Zmierzono spin bardzo odległej czarnej dziury

RX J1131-1231
Odległy kwazar widziany przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a oraz Obserwatorium Chandra.
Źródło: NASA
Astronomowie wykorzystując obserwacje teleskopu XMM-Newton oraz Obserwatorium Chandra zmierzyli jak szybko wiruje czarna dziura, która jest oddalona od nas o sześć miliardów lat świetlnych. Jest to pierwszy raz, gdy udało się zmierzyć spin tak odległej czarnej dziury.

Czarne dziury charakteryzują dwie wielkości: masa oraz spin. Dotychczas astronomowie z dużą dokładnością mierzyli masy, natomiast problematyczne było wyznaczanie spinów czarnych dziur.

W ciągu ostatniej dekady, naukowcy opracowali sposoby szacowania spinów czarnych dziur znajdujących na odległościach większych niż kilka miliardów lat świetlnych.  Jednak wyznaczenie spinów takich obiektów obejmuje kilka zależnych od siebie etapów.
Tym razem astronomowie wyznaczyli spin masywnej czarnej dziury bardzo jasnego kwazara RX J1131-1231, wykorzystując zjawisko soczewkowania grawitacyjnego.
Dzięki soczewkowaniu, udało się uzyskać bardzo szczegółowe informacje na temat widma rentgenowskiego kwazara. Natomiast widmo umożliwiło oszacowanie jak szybko wiruje czarna dziura.

Promieniowanie rentgenowskie powstaje, gdy wirujący gazowo-pyłowy dysk akrecyjny, otaczający czarną dziurę,  tworzy chmurę o temperaturze wielu milionów stopni lub koronę w pobliżu czarnej dziury. Promieniowanie z korony odbija się o wewnętrzne krawędzie dysku akrecyjnego, a  pole grawitacyjne zakrzywia odbite promienie.
Naukowcy szacują, że promieniowanie rentgenowskie pochodzi z regionu w dysku znajdującego się  w odległości trzech promieni horyzontu zdarzeń (czyli punktu z którego opadająca materia nie może wrócic). Czarna dziura musi więc wirować bardzo szybko, aby pozwolić na przetrwanie dysku o tak małym promieniu.

Dzięki wyznaczaniu spinów odległych czarnych dziur badacze odkrywają ważne informacje, o tym w jaki sposób obiekty te zmieniały się w czasie. Jeśli czarna dziura powstała w wyniku kolizji i fuzji dwóch galaktyk, powinna zgromadzić materię w postaci stabilnego dysku, a stały dopływ materii powinien prowadzić do szybkiego wirowania czarnej dziury.
W innym przypadku, jeśli czarna dziura będzie rosnąć dzięki wielu małym epizodom akrecyjnym, materia gromadzić się będzie w przypadkowych kierunkach.

Odkrycie, że czarna dziura w RX J1131-1231 wiruje z prędkością równą  ponad połowie prędkości światła, sugeruje obiekt  znajdujący się w odległości sześciu miliardów lat świetlnych,  co odpowiada  około 7,7 miliardów lat po Wielkim Wybuchu.


Artykuł opisujący te badania opublikowano w Nature:  R. C. Reis, M. T. Reynolds, J. M. Miller, D. J. Walton. Reflection from the strong gravity regime in a lensed quasar at redshift z = 0.658. Nature, 2014; DOI: 10.1038/nature13031

Alicja Wierzcholska | Źródło: sciencedaily.com

Liczba odsłon: 2144