Astronomowie zauważyli promieniowanie rentgenowskie zza supermasywnej czarnej dziury

NASA/JPL-Caltech

Kiedy gaz wpada do czarnej dziury, uwalnia ogromną ilość energii i emituje promieniowanie elektromagnetyczne we wszystkich kierunkach, czyniąc te obiekty jednymi z najjaśniejszych w znanym wszechświecie. Ale naukowcy byli w stanie zobaczyć światło i inne promieniowanie z supermasywnej czarnej dziury tylko wtedy, gdy świeci ona bezpośrednio w kierunku naszych teleskopów – wszystko z tyłu zawsze było przesłonięte.

Do teraz. Nowe badanie opublikowane w Nature demonstruje pierwsze wykrycie promieniowania pochodzącego z za czarna dziura — wygięta w wyniku zakrzywienia czasoprzestrzeni wokół obiektu. To kolejny dowód dla ogólnej teorii względności Einsteina.

'To naprawdę ekscytujący wynik' - mówi Edward Cackett, astronom z Wayne State University, który nie był zaangażowany w badania. „Chociaż już wcześniej widzieliśmy sygnaturę ech promieni rentgenowskich, do tej pory nie było możliwe oddzielenie echa, które pochodzi zza czarnej dziury i zostaje wygięte w naszym polu widzenia. Pozwoli to na lepsze odwzorowanie tego, w jaki sposób rzeczy wpadają do czarnych dziur i jak czarne dziury zakrzywiają czasoprzestrzeń wokół nich”.

Uwalnianie energii przez czarne dziury, czasami w postaci promieni rentgenowskich, jest procesem absurdalnie ekstremalnym. A ponieważ supermasywne czarne dziury uwalniają tak dużo energii, są w zasadzie potęgami, które pozwalają galaktykom rosnąć wokół nich. Jeśli chcesz zrozumieć, jak powstają galaktyki, naprawdę musisz zrozumieć te procesy poza czarną dziurą, które są w stanie uwolnić te ogromne ilości energii i mocy, te niesamowicie jasne źródła światła, które badamy, mówi Dan Wilkins, astrofizyk. na Uniwersytecie Stanforda i głównym autorem badania.

Badanie koncentruje się na supermasywnej czarnej dziurze w centrum galaktyki zwanej I Zwicky 1 (w skrócie I Zw 1), około 100 milionów lat świetlnych od Ziemi. W supermasywnych czarnych dziurach, takich jak I Zw 1, duże ilości gazu spadają w kierunku centrum (horyzontu zdarzeń, który jest w zasadzie punktem bez powrotu) i mają tendencję do spłaszczania się w dysk. Nad czarną dziurą zbieg naładowanych cząstek i aktywność pola magnetycznego powoduje wytwarzanie wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich.

Niektóre z tych promieni rentgenowskich padają prosto na nas i możemy je normalnie obserwować za pomocą teleskopów. Ale niektóre z nich świecą również w kierunku płaskiego dysku gazu i odbijają się od niego. Obrót czarnej dziury I Zw 1 spowalnia szybciej niż obserwowany w większości supermasywnych czarnych dziur, co powoduje, że otaczający gaz i pył łatwiej opadają i zasilają czarną dziurę z wielu kierunków. To z kolei prowadzi do większej emisji promieniowania rentgenowskiego, dlatego Wilkins i jego zespół byli szczególnie zainteresowani.

Podczas gdy Wilkins i jego zespół obserwowali tę czarną dziurę, zauważyli, że korona wydaje się migać. Błyski te, spowodowane impulsami promieniowania rentgenowskiego odbijającymi się od masywnego dysku gazu, pochodziły zza cienia czarnej dziury – miejsca, które zwykle jest niewidoczne. Ale ponieważ czarna dziura zakrzywia przestrzeń wokół niej, odbicia promieni rentgenowskich są również zakrzywiane wokół niej, co oznacza, że ​​możemy je dostrzec.

Sygnały odkryto za pomocą dwóch różnych teleskopów kosmicznych zoptymalizowanych do wykrywania promieni rentgenowskich w kosmosie: NuSTAR, który jest zarządzany przez NASA i XMM-Newton, który jest zarządzany przez Europejską Agencję Kosmiczną.

Największą implikacją nowych odkryć jest to, że potwierdzają one to, co Albert Einstein przewidział w ramach swojej ogólnej teorii względności – sposób, w jaki światło powinno zaginać się wokół gigantycznych obiektów, takich jak supermasywne czarne dziury.

Po raz pierwszy naprawdę widzimy bezpośrednią sygnaturę sposobu, w jaki światło załamuje się za czarną dziurą na naszej linii wzroku, bo sposobu, w jaki czarna dziura wypacza przestrzeń wokół siebie, mówi Wilkins.

'Chociaż ta obserwacja nie zmienia naszego ogólnego obrazu akrecji czarnych dziur, jest to miłe potwierdzenie, że w tych systemach gra ogólna teoria względności' - mówi Erin Kara, astrofizyk z MIT, który nie był zaangażowany w badania.

Wbrew nazwie supermasywne czarne dziury są tak daleko, że wyglądają jak pojedyncze punkty świetlne, nawet przy użyciu najnowocześniejszych instrumentów. Nie będzie możliwe zrobienie zdjęć ich wszystkich w sposób, w jaki naukowcy wykorzystali do uchwycenia Teleskop Event Horizon cień supermasywnego bla ck otwór w Galaktyka M87.

Więc chociaż jest to wcześnie, Wilkins i jego zespół mają nadzieję, że wykrywanie i badanie większej liczby ech promieniowania rentgenowskiego zza zakrętu może pomóc nam w tworzeniu częściowych lub nawet pełnych zdjęć odległych supermasywnych czarnych dziur. To z kolei może pomóc im odkryć kilka wielkich tajemnic dotyczących wzrostu supermasywnych czarnych dziur, podtrzymywania całych galaktyk i tworzenia środowisk, w których prawa fizyki są przesuwane do granic możliwości.

Poprawka 21 marca: Początkowa wersja tej historii błędnie stwierdzała, że ​​Einstein dokonał swojej prognozy w 1963 roku. Żałujemy tego błędu.

ukryć