyzont zdarzeń czarnej dziury, przez co praktycznie niemożliwe jest jego zobaczenie w normalnych warunkach. Z drugiej strony, „krzyże Einsteina” pozwalają to zrobić, jeśli są nałożone na siebie lub na inne rodzaje soczewek grawitacyjnych.
Kierując się tym pomysłem, astrofizycy przestudiowali zdjęcia nocnego nieba wykonane przez "Chandrę" i znaleźli jednocześnie pięć kwazarów, których światło zostało wzmocnione w podobny sposób. Jeden z nich, Q2237 + 0305, został tak skutecznie powiększony, że naukowcy byli w stanie zmierzyć prędkość obrotu czarnej dziury z rekordową dokładnością.
Film promocyjny:
Obiekt ten, znajdujący się w konstelacji Pegaza w odległości 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi, porusza się wokół własnej osi z niewiarygodnie szybką, około 70% prędkości światła. Nowe szacunki okazały się znacznie wyższe niż prognozy uzyskane pośrednio i są one tylko o 8% mniejsze niż maksymalna wartość dopuszczalna przez teorię.
Dzięki tak szybkiemu obrotowi Ziemia lub inne obiekty w pobliżu tej czarnej dziury pozostałyby stabilne i nie spadłyby na nią, nawet gdyby były tylko 2-3 razy bardziej oddalone od horyzontu zdarzeń niż odległość między centrum Q2237 + 0305 i ta wyimaginowana linia.
Co ciekawe, pozostałe cztery obiekty miały „normalną” prędkość obrotową, która była o połowę mniejsza niż Q2237 + 0305. Dlaczego tak jest, naukowcy nie mogą jeszcze powiedzieć, ale zakładają, że te różnice odzwierciedlają to, co stało się z ich galaktykami w odległej przeszłości.
