Naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali, jak materia wpada do czarnej dziury, co potwierdza przewidywania Einsteina dotyczące grawitacji. Według teorii Einsteina, istnieje punkt, w którym materia przestaje krążyć wokół czarnej dziury i wpada prosto w nią, przekraczając punkt bez powrotu.

Dzięki danym rentgenowskim z aktywnej czarnej dziury, udało się w końcu potwierdzić istnienie tej „strefy wpadania”. Andrew Mummery, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Oksfordzkiego, porównał to zjawisko do rzeki zmieniającej się w wodospad. Dotychczas naukowcy obserwowali tylko rzekę, teraz po raz pierwszy zobaczyli wodospad.

Materia zbliżająca się do czarnej dziury nie porusza się po linii prostej. Krąży, spiralnie niczym woda w wirze. Ta analogia jest tak trafna, że naukowcy używają wirów wodnych do badania środowisk wokół czarnych dziur. Badanie samych czarnych dziur jest trudne, ponieważ zakrzywienie czasoprzestrzeni wokół nich jest ekstremalne.

Jednak teoretyczna praca Einsteina przewidywała, że w pewnej odległości od czarnej dziury materia nie będzie już mogła krążyć w stabilnej orbicie i zacznie wpadać prosto do środka, jak woda przez krawędź odpływu.

Mummery i jego zespół opracowali symulacje numeryczne i modele przedstawiające strefę wpadania, aby określić, jakie światło emituje. Następnie potrzebowali dowodów obserwacyjnych zawierających tę emisję. Czarna dziura, którą badali, znajduje się w systemie około 10 tysięcy lat świetlnych od nas, zwanym MAXI J1820+070. W tym systemie czarna dziura, o masie około 8,5 razy większej od Słońca, pobiera materię od gwiazdy towarzyszącej, co objawia się jako migotanie rentgenowskie.

Astronomowie od lat obserwują tę czarną dziurę, aby lepiej zrozumieć jej zachowanie. Badacze mieli dostęp do wysokiej jakości danych uzyskanych za pomocą instrumentów rentgenowskich NuSTAR i NICER na niskiej orbicie okołoziemskiej. Skupili się szczególnie na wybuchu z 2018 roku, w którym zaobserwowano dodatkowy blask, który mógł pochodzić z obszaru wewnątrz najbliższej stabilnej orbity kołowej – czyli ze strefy wpadania.

Mummery i jego zespół szczegółowo przeanalizowali ten blask i stwierdzili, że pasuje on do emisji przewidzianej przez ich symulacje. Badanie to ostatecznie potwierdza istnienie strefy wpadania, dając naukowcom nową metodę badania ekstremalnych pól grawitacyjnych w rejonie tuż poza horyzontem zdarzeń czarnej dziury.

Jest to znaczący krok naprzód w badaniach czarnych dziur, pozwalając nam lepiej zrozumieć, jak materia reaguje na grawitację w jej najsilniejszej formie.

Źródło: Science Alert