Nowy sposób szacowania masy supermasywnych czarnych dziur poza naszą galaktyką został zaproponowany przez astronomów z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego.
Czarne dziury to kosmiczne ciała, w których przyciąganie grawitacyjne jest tak duże, że nawet światło nie może z nich uciec. Ich istnienie wynika ze współczesnej teorii grawitacji - ogólnej teorii względności, której założycielem był Albert Einstein.
Pomimo faktu, że obecność czarnych dziur w przyrodzie nie została rygorystycznie udowodniona, astronomowie mają powody, by sądzić, że takie obiekty istnieją. Na przykład wielokrotnie obserwowali zjawiska, którym towarzyszy olbrzymie uwolnienie energii, co można wyjaśnić jedynie interakcją masywnych czarnych dziur z opadającą na nie otaczającą materią. W tym przypadku na skutek tarcia i ogrzewania substancji powstaje promieniowanie, które pozwala pośrednio „zobaczyć” czarną dziurę.
Jeśli nie ma akrecji - upadku materii na ciało kosmiczne z powodu jego siły przyciągania - to niezwykle trudno jest dowiedzieć się o istnieniu czarnej dziury. Badacze z Sternberg Astronomical Institute Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego pod kierownictwem Eleny Seifiny zainteresowali się takimi „uśpionymi” supermasywnymi czarnymi dziurami poza naszą galaktyką i zaproponowali metodę szacowania ich masy, nawet jeśli prawie się nie ujawniają. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics.
Wszystko zaczęło się, gdy astronomowie zauważyli kilka rozbłysków ze źródeł pozagalaktycznych. Jeden z nich, Swift J1644 + 57, był obserwowany w 2011 roku przez kilka obserwatoriów kosmicznych (RXTE, Swift i Suzaku) w zakresie rentgenowskim i gamma.
Początkowo naukowcy myśleli, że widzieli rozbłysk gamma, który zaobserwowano już w odległych galaktykach. Jednak zwykle emisja takich rozbłysków znika po dniu lub dwóch, podczas gdy w tym przypadku po dwóch dniach rozbłysk stawał się jeszcze jaśniejszy. W sumie ognisko obserwowano przez dwa lata, po czym wygasło.
Astronomowie zaczęli podejrzewać, że obserwują pływowe zapadanie się gwiazdy lecącej w niewielkiej odległości od supermasywnej czarnej dziury (w promieniu trzech promieni grawitacyjnych). Gwiazda zapada się z powodu tego, że siły grawitacji różnią się znacznie po stronie gwiazdy blisko i daleko czarnej dziury. Jednocześnie jego materia nie spada od razu na dziurę, ale tworzy tymczasowy dysk akrecyjny, który zaczyna jasno świecić, jak widać na Ziemi.
Wcześniej Elena Seifina obserwowała podobne rozbłyski na znanych obiektach, które są uważane za czarne dziury, zarówno wewnątrz naszej galaktyki, jak i poza nią, i dowiedziała się, jak zmienia się nachylenie widma rentgenowskiego (wykres zależności intensywności promieniowania od częstotliwości) podczas wzrostu jasności.
Film promocyjny:
Zidentyfikowała cechy widma, które wyraźnie wskazywały na obecność czarnych dziur. Astronomowie zasugerowali, że jeśli kształty widm podobnych rozbłysków są podobne, to procesy w nich zachodzące są również podobne. W związku z tym są również spowodowane rozrywaniem gwiazd przez czarne dziury. Pozwala to na odkrywanie nowych obiektów - kandydatów na czarne dziury.
Astronomowie określają masy już zaobserwowanych czarnych dziur, oceniając maksymalną jasność dysków akrecyjnych utworzonych wokół nich ze spadającej materii, zakładając, że w dysku została osiągnięta równowaga między ciśnieniem promieniowania elektromagnetycznego a siłami grawitacji.
Porównanie śladów (zależności nachylenia widma od szybkości narastania) znanych obiektów ze śladami uzyskanymi dla nowych pozagalaktycznych rozbłysków pozwoliło badaczom „zważyć” niewidoczne czarne dziury. Nowa metoda „ważenia” uśpionych pozagalaktycznych czarnych dziur umożliwia wykorzystanie danych o znanych obiektach galaktycznych, takich jak na przykład dobrze znany obiekt Cygnus X-1 z czarną dziurą w środku, który od dawna jest badany przez astronomów. Obliczenia wykazały, że podczas wybuchu Swift J1644 + 57 jest rzeczywiście powiązany z supermasywną czarną dziurą o masie 7 × 106 mas Słońca.
Jeśli do oszacowania mas czarnych dziur wykorzystano wcześniejsze obserwacje w ultrafiolecie, to nowa metoda pozwala ograniczyć się do zakresu promieniowania rentgenowskiego.
Astronomowie mają nadzieję, że wszechstronność nowej metody pomoże w ocenie wielu mas różnych obiektów pozagalaktycznych, takich jak jądra galaktyk Seyferta i innych, gdy tradycyjne metody zasadniczo nie działają.
Na podstawie materiałów z serwisu prasowego Uniwersytetu Moskiewskiego
Autor: Alexey Ponyatov