Røntgenstråler får øje på sorte huller, der snurrer hen over det kosmiske hav

Som hvirvler i havet, spindende sorte huller i rummet skaber en hvirvlende strøm omkring dem. Imidlertid, sorte huller skaber ikke hvirvler af vind eller vand. Hellere, de genererer skiver af gas og støv opvarmet til hundredvis af millioner af grader, som lyser i røntgenlys.

Ved at bruge data fra NASAs Chandra X-ray Observatory og tilfældige justeringer på tværs af milliarder af lysår, astronomer har indsat en ny teknik til at måle spin af fem supermassive sorte huller. Stoffet i en af ​​disse kosmiske hvirvler hvirvler rundt om dets sorte hul med mere end omkring 70 % af lysets hastighed.

Astronomerne udnyttede et naturligt fænomen kaldet en gravitationslinse. Med den helt rigtige justering, rumtidens bøjning af et massivt objekt, såsom en stor galakse, kan forstørre og producere flere billeder af et fjernt objekt, som forudsagt af Einstein.

I denne seneste forskning, astronomer brugte Chandra og gravitationslinser til at studere seks kvasarer, hver bestående af et supermassivt sort hul, der hurtigt forbruger stof fra en omgivende tilvækstskive. Gravitationslinser af lyset fra hver af disse kvasarer af en mellemliggende galakse har skabt flere billeder af hver kvasar, som vist af disse Chandra-billeder af fire af målene. Chandras skarpe billeddannelsesevne er nødvendig for at adskille de multiple, linsebilleder af hver kvasar.

Det vigtigste fremskridt gjort af forskere i denne undersøgelse var, at de udnyttede "mikrolensing, "hvor individuelle stjerner i den mellemliggende, linsegalaksen gav yderligere forstørrelse af lyset fra kvasaren. En højere forstørrelse betyder, at et mindre område producerer røntgenstrålingen.

Forskerne brugte så den egenskab, at et spindende sort hul trækker rummet rundt med sig og tillader stof at kredse tættere på det sorte hul, end det er muligt for et ikke-snurrende sort hul. Derfor, et mindre emitterende område svarende til en snæver bane indebærer generelt et hurtigere roterende sort hul. Forfatterne konkluderede ud fra deres mikrolinseanalyse, at røntgenstrålerne kommer fra så lille et område, at de sorte huller må dreje hurtigt.

Resultaterne viste, at et af de sorte huller, i den linsede kvasar kaldet "Einstein-korset, "snurrer på, eller næsten kl. den maksimalt mulige sats. Dette svarer til begivenhedshorisonten, det sorte huls point of no return, spinder med lysets hastighed, hvilket er omkring 670 millioner miles i timen. Fire andre sorte huller i prøven spinder, gennemsnitlig, til omkring halvdelen af ​​denne maksimale sats. (Den 6. muliggjorde ikke et estimat af spin.)

For Einstein-korset er røntgenstrålingen fra en del af disken, der er mindre end omkring 2,5 gange størrelsen af ​​begivenhedshorisonten, og for de øvrige 4 kvasarer kommer røntgenstrålerne fra et område, der er fire til fem gange større end begivenhedshorisonten.

Hvordan kan disse sorte huller spinde så hurtigt? Forskerne mener, at disse supermassive sorte huller sandsynligvis voksede ved at akkumulere det meste af deres materiale over milliarder af år fra en tilvækstskive, der drejede med en lignende orientering og rotationsretning, snarere end fra tilfældige retninger. Som en karusell, der bliver ved med at blive skubbet i samme retning, de sorte huller blev ved med at tage fart.

Røntgenstrålerne opdaget af Chandra produceres, når tilvækstskiven, der omgiver det sorte hul, skaber en multimillion-graders sky, eller corona, over disken nær det sorte hul. Røntgenstråler fra denne korona reflekteres fra den indvendige kant af accretion disken, og de stærke gravitationskræfter nær det sorte hul forvrænger det reflekterede røntgenspektrum, det er, mængden af ​​røntgenstråler, der ses ved forskellige energier. De store forvrængninger, der ses i røntgenspektrene fra de undersøgte kvasarer, indebærer, at den indvendige kant af skiven skal være tæt på de sorte huller, hvilket giver yderligere bevis på, at de skal snurre hurtigt.

Kvasarerne er placeret i afstande fra 8,8 milliarder til 10,9 milliarder lysår fra Jorden, og de sorte huller har masser mellem 160 og 500 millioner gange solens. Disse observationer var de længste nogensinde lavet med Chandra af gravitationslinsede kvasarer, med samlede eksponeringstider på mellem 1,7 og 5,4 dage.