Kiedy myślisz o czarnej dziurze, możesz pomyśleć, że jej cechą definiującą jest horyzont zdarzeń. Ten punkt bez powrotu, z którego nawet światło nie może uciec. Chociaż prawdą jest, że wszystkie czarne mają horyzont zdarzeń, bardziej krytyczną cechą jest krążący wokół niego dysk gorącego gazu i pyłu, znany jako dysk akrecyjny. Zespół astronomów dokonał pierwszego bezpośredniego pomiaru jednego z nich.
Według Newtona, jeśli upuścisz obiekt z miejsca spoczynku w pobliżu planety lub gwiazdy, obiekt spadnie prosto w dół, śledząc liniową ścieżkę, aż uderzy w planetę lub gwiazdę. Einstein mówi coś nieco innego. Ta prosta ścieżka jest możliwa tylko wtedy, gdy planeta lub gwiazda nie obraca się. Jeśli się obraca, przestrzeń w pobliżu planety lub gwiazdy jest skręcona. Jest to efekt znany jako przeciąganie ramki i oznacza, że nasz obiekt będzie ciągnięty wokół obiektu podczas spadania. Mierzyliśmy przeciąganie klatek na satelitach w pobliżu Ziemi, więc wiemy, że jest to realny efekt.
W pobliżu szybko obracających się czarnych dziur efekt przeciągania ramek może być ogromny. Oznacza to, że gdy gaz i pył zaczynają opadać w kierunku czarnej dziurze, zostaje zmieciony do dysku wokół płaszczyzny równikowej czarnej dziury. Cały gaz i pył są przegrzane, co wytwarza ogromne ciśnienie. Dysk akrecyjny może generować silne pola magnetyczne, emitować silne promieniowanie rentgenowskie, a nawet strumienie gazu, które oddalają się od czarnej z prędkością bliską prędkości światła. Większość czarnych, które zidentyfikowaliśmy we Wszechświecie, przeszła przez wysokoenergetyczne efekty ich dysków akrecyjnych. Ale fizyka dysków akrecyjnych czarnych jest złożona i nie rozumiemy jeszcze w pełni ich dynamiki, ani nawet nie mamy dokładnego pomiaru ich rozmiaru.
Mamy podstawowy miernik wielkości dysków akrecyjnych. Jedną z rzeczy, które zauważyliśmy w przypadku kwazarów, jest to, że mogą one wahać jasność. Kwazary to supermasywne czarne dziury z jasnym radiowo dyskiem akrecyjnym. Biorąc pod uwagę skończoną prędkość światła, szybkość fluktuacji daje nam górną granicę rozmiaru dysku akrecyjnego. Na przykład, jeśli kwazar fluktuuje w skali roku, wiemy, że dysk akrecyjny nie może być większy niż około roku świetlnego. Najdokładniej zmierzonym fluktuującym kwazarem jest 3C 273, a wiemy, że jego dysk akrecyjny ma około 1,5 roku świetlnego średnicy, czyli około 100 000 AU.
Ale to tylko górna granica, a dysk akrecyjny może być mniejszy. Bez bezpośredniego pomiaru dysku akrecyjnego polegamy na symulacjach komputerowych, aby oszacować jego rozmiar. Ale ostatnie prace bezpośrednio zmierzyły dysk akrecyjny supermasywnej czarnej dziury, co daje nam krok naprzód w zrozumieniu czarnych dziur.
Aby to osiągnąć, zespół zastosował inne podejście. Zamiast używać fluktuacji jasności, zmierzyli linie emisyjne supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki znanej jako III Zw 002. Korzystając z teleskopu Gemini North, byli w stanie zbadać szczególnie jasną linię emisyjną wodoru i tlenu. Oba te widma przedstawiały podwójną cechę szczytową. Ten podwójny pik jest spowodowany obrotem dysku akrecyjnego. Gdy dysk się obraca, światło z części dysku obracającej się w naszym kierunku jest przesuwane w kierunku niebieskiego widma, podczas gdy światło na części dysku obracającej się od nas jest przesunięte ku czerwieni. Efekt jest najbardziej znaczący na zewnętrznych krawędziach dysku, stąd pojawienie się podwójnego piku.
Na podstawie tych danych spektralnych zespół ustalił, że czarna ma około 400-900 milionów mas Słońca, a jej oś obrotu jest nachylona o około 18 stopni w stosunku do naszej linii widzenia. Szczyty linii wodoru znajdują się około 16,8 dni świetlnych od czarnej dziury, a szczyty linii tlenowej znajdują się około 18,9 dni świetlnych od czarnej. Oznacza to, że dysk akrecyjny ma średnicę około 40 dni świetlnych.
Ten wynik to dopiero pierwszy krok. Zespół kontynuuje obserwacje III Zw 002 i ma nadzieję, że będzie w stanie zbadać, w jaki sposób dysk akrecyjny precesuje wokół czarnej w czasie, co powie nam o dynamice między nimi.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
