• Nová štúdia môže pomôcť vyriešiť otázku, ako rýchlo mliečna dráhaobrovský Čierna diera Točí sa.
• Čierna diera, známa ako Sagittarius A* (Sgr A*), má hmotnosť približne 4 milióny krát väčšiu ako Slnko.
• Použite NASANSF Chandra X-ray Observatory a NSF Very Large Array táto štúdia zistila, že Sgr A* rotuje veľmi rýchlo.
• Táto vysoká rotácia deformuje časopriestor okolo Sagittarius A*, takže sa zdá, že má tvar amerického futbalu.

Ilustrácia tohto umelca zobrazuje výsledky novej štúdie supermasívnej čiernej diery v strede našej galaxie s názvom Sagittarius A* (skrátene Sgr A*). Toto zistenie zistilo, že Sagittarius A* sa otáča tak rýchlo, že skresľuje časopriestor – teda čas a tri dimenzie priestoru – takže môže vyzerať skôr ako futbalová lopta.

Tieto výsledky boli získané pomocou röntgenového observatória Chandra NASA a NSF Karl J. Jansky Very Large Array (VLA). Tím výskumníkov použil novú metódu X-ray A rádiové údaje na určenie, ako rýchlo sa Sgr A* otáča na základe toho, ako materiál prúdi smerom k čiernej diere a od nej. Zistili, že Sagittarius A* rotuje s uhlovou rýchlosťou približne 60 % maximálnej možnej hodnoty a s momentom hybnosti približne 90 % maximálnej možnej hodnoty.

Čierne diery majú dve základné vlastnosti: ich hmotnosť (koľko vážia) a rotáciu (ako rýchlo sa točia). Určenie jednej z týchto hodnôt vedcom veľa povie o každej čiernej diere a o tom, ako sa správa. V minulosti astronómovia urobili niekoľko ďalších odhadov rýchlosti rotácie Sagittarius A* pomocou rôznych techník, pričom výsledky siahali od toho, že sa Sagittarius A* vôbec neotáča, až po to, že rotuje takmer maximálnou rýchlosťou.

Nová štúdia naznačuje, že Sagittarius A* sa v skutočnosti otáča veľmi rýchlo a stláča priestoročas, ktorý ho obklopuje. Obrázok ukazuje prierez oblúka A* a materiálu, ktorý okolo neho obieha v disku. Čierna guľa v strede predstavuje takzvaný horizont udalostí čiernej diery, bod bez návratu, z ktorého nemôže uniknúť nič, dokonca ani svetlo.

Pri pohľade na rotujúcu čiernu dieru zboku, ako je znázornené na tomto obrázku, priestoročas, ktorý ju obklopuje, má tvar futbalovej lopty. Čím vyššia je rýchlosť otáčania, tým plochejšia je futbalová lopta.

Žlto-oranžový materiál na oboch stranách predstavuje plyn víriaci okolo Sagittarius A*. Táto hmota sa nevyhnutne rúti do čiernej diery a prekročí horizont udalostí, keď spadne do guľového tvaru. Oblasť vo vnútri futbalového tvaru, ale mimo horizontu udalostí je teda zobrazená ako dutina. Modré bodky znázorňujú prúdy vystreľujúce preč od pólov rotujúcej čiernej diery. Ak sa pozrieme na čiernu dieru zhora, pozdĺž trysky, zistíme, že časopriestor je kruhový.

Chandra röntgenová snímka Sagittarius A* a okolia. Poďakovanie: NASA/CXC/University. Z Wisconsinu / Y. Bai, et al.

Rotácia čiernej diery môže slúžiť ako dôležitý zdroj energie. Supermasívne čierne diery produkujú paralelné prúdové výstupy, keď je extrahovaná ich spinová energia, čo si vyžaduje aspoň nejakú hmotu v blízkosti čiernej diery. Kvôli obmedzenému množstvu paliva v okolí Sagittarius A* bola táto čierna diera za posledných niekoľko tisíc rokov relatívne tichá s relatívne slabými výtryskami. Táto práca však ukazuje, že sa to môže zmeniť, ak sa zvýši množstvo materiálu v blízkosti Sgr A*.

Na určenie rotácie čiernej diery* autori použili experimentálnu techniku ​​označovanú ako „metóda odtoku“, ktorá podrobne popisuje vzťah medzi rotáciou čiernej diery a jej hmotnosťou, vlastnosťami hmoty v blízkosti čiernej diery a vlastnosťami odtok. Paralelný tok smerom von vytvára rádiové vlny, zatiaľ čo disk plynu obklopujúci čiernu dieru je zodpovedný za vyžarovanie röntgenových lúčov. Pomocou tejto metódy výskumníci skombinovali údaje z Chandra a VLA s nezávislými odhadmi hmotnosti čiernej diery z iných ďalekohľadov, aby obmedzili rotáciu čiernej diery.

Článok popisujúci tieto zistenia pod vedením Ruth Dalyovej (Pennsylvánska štátna univerzita) bol publikovaný v januárovom čísle časopisu 2024. Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti.

Odkaz: „Nové hodnoty rotácie čiernej diery pre Sagittarius A* získané pomocou metódy odtoku“ od Ruth A Daly, Megan Donahue, Christophera P O'Dea, Binyho Sebastiana, Daryla Haggarda a Anana Lu, 21. októbra 2023, Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti.
doi: 10.1093/mnras/stad3228

Ďalšími autormi sú Penny Sebastian (University of Manitoba, Kanada), Megan Donahue (Michigan State University), Christopher O'Dea (University of Manitoba), Darrell Haggard (McGill University) a Anan Lu (McGill University).

Marshall Space Flight Center NASA riadi program Chandra. Röntgenové centrum Chandra Smithsonian Astrophysical Observatory riadi vedecké operácie z Cambridge v štáte Massachusetts a letové operácie z Burlingtonu v štáte Massachusetts.