26 ноември 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Колко бързо се върти свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 20 октомври 2020 в 09:40 40000
Изображение на орбитите на звездите S, които обикалят около Стрелец A*. Кредит: Barker, Patterson, & Spivey; U. Ill. NCSA Advanced Visualization Laboratory

Когато се образува черна дупка, нейното интензивно гравитационно поле създава повърхност, отвъд която дори светлината не може да избяга, и изглежда черна за външни погледи.

Всички детайли на сложната смес от материя и енергия в миналото се губят, оставяйки нещо просто, което може напълно да бъде описано само с три параметъра: маса, електрически заряд и въртене (спин).

Определянето на първите два не представлява проблем за астрономите, но за третия е трудно. 

Зарядът на черната дупка трябва да е почти нула, тъй като частиците, уловени от черната дупка, са електрически неутрални - комбинация от положително и отрицателно заредени частици.

Масата на черна дупка определя размера на нейния хоризонт на събитията и може да бъде измерена по няколко начина - от яркостта на материала около нея до орбиталното движение на близките звезди. 

Астрономите могат да измерват масите на черните дупки по относително ясен начин, като наблюдават как материята се движи близо до тях (включително други черни дупки) под въздействието на нейното гравитационно поле.

Масата на Стрелец A* (Sgr A ), свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път, е известна от години. Тя е приблизително 4,3 милиона пъти масата на Слънцето, определена като се измерва колко бързо се движат звездите близо до Sgr A*.

Но скоростта й на въртене е неизвестна. И не е лесно да се измери, тъй като черната дупка Sgr A* е ... ами черна. Така че не се вижда нищо да се върти, както виждаме например при планетите. И да се наблюдава колко бързо се върти околният акреционен диск, също не помага, тъй като черните дупки могат да се въртят с акреционния диск, но могат да се въртят и по друг начин (или изобщо да не се въртят), както може да види на изображението по-долу, което очертава как връзката между посоките на въртене на акреционния диск и черната дупка се отразява в рентгеновия спектър.

Кредит: NASA/JPL-Caltech

Спинът на черната дупка, както и нейната маса, е свойство на пространство-времето и определя как се изкривява пространството около черната дупка, така че за да се измери въртенето на черна дупка, трябва да се проучи как се държи материята близо до нея.

Как се въртят черните дупки?

В изследването, публикувано в Astrophysical Journal Letters, се описва как е измерено въртенето на няколко свръхмасивни черни дупки - изследователите могат да изследват рентгеновите лъчи, излъчвани от акреционните дискове на черните дупки. Рентгеновият лъч светлина от диска получава импулс енергия от въртенето и чрез измерване на този импулс може да се определи спина.

Но има и друг начин - да се получи директен образ на черната дупка, както астрономите са направили тази в центъра на елиптичната галактика Messier 87 (M87) в съзвездието Дева. Светлинният пръстен, който виждаме на изображението, е по-ярък от страната, която се върти към нас. 

Снимката на черна дупка, която стана известна. Едната страна на изображението е по-ярка заради въртенето й.

Но въпреки тези зашеметяващи резултати, спинът на черната дупка, която се върти в центъра на нашата галактика Млечен път, все още е неизвестен за изследователите. Проблемът е, че нашата черна дупка не е много активна и е много по-малка от тази в центъра на елиптичната галактика M87. Затова астрономите не могат да измерят въртенето й, наблюдавайки светлината близо до черна дупка. Добрата новина е, че в новото проучване учените предлагат нов начин за измерване на въртенето на свръхмасивна черна дупка в сърцето на нашата галактика.

Методът на авторите на новото изследване, двама астрономи от Харвард, Джакомо Фрагионе (Giacomo Fragione) и Ави Льоб (Avi Loeb), използва свойство, известно като усукване на отправната инерциална система (frame dragging) или ефект на Лензе-Тиринг, тоест въртенето на масата също влияе на околното пространство, явление, което следва от Общата теория на относителността на Айнщайн.

Изследвателите правят точно това - наблюдават рояка от звезди, близо до Sgr A* и които се въртят около черните дупки с голяма скорост, така наречените S звезди. Известни са около 40 от тези S звезди в нашата галактика, от които S2 или SO-2 е най-известната. Усукването на отправната инерциална система трябва да има забележим ефект върху орбитите на S звездите.

Илюстрация на ефекта на Лензе-Тиринг около черна дупка. Кредит: J. Bergeron/Sky&Telescope

Фрагионе и Льоб обаче не откриват този ефект в орбитите на S звездите. На това основание те определят, че максималният спин на Sgr A* е 0,1. Спинът на черна дупка е представен безразмерно с число между 0 и 1, 0 е без въртене, 1 е максималното въртене, което според теоретичните изчисления трябва да е близо до скоростта на светлината. Така че въртенето от 0,1 означава, че Sgr A* има 10% от максималното завъртане на черна дупка. За сравнение, спинът на M87*, свръхмасивната черна дупка в елиптичната галактика M87, снимана с EHT, е 0,4.

S-звездите, които обикалят около черна дупка в нашата галактика.

Справка: An upper limit on the spin of SgrA∗ based on stellar orbits in its vicinity
Giacomo Fragione, Abraham Loeb, Astrophysical Journal Letters, DOI: 10.3847/2041-8213/abb9b4

Източници:

The spin of the supermassive black hole in the Milky Way, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Phys.org

We actually don’t know how fast the Milky Way’s supermassive black hole is spinning but there might be a way to find out, Universe Today


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.