Monster svarthol snýst á hálfum hraða ljóssins
Skoða stærra.| Margar myndir af fjarlægum kvasar eru sýnilegar í þessu samsetta útsýni frá Chandra röntgenstjörnustöð NASA og Hubble geimsjónaukanum. Chandra gögnin voru notuð til að mæla beint snúning hins ofurmassaða svarthols sem knýr þennan kvasar. Inneign: röntgengeisli: NASA/CXC/University of Michigan/R.C.Reis o.fl. Optical: NASA/STScI
Vísindamenn við háskólann í Michigan hafa gert fyrstu beina mælingu á snúningshraða ofurmassins svarthols, í 6 milljarða ljósára fjarlægð. Þeir fundu að það snýst á hálfum hraða ljóssins. Ljóshraði er um 300.000 kílómetrar (186.000 mílur) á sekúndu! Hver vissi? Kannski snúast þeir allir svona hratt. Stjörnufræðingarnir í Michigangefin útniðurstöður þeirra á netinu í tímaritinuNáttúranþann 5. mars 2014.
Þessir vísindamenn segja að verkið veiti innsýn í hvernig þessar fjarlægu svarthol og vetrarbrautir þeirra vaxa og breytast með tímanum.
Talið er að ofurmassaðar svarthol leynist í kjarna flestra vetrarbrauta ef ekki allra. Þær eru milljónir eða milljarða sinnum massameiri en sólin okkar og gegna mikilvægu hlutverki í því hvernig vetrarbrautir þróast.
„Vaxtarsaga ofurmassins svarthols er dulkóðuð í snúningi hennar, þannig að rannsóknir á snúningi á móti tíma geta leyft okkur að rannsaka samþróun svarthola og vetrarbrauta þeirra,“ sagði Mark Reynolds, aðstoðarvísindamaður í stjörnufræði í Háskólinn í Michigan bókmenntaháskóla, listum og vísindum. Reynolds er meðhöfundur að nýju rannsókninni.
Snúningur vísar bæði til hraða og stefnu sem svarthol snýst í tengslum við lofttegundirnar sem falla í það. Þó að stjörnufræðingar hafi lengi getað mælt svartholsmassa hefur það verið mun erfiðara að ákvarða snúninga þeirra. (Snúningur og massi eru þau tvö einkenni sem þau nota til að skilgreina svarthol.)
Undanfarinn áratug hafa vísindamenn fundið leiðir til að áætla snúning úr nokkurra milljarða ljósára fjarlægð, en aðferðir þeirra voru óbeinar og byggðu á forsendum.
„Við viljum geta skorið út miðmanninn, ef svo má segja, við að ákvarða snúninga svarthola um alheiminn,“ sagði Rubens Reis, doktor í stjörnufræði við UM og fyrsti höfundur nýja blaðsins.
Þeir gátu gert það fyrir svartholið í miðju kvasarins sem kallast RX J1131-1231 (í stuttu máli RX J1131.) Það er um sex milljarðar ljósára frá jörðu og 7,7 milljarða ára gamalt. Kvasar, meðal lýsandi og kraftmiklu hlutanna í alheiminum, eru gerðir úr efni sem fellur í ofurmassaðar svarthol. Þeir gefa frá sér orku og ljós á ýmsum bylgjulengdum þar á meðal sýnilegum og röntgengeislum.
Undir venjulegum kringumstæðum væri þessi fjarlægi kvasari of daufur til að rannsaka. En vísindamennirnir gátu nýtt sér eins konar náttúruleg sjónaukaáhrif sem kölluð eru þyngdarlinsun og heppilega röðun kvasarans og risastórrar sporöskjulaga vetrarbrautar til að fá nánari sýn. Þyngdarlinsun, sem Einstein spáði fyrst, á sér stað þegar þyngdarafl stórfelldra hluta virkar sem linsa til að beygja, skekkja og stækka ljósið frá fjarlægari hlutum þegar það fer.
„Vegna þessarar þyngdarlinsu gátum við fengið mjög nákvæmar upplýsingar um röntgengeislann-það er magn röntgengeisla sem sést á mismunandi orku-frá RX J1131,“ sagði Reynolds. „Þetta gerði okkur kleift að fá mjög nákvæm gildi fyrir hversu hratt svartholið snýst.
Vísindamennirnir magnuðu náttúrulega sjónauka merki sitt með Chandra röntgenstjörnustöð NASA og XMM-Newton sjónauka Evrópsku geimferðastofnunarinnar til að komast að því að svartholið snýst á næstum helmingi hraða ljóss. Röntgengögnin leyfðu vísindamanninum að mæla radíus disks efnisins sem fellur í svartholið og út frá radíus þess gætu þeir ákvarðað snúningshraða þess.
„Við áætlum að röntgengeislarnir séu að koma frá svæði á disknum sem er aðeins um þrisvar sinnum radíus atburðarásarinnar-punkturinn til að snúa aftur fyrir fallandi efni,“ sagði Jon M. Miller, dósent í stjörnufræði við UM, og annar meðhöfundur á blaðinu. „Svartholið hlýtur að snúast afar hratt til að diskur geti lifað af í svona litlum radíus.
Að mæla snúning fjarlægra svarthola getur hjálpað vísindamönnum að komast að því hvort þau vaxa í gegnum stóra sameiningu eða smærri þætti. Ef þeir vaxa aðallega úr sameiningu vetrarbrauta ættu þeir að nærast á stöðugu framboði af nýju efni úr einni átt á nálægum diskum sínum, segir í fréttatilkynningu NASA. Það myndi leiða til hratt snúnings.
Ef þau vaxa í gegnum marga litla þætti, svo sem gasský milli stjarna og stjörnur sem ráfa of nærri og falla inn, væri búist við því að þær safni efni úr handahófi. Eins og kappakstur sem ýtt er bæði afturábak og áfram, myndi þetta láta svartholið snúast hægar, sögðu vísindamennirnir.
Uppgötvunin um að svartholið í RX J1131 snýst á næstum helmingi hraða ljóssins bendir til þess að það hafi vaxið með sameiningu.
„Hæfileikinn til að mæla snúning svarthols á stórum tíma kosmísks tíma ætti að gera það mögulegt að rannsaka beint hvort svartholið þróast í takt við vetrarbraut sína eða ekki,“ sagði Reis. „Mæling á snúning RX J1131-1231 svartholsins er stórt skref á þeirri braut og sýnir tækni til að setja saman sýnishorn af fjarlægum ofurmassískum svartholum með núverandi röntgengeislaborði.