Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã lần đầu tiên đo được tốc độ quay của một lỗ đen siêu lớn.
Các phát hiện, được thực hiện bởi hai đài quan sát không gian tia X, Kính viễn vọng quang phổ hạt nhân của NASA (NuSTAR) và XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, giải quyết một cuộc tranh luận lâu dài về các phép đo tương tự trong các lỗ đen khác và sẽ dẫn đến sự hiểu biết tốt hơn về cách các lỗ đen và các thiên hà phát triển.
Fiona Harrison, nhà điều tra chính của NuSTAR tại Viện Công nghệ California, Pasadena, và đồng tác giả của một nghiên cứu mới xuất hiện, cho biết, chúng tôi có thể theo dõi vật chất khi nó xoáy vào một lỗ đen bằng cách sử dụng tia X phát ra từ các vùng rất gần với lỗ đen. trong ấn bản ngày 28 tháng 2 của Tự nhiên. Bức xạ mà chúng ta nhìn thấy bị biến dạng và biến dạng bởi chuyển động của các hạt và bởi lỗ đen Trọng lực cực kỳ mạnh.
Khái niệm nghệ sĩ này minh họa một lỗ đen siêu lớn với khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần mặt trời của chúng ta. Các hố đen siêu lớn là những vật thể cực kỳ dày đặc được chôn vùi tại trung tâm của các thiên hà. Trong hình minh họa này, lỗ đen siêu lớn ở trung tâm được bao quanh bởi vật chất chảy vào lỗ đen trong cái được gọi là đĩa bồi tụ. Đĩa này hình thành khi bụi và khí trong thiên hà rơi xuống lỗ, bị thu hút bởi trọng lực của nó. Cũng hiển thị là một luồng các hạt năng lượng tràn đầy, được cho là được cung cấp năng lượng từ vòng xoáy lỗ đen. Hình ảnh lịch sự của NASA / JPL-Caltech.
Sự hình thành của các lỗ đen siêu lớn được cho là phản ánh sự hình thành của chính thiên hà, vì một phần nhỏ của tất cả các vật chất được kéo vào thiên hà tìm đường vào lỗ đen. Bởi vì điều này, các nhà thiên văn học quan tâm đến việc đo tốc độ quay của các lỗ đen trong trái tim của các thiên hà.
Các quan sát cũng là một thử nghiệm mạnh mẽ của lý thuyết Einstein về thuyết tương đối rộng, cho rằng trọng lực có thể bẻ cong ánh sáng và không-thời gian. Các kính viễn vọng tia X đã phát hiện các hiệu ứng cong vênh này trong môi trường khắc nghiệt nhất, trong đó trường trọng lực to lớn của lỗ đen đang làm thay đổi nghiêm trọng không-thời gian.
NuSTAR, một nhiệm vụ của NASA Explorer được đưa ra vào tháng 6 năm 2012, được thiết kế độc đáo để phát hiện ánh sáng tia X năng lượng cao nhất rất chi tiết. Đối với Livermore, tiền thân của NuSTAR là một thiết bị phát sinh từ khinh khí cầu được gọi là HEFT (Kính thiên văn tập trung năng lượng cao) được tài trợ, một phần, bởi một khoản đầu tư Nghiên cứu và phát triển theo hướng phòng thí nghiệm bắt đầu vào năm 2001. NuSTAR có khả năng lấy nét tia X của HEFT và chúng vượt ra ngoài bầu khí quyển của Trái đất trên một vệ tinh. Thiết kế quang học và quy trình sản xuất cho NuSTAR dựa trên những thiết bị được sử dụng để chế tạo kính thiên văn HEFT.
NuSTAR bổ sung cho các kính viễn vọng quan sát ánh sáng tia X năng lượng thấp hơn, chẳng hạn như Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA,) XMM-Newton và Đài quan sát tia X của NASA Chand Chandra. Các nhà khoa học sử dụng chúng và các kính thiên văn khác để ước tính tốc độ quay của các lỗ đen.
