Czasami astronomom udaje się uchwycić wydarzenie, które pozwala im obserwować, jak ewoluują właściwości jednych z najmasywniejszych obiektów we wszechświecie. Tak było w lutym 2020 roku, gdy międzynarodowy zespół astronomów pod przewodnictwem Dheeraja (DJ) Pashama z MIT odkrył wydarzenie, które pomogło po raz pierwszy śledzić prędkość obrotu supermasywnej czarnej dziury.
Dr Pasham odkrył AT2020ocn, jasny błysk zarejestrowany przez Zwicky Transient Facility w Obserwatorium Palomar. Pomyślał, że może to być zdarzenie rozbicia gwiazdy przez czarną dziurę (TDE). W tych ekstremalnych wydarzeniach czarna dziura rozrywa gwiazdę na strzępy. Część pozostałości gwiazdy jest wyrzucana, ale część wpada do dysku akrecyjnego. Sposób, w jaki te pozostałości wpadają, może pomóc zrozumieć, jak szybko obraca się czarna dziura.
Proces akrecji w tym dysku można przypisać kosmologicznej teorii precesji Lense’a-Thirringa, która pokazuje, jak czasoprzestrzeń jest zakrzywiana przez potężne pola grawitacyjne, takie jak te wokół czarnych dziur. Teoria Lense’a-Thirringa przewiduje, że dysk akrecyjny utworzony po zdarzeniu TDE będzie „chwiał się” przez pewien czas, zanim ustabilizuje się w bardziej standardowy wzór orbitowania materii wokół czarnej dziury. Kluczowe jest uchwycenie zdarzenia TDE w bardzo wczesnym etapie i obserwowanie tego „chwiania się” przez jak najdłuższy okres.
Odkrycie AT2020ocn było dopiero pierwszym krokiem – autorzy musieli go monitorować przez miesiące. W tym celu zwerbowali teleskop rentgenowski NICER, zamontowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). NICER obserwował galaktykę zawierającą AT2020ocn przez 200 dni po jasnym błysku zarejestrowanym przez Zwicky.
Zaczęli dostrzegać wzorzec. Co 15 dni ilość promieniowania rentgenowskiego emitowanego wokół czarnej dziury gwałtownie wzrastała, co wskazywało na potencjalne „chwianie się”, którego szukali. Wprowadzając tę częstotliwość do równań teorii Lense’a-Thirringa oraz szacunków masy gwiazdy i czarnej dziury, ustalili, że czarna dziura obraca się z prędkością 25% prędkości światła, co jest stosunkowo wolne jak na czarną dziurę.
Prędkość obrotowa czarnej dziury może wzrastać lub maleć w zależności od jej otoczenia. Gdy absorbuje więcej materii z dysku akrecyjnego, jej prędkość obrotowa rośnie. Z drugiej strony, jeśli zderza się z inną czarną dziurą, prędkość obrotowa może maleć, ponieważ obroty obu czarnych dziur mogą być przeciwne. To wydaje się być przypadek czarnej dziury, która spowodowała zdarzenie AT2020ocn, biorąc pod uwagę jej stosunkowo wolną prędkość w porównaniu do innych czarnych dziur.
Odkrycia tego badania zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Nature. Mogą one również położyć podwaliny pod obliczanie rotacji innych supermasywnych czarnych dziur w galaktyce. Dr Pasham uważa, że astronomowie mogliby obliczyć rotacje setek czarnych dziur, otwierając nowe perspektywy dotyczące ich formowania i cyklu życia.
Aby to osiągnąć, będą jednak potrzebować sporo szczęścia. Zdarzenia TDE są stosunkowo rzadkie, a nawet gdy się zdarzają, istnieją oczywiste ograniczenia zasobów na czas teleskopu. Obserwatorium Vera Rubin może pomóc, ponieważ będzie monitorować duże fragmenty nieba, ale jego uruchomienie planowane jest na połowę przyszłego roku. Do tego czasu ci, którzy są zainteresowani śledzeniem rotacji czarnych dziur, mogą polegać na szczęśliwych przypadkach, aby znaleźć rzadkie zdarzenie i mieć czas na jego monitorowanie.
Źródło: Universe Today
