Црне рупе савијају наше разумевање Универзума и законе физике. Док се црна рупа врти, она вуче околни простор са собом и даје астрономима прилику да проуче нека од Аинстеинових предвиђања о релативности.
Постојање црних рупа можда је најфасцинантније предвиђање Аинстеинове Опште теорије релативности. Када било која маса, попут звезде, постане компактнија од одређене границе, њена сопствена гравитација постаје толико јака да се објект срушава до јединствене тачке, црне рупе. У људском уму, овај огромни гравитациони бунар је место где се догађају чудне ствари. А сада, тим из Центра за астрофизику измерио је црну рупу звјездане масе која се тако брзо врти - окрећући се више од 950 пута у секунди - да гура предвиђену границу брзине за ротацију.
"Рекао бих да је овај режим гравитације толико далеко од директног искуства и познавања као и сам субатомски свет", каже астроном ЦфА-е Јеффреи МцЦлинтоцк.
Примењујући технику за мерење центрифуге коју су заједно развили МцЦлинтоцк и астрофизичар ЦфА Рамесх Нараиан, тим је користио НАСА-ин Росси сателитски података Кс-раи Тиминг Екплорер-а како би обезбедио најдиректније одређивање центрифуге црних рупа.
МцЦлинтоцк и Нараиан водили су међународну групу коју чине Ребецца Схафее, одсек за физику Универзитета Харвард; Роналд Ремиллард, Кавли центар за астрофизика и свемирска истраживања, МИТ; Схане Давис, Калифорнијски универзитет, Санта Барбара и Ли-Ксин Ли, Институт за астрофизику Мак-Планцк, Немачка, у овом истраживању. Резултати су објављени у данашњем броју Астрофизичког часописа.
„Сада имамо тачне вредности за стопу центрифуге три црне рупе“, каже МцЦлинтоцк. „Најузбудљивији је наш резултат за микроквазар ГРС1915 + 105, који има завртњу која износи између 82% и 100% од теоријске максималне вредности.“
„Овај резултат има велике импликације за објашњавање начина на који црне рупе испуштају млазнице, за моделирање могућих извора пуцања гама зрака и за детекцију гравитационих таласа“, каже теоретичар Нараиан.
Зашто астрономи брину о спину?
"У астрономији, црна рупа је у потпуности описана са само два броја која одређују њену масу и колико се брзо врти", каже МцЦлинтоцк. "Ми не знамо ништа друго тако једноставно, осим за фундаменталну честицу попут електрона или кварка."
Иако су астрономи били успешни у мерењу масе црне рупе, сматрали су да је много теже измерити други основни параметар црне рупе, њено спиновање.
„Заправо до ове године није постојала веродостојна процена заокрета ни за једну црну рупу“, каже Нараиан.
Гравитација црне рупе толико је јака да, док се црна рупа врти, вуче околни простор дуж себе. Руб ове рупе који се врти назива се хоризонт догађаја. Сваки материјал који прелази хоризонт догађаја увучен је у црну рупу.
"Фреквенција центрифуге црне рупе коју смо мерили је брзина којом се простор-време врти или се повлачи тачно на хоризонту догађаја црне рупе", каже Нараиан.
Црна рупа велике брзине, ГРС 1915, најмасовнија је од 20 рендгенских бинарних црних рупа по којима су масе познате, а тежине су око 14 пута више од Сунца. Познато је по јединственим својствима као што су избацивање млазних материја готово брзином светлости и брзе варијације у његовом зрачењу.
Током посљедњих неколико деценија откривене су десетине црних рупа у рендгенским бинарним системима. Бинарни снимак рендгенских зрака је систем у којем два предмета круже око себе, а гас из једне - нормалне звезде попут Сунца - непрестано се преноси у другу - у овом случају црну рупу. Плин се спира на црну рупу процесом који се назива прираст. Док се спиралише, загрева се на милионе степени и зрачи рендгенским зрацима. Тим је користио рендгенски спектар наградног диска црне рупе да би утврдио његово спиновање.
Техника је заснована на кључном предвиђању теорије релативности: гас који се лучи на црну рупу зрачи само до одређеног радијуса који лежи изван црне рупе - изван њеног хоризонта догађаја. Унутар овог радијуса гас пребрзо пада у рупу да би произвео пуно зрачења. Критични радијус зависи од окретања црне рупе, па мерење тог полупречника даје директну процену центрифуге. Мањи је радијус, топлије су Кс-зраке које емитују из диска. Температура рендгенских зрака у комбинацији са светлошћу рендгенског зрачења даје радијус који заузврат даје брзину центрифуге црне рупе.
„Стварно је цоол моћи измерити нешто што је ово основно“, каже Ребецца Схафее, студентица постдипломске студије на одељењу за физику на Харвард универзитету. „Наша метода је веома једноставна у концепту и лако је разумети. Заиста имамо среће да у свемиру и телескопима на Земљи имамо моћне рендгенске опсерваторију, попут Россијевог Кс-раи истраживача времена, за обављање мерења која су нам потребна. "
Резултати тима могу да помогну претраживању узрока експлозија гама зрака, који би могли бити, на тренутак, најсјајнији блиц у свемиру. Теоретски астрофизичар Стан Воослеи са Калифорнијског Универзитета у Санта Црузу моделирао је гама-ралице заснован на паду масивне звезде. Ови модели, међутим, зависе од постојања црних рупа са врло високим центрифугирањем, које до сада никада нису потврђене.
„Ово је изузетно важно“, каже Воослеи. "Нисам имао појма да се таква мерења могу извршити."
У раду је закључено да су ГРС 1915 и остале две црне рупе које је проучавао тим рођени са својим високим спиновима. Односно, рушевина језгра оригиналне масивне звезде излила је свој угаони замах доле у црну рупу.
"Откад је заједница прије много година смислила како измјерити масу црних рупа, мјерење центрифуге је био свети грал на овом пољу", каже МцЦлинтоцк. „Техника коју смо користили на ГРС 1915 може се применити на бројне друге рендгенске снимке са црном рупом. Једва чекамо да видимо шта пронађемо! '"
„Једна од наших нада је да ће системе црне рупе које проучавамо проучавати и друге групе користећи своје омиљене методе мерења спина“, каже Нараиан. "Једном када се ове друге методе даље развијају и постану поузданије, унакрсна поређење резултата различитих метода биће најзанимљивије."
Изворни извор: ЦфА Невс Релеасе