Chuyên gia vật lý thiên văn Bill Craig, một thành viên của nhóm LLNL cho biết, các lỗ đen có mối liên kết chặt chẽ với thiên hà chủ của chúng. Đo lường độ xoáy, một trong số ít những thứ chúng ta có thể đo trực tiếp từ lỗ đen, sẽ cho chúng ta manh mối để hiểu mối quan hệ cơ bản này.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng NuSTAR để quan sát tia X phát ra từ khí nóng trong một đĩa ngay bên ngoài chân trời sự kiện, phạm vi ranh giới bao quanh một lỗ đen mà không thứ gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra.
Các nhà khoa học đo tốc độ quay của các lỗ đen siêu lớn bằng cách lan truyền ánh sáng tia X thành các màu khác nhau. Ánh sáng đến từ các đĩa bồi tụ xoáy xung quanh các lỗ đen, như thể hiện trong cả hai khái niệm nghệ sĩ. Họ sử dụng kính viễn vọng không gian tia X để nghiên cứu các màu này, và đặc biệt, tìm kiếm một ngón tay sắt bằng sắt - đỉnh được thể hiện trong cả hai biểu đồ hoặc quang phổ - để xem nó sắc nét như thế nào. Mô hình quay số trên màn hình cao cấp được hiển thị ở trên cho thấy tính năng sắt đã được lan truyền ra ngoài do các hiệu ứng bóp méo gây ra bởi trọng lực to lớn của lỗ đen. Nếu mô hình này là chính xác, thì mức độ biến dạng nhìn thấy trong tính năng sắt sẽ tiết lộ tốc độ quay của lỗ đen. Mô hình thay thế cho rằng những đám mây che khuất nằm gần lỗ đen đang làm cho đường sắt có vẻ bị biến dạng một cách giả tạo. Nếu mô hình này là chính xác, dữ liệu không thể được sử dụng để đo spin lỗ đen.NuSTAR đã giúp giải quyết vụ việc, loại trừ mô hình đám mây che khuất xen kẽ. Hình ảnh lịch sự của NASA / JPL-Caltech.
Các phép đo trước đây không chắc chắn vì về mặt che khuất các đám mây xung quanh các lỗ đen, theo lý thuyết, có thể gây nhầm lẫn cho kết quả. Bằng cách làm việc cùng với XMM-Newton, NuSTAR đã có thể thấy một dải năng lượng tia X rộng hơn, thâm nhập sâu hơn vào khu vực xung quanh lỗ đen. Các quan sát mới đã loại trừ ý tưởng che khuất các đám mây, chứng minh rằng tốc độ quay của các lỗ đen siêu lớn có thể được xác định một cách thuyết phục.
Lou Điều này cực kỳ quan trọng đối với lĩnh vực khoa học hố đen, ông Lou Kaluzienski, nhà khoa học chương trình NuSTAR tại Trụ sở NASA ở Washington, D.C. Kính viễn vọng NASA và ESA đã giải quyết vấn đề này cùng nhau. Cùng với các quan sát tia X năng lượng thấp hơn được thực hiện với XMM-Newton, các khả năng chưa từng có của NuSTAR, để đo các tia X năng lượng cao hơn đã cung cấp một mảnh ghép thiếu sót cần thiết để làm sáng tỏ vấn đề này.
NuSTAR và XMM-Newton đồng thời quan sát lỗ đen siêu khối lượng hai triệu khối lượng mặt trời nằm ở trung tâm chứa đầy bụi và khí của một thiên hà có tên NGC 1365. Kết quả cho thấy lỗ đen quay gần với tốc độ tối đa cho phép Thuyết hấp dẫn của Einstein.
Những con quái vật này, với khối lượng từ hàng triệu đến hàng tỷ lần so với mặt trời, được hình thành như những hạt nhỏ trong vũ trụ sơ khai và sau đó phát triển bằng cách nuốt chửng các ngôi sao và khí trong các thiên hà chủ của chúng, và / hoặc hợp nhất với các lỗ đen khổng lồ khác khi các thiên hà va chạm, giáo sư Guido Raluiti, tác giả chính của nghiên cứu mới từ Trung tâm vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian ở Cambridge, Mass và Viện vật lý thiên văn quốc gia Ý. Đo lường độ xoáy của lỗ đen siêu lớn là cơ bản để hiểu lịch sử quá khứ của nó và của thiên hà chủ của nó.
Qua phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore