Pomiar spinu czarnej dziury kluczem do zrozumienia ewolucji galaktyk

Wizja artystyczna ukazująca supermasywną czarną dziurę otoczoną przez wirującą materię. Na rysunku zaznaczono również obecność strug energetycznych cząstek, zwanych dżetami. Naukowcy uważają, że silnikiem zasilającym dżety jest spin czarnej dziury. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Astronomowie zaproponowali nową metodę pomiaru spinu supermasywnych czarnych dziur, dzięki której może uda się zrozumieć jaki jest ich wpływ na rozwój galaktyki macierzystej.

Naukowcy z Uniwersytetu Durham z Wielkiej Brytanii obserwowali czarną dziurę o masie 10 milionów razy większej od masy Słońca. Czarna dziura znajduje się w odległości 500 milionów lat świetlnych w centrum galaktyki spiralnej. Wokół czarnej dziury krąży dysk materii, zwany akrecyjnym, który zasila jej aktywność. Poprzez obserwacje w zakresie optycznym, ultrafioletowym i miękkim promieniowaniu X udało się wyznaczyć  odległość dysku od czarnej dziury, która, jak twierdzą naukowcy, zależy od spinu czarnej dziury tzn. im wiruje ona szybciej tym dysk jest bliżej. Zatem jeśli uda się zmierzyć tą odległość można oszacować spin czarnej dziury.

Wyznaczenie spinu czarnej dziury jest ważne dla zrozumienia jak galaktyka macierzysta się rozwijała na przestrzeni miliardów lat. Czarne dziury można znaleźć w centrach prawie wszystkich galaktyk. Badania pokazują, że promieniowanie generowane w wyniku akrecji materii na czarną dziurę penetruje całą galaktykę. Promieniowanie to jest odpowiedzialne za podgrzanie gazu, któremu w wyniku tego trudniej jest się wychłodzić i zapaść by stworzyć nowe gwiazdy. Dodatkowo z bliskich okolic czarnej dziury wyrzucane są bardzo wąskie strugi materii, zwane dżetami, i naukowcy z Durham wierzą, że ich moc jest związana ze spinem czarnej dziury.
Niestety pomiar spinu jest bardzo trudny, ponieważ bezpośrednio wpływa on jedynie na materię znajdującą się bardzo blisko czarnej dziury. Zadziwiający jest fakt, że czarna dziura znajdująca się w centrum praktycznie każdej galaktyki ma duży wpływ na całą galaktykę, mimo iż czarna dziura jest znaczniej mniejsza w porównaniu do galaktyki. “To tak jakby coś wielkości dużego głazu (10 m) wpływało na całą Ziemię”, opisuje profesor Chris Done (Durham University), kierownik projektu. Zrozumienie tego powiązania pomiędzy gwiazdami i materią w galaktyce a rozwojem czarnej dziury jest kluczem do poznania ewolucji galaktyk.

Czarna dziura wirując ciągnie za sobą przestrzeń i czas a wraz z nimi dysk akrecyjny, który stanowi jej paliwo. W wyniku zbliżenia się dysku, czarna dziura wiruje jeszcze szybciej - podobnie jak  łyżwiarz wykonujący piruet. Zatem jeśli zmierzymy odległość pomiędzy czarną dziurą a dyskiem akrecyjnym, możliwe jest efektywne oszacowanie spinu czarnej dziury.

Artykuł: A new way to measure supermassive black hole spin in accretion disc-dominated active galaxies, Ch. Done i in., MNRAS

Hubert Siejkowski | Źródło:  phys.org

Liczba odsłon: 1595