Jak wynika z nowych badań supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej wiruje tak szybko, że zakrzywia otaczającą ją czasoprzestrzeń w kształt przypominający futbolówkę.
Astronomowie nazywają tę olbrzymią czarną dziurę Sagittarius A* (Sgr A*), która znajduje się około 26 000 lat świetlnych od Ziemi w centrum naszej Galaktyki.
Czarne dziury mają dwie podstawowe właściwości: masę (ile ważą) i spin (jak szybko się obracają). Określenie jednej z tych dwóch wartości mówi naukowcom wiele o każdej czarnej dziurze i jej zachowaniu.
Zespół naukowców opracował nową metodę wykorzystującą dane rentgenowskie i radiowe do określenia prędkości obrotowej Sgr A*. Odkryli, że ta supermasywna czarna dziura wiruje z prędkością kątową wynoszącą około 60% maksymalnej możliwej wartości. Jest to limit wyznaczony przez materiał, który nie jest w stanie podróżować szybciej niż prędkość światła. Metoda ta opiera się na analizie przepływu materii w kierunku i od czarnej dziury.
W przeszłości różni astronomowie dokonali kilku innych oszacowań prędkości rotacji Sgr A* przy użyciu różnych technik, z wynikami wahającymi się od takiego, że Sgr A* nie obracającej się w ogóle do obracającej się z niemal maksymalną prędkością.
Nasza praca może pomóc rozstrzygnąć kwestię tego, jak szybko wiruje supermasywna czarna dziura naszej Galaktyki – powiedziała Ruth Daly z Penn State University, która jest główną autorką nowego badania. Nasze wyniki wskazują, że Sgr A* wiruje bardzo szybko, co jest interesujące i ma daleko idące implikacje.
Wirująca czarna dziura ciągnie za sobą czasoprzestrzeń oraz pobliską materię. Czasoprzestrzeń wokół wirującej czarnej dziury jest również ściskana. Patrząc na czarną dziurę z góry, wzdłuż cylindra wytwarzanego przez nią strumienia, czasoprzestrzeń ma kształt koła. Patrząc na wirującą czarną dziurę z boku, czasoprzestrzeń ma kształt futbolówki. Im szybszy obrót, tym bardziej płaski kształt piłki.
Spin czarnej dziury może stanowić istotne źródło energii. Wirujące supermasywne czarne dziury mogą generować wąskie strumienie materii, nazywane skolimowanymi wypływami, gdy energia spinowa jest pobierana. Proces ten wymaga obecności pewnej ilości materii w otoczeniu czarnej dziury. Ze względu na ograniczoną ilość paliwa wokół Sgr A*, ta czarna dziura była stosunkowo cicha w ostatnich tysiącleciach, charakteryzując się słabymi strumieniami. Jednakże ta praca sugeruje, że sytuacja może ulec zmianie, jeśli ilość materii w pobliżu Sgr A* się zwiększy.
Oznacza to, że w przyszłości, jeżeli zmienią się właściwości materii i natężenie pola magnetycznego w pobliżu czarnej dziury, część ogromnej energii wirowania czarnej dziury może napędzać silniejsze wypływy. Ta materia źródłowa może pochodzić z gazu lub z pozostałości gwiazdy rozerwanej przez grawitację czarnej dziury, jeżeli gwiazda ta znajduje się zbyt blisko Sgr A*.
Aby określić spin Sgr A*, badacze zastosowali empiryczną metodę znaną jako „metoda wypływu”, która szczegółowo opisuje zależność między spinem czarnej dziury a jej masą, właściwościami materii w jej otoczeniu oraz właściwościami wypływu. Skolimowany wypływ generuje fale radiowe, podczas gdy dysk gazu otaczający czarną dziurę odpowiada za emisję promieniowania rentgenowskiego. Naukowcy skorzystali z tej metody, łącząc dane z teleskopów Chandra i VLA z niezależnymi szacunkami masy czarnej dziury z innych obserwatoriów, aby określić ograniczenia dotyczące spinu czarnej dziury.
Mamy szczególne spojrzenie na Sgr A*, ponieważ jest to najbliższa nam supermasywna czarna dziura – powiedział współautor Anan Lu z McGill University. Chociaż obecnie jest cicha, nasza praca pokazuje, że w przyszłości da niesamowicie potężnego kopa otaczającej ją materii. Może to nastąpić za tysiąc lub milion lat, a może nawet za naszego życia.
Artykuł opisujący te wyniki został opublikowany w numerze Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ze stycznia 2024 roku.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Telescopes Show the Milky Way's Black Hole is Ready for a Kick
- New Black Hole Spin Values for Sagittarius A* Obtained with the Outflow Method
Źródło: Chandra
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca przekrój Sagittariusa A*. Źródło: NASA/CXC/M. Weiss
