To się potwierdziło. Czarna dziura w galaktyce M87 faktycznie wiruje

Pięćdziesiąt pięć milionów lat świetlnych stąd, w galaktyce znanej jako M87, znajduje się supermasywna czarna dziura. Jest to silnie aktywna czarna dziura o masie 6,5 miliarda Słońc, a w 2019 roku była pierwszą czarną sfotografowaną bezpośrednio (a raczej jej otoczenie). Obraz radiowy uchwycony przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) pokazuje halo światła otoczenia zakrzywione przez grawitację czarnej i skierowane w naszą stronę. Po jednej stronie halo światło jest jaśniejsze, co zgodnie z ogólną teorią względności wynika z rotacji lub spinu czarnej. Było to pierwsze bezpośrednie potwierdzenie, że czarna obraca się. Nowe badanie opublikowane w Nature dało nam więcej dowodów rotacyjnych.

Nic dziwnego, że supermasywna czarna dziura M87 obraca się. Wszystko, od gwiazd po planety, obraca się, więc astronomowie spodziewają się, że wszystkie czarne dziury również to robią. Wyzwaniem jest udowodnienie tego. Ponieważ czarne dziury nie mają cech powierzchniowych, jedynym sposobem na określenie rotacji czarnej dziury jest jej efekt skrętny na przestrzeń i czas oraz wpływ tego na pobliskie światło, gaz i pył. Obserwacje EHT są zgodne z rotującą czarną dziurę, ale oczywiście zakłada to, że ogólna teoria względności Einsteina jest poprawna. Byłoby więc miło mieć jakieś dowody rotacyjne, które nie opierają się na tym założeniu.

Obraz radiowy czarnej w M87. Źródło: EHT Collaboration

Ponieważ czarna w M87 jest aktywna, generuje ogromne dżety, które odpływają od biegunów rotacji czarnej z prędkością bliską prędkości światła. Jeśli czarna precesja, kierunek tych dżetów powinien zmieniać się w czasie. Tego właśnie szukało nowe badanie.

Zespół przeanalizował ponad 17 lat danych radiowych na temat dżetów czarnej i odkrył, że orientacja dżety zmieniła się nieznacznie w czasie. Oscyluje w granicach około 10 stopni z cyklem okresowym 8 – 10 lat. Oznacza to, że oś obrotu czarnej dziury precesuje w tym zakresie. Ponieważ precesja jest bezpośrednim efektem rotacji, potwierdza to, że czarna dziura rotuje.

Precesja dżetów M87 oznacza, że czarna obraca się. Źródło: Cui, et al (2023)

Chociaż zespół potwierdził rotację, badanie rodzi pytanie, co dokładnie powoduje precesję tego obiektu. Ziemia i wierzchołki precesją, ponieważ doświadczają grawitacyjnego przyciągania z innego ciała. Czarna dziura M87 jest największą masą w otoczeniu, a w pobliżu nie ma ciała o podobnej masie. Więc co daje? Odpowiedź może leżeć w efekcie Lense-Thirring, znanym również jako przeciąganie klatek. W ogólnej teorii względności obracająca się masa obraca czasoprzestrzeń wokół niej, co oznacza, że wszystko, co ją okrąża, może mieć wypaczoną orbitę. Efekt jest niewielki dla ciał takich jak Ziemia, chociaż został zaobserwowany. W przypadku czarnych dziur efekt Lense-Thirringa może być potężny. Możliwe, że powoduje to, że dysk akrecyjny materii otaczającej czarną dziurę jest lekko przekrzywiony, a gdy jego materia jest konsumowana przez czarną dziurę, wywiera niewielki moment obrotowy na czarną dziurę, powodując jej precesję. Jeśli to prawda, to dżety wielu innych supermasywnych czarnych dziur powinny zobaczyć podobny efekt.

Wspaniałe w tym badaniu jest to, że daje nam solidne dane na temat dynamicznego zachowania czarnej dziury. Nie musimy polegać wyłącznie na modelach obliczeniowych, aby zrozumieć, w jaki sposób czarne dziury oddziałują ze swoim środowiskiem. Możemy teraz porównywać modele z danymi, co pomoże nam nie tylko lepiej zrozumieć czarne dziury, ale także galaktyki, w których żyją.

______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę


Zostań Patronem !

_______________________
Informacje bezpośrednio na Twoją skrzynkę mailową