_ Noua analiză dezvăluie un mic negru gaură care străpunge în mod repetat discul de gaz al unei găuri negre mai mari

În inima unei galaxii îndepărtate, o gaură neagră supermasivă pare să fi avut un caz de sughiț. Astronomii de la MIT, Italia, Republica Cehă și din alte părți au descoperit că o gaură neagră anterior liniștită, care se află în centrul unei galaxii la aproximativ 800 de milioane de ani lumină distanță, a erupt brusc, eliberând penuri de gaz la fiecare 8,5 zile înainte de a se stabili. înapoi la starea sa normală, liniștită.

Sughițurile periodice sunt un comportament nou care nu a fost observat în găurile negre până acum. Oamenii de știință cred că cea mai probabilă explicație pentru izbucniri provine dintr-o a doua gaură neagră, mai mică, care zboară în jurul găurii negre supermasivă centrale și scoate material din discul de gaz al găurii negre mai mari la fiecare 8,5 zile.

„Ne-am gândit că știm multe despre găurile negre, dar asta ne spune acolo. sunt mult mai multe lucruri pe care le pot face”, spune autorul studiului Dheeraj „DJ” Pasham, cercetător la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetare Spațială al MIT. „Credem că vor exista mult mai multe sisteme ca acesta și trebuie doar să luăm mai multe date pentru a le găsi.”

Co-autorii studiului MIT includ postdoc Peter Kosec, student absolvent Megan Masterson, profesor asociat. Erin Kara, cercetător principal Ronald Remillard și fostul cercetător Michael Fausnaugh, împreună cu colaboratori din mai multe instituții, inclusiv Universitatea Tor Vergata din Roma, Institutul Astronomic al Academiei Cehe de Științe și Universitatea Masaryk din Republica Cehă.

Descoperirile echipei au rezultat dintr-o detectare automată de către ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae), o rețea de 20 de telescoape robotizate situate în diferite locații din emisferele nordice și sudice. Telescoapele cercetează automat întregul cer o dată pe zi pentru a găsi semne de supernove și alte fenomene tranzitorii.

În decembrie 2020, sondajul a observat o explozie de lumină într-o galaxie la aproximativ 800 de milioane de ani lumină distanță. Acea parte anume a cerului fusese relativ liniștită și întunecată până la detectarea telescoapelor, când galaxia s-a luminat brusc cu un factor de 1.000.

Pasham, care s-a întâmplat să vadă detectarea raportată într-o alertă comunitară, a ales să se concentreze asupra erupției cu NICER (The Neutron star Interior Composition Explorer), un telescop cu raze X de la bordul Stației Spațiale Internaționale care monitorizează continuu cerul pentru explozii de raze X care ar putea semnala activitatea de la stele neutroni, găuri negre, și alte fenomene gravitaționale extreme. Momentul a fost fortuit, deoarece se apropia de sfârșitul perioadei de un an a lui Pasham, în care avea permisiunea de a îndrepta sau de a „declanșa” telescopul.

„A fost fie să-l folosească, fie să-l piardă, și s-a dovedit a fi cea mai norocoasă pauză a mea”, spune el.

El l-a antrenat mai BUNĂ să observe galaxia îndepărtată în timp ce aceasta continua să fulgeră. Izbucnirea a durat aproximativ patru luni înainte de a se stinge. În acest timp, NICER a efectuat măsurători ale emisiilor de raze X ale galaxiei zilnic, cu cadență ridicată. Când Pasham s-a uitat atent la date, a observat un model curios în timpul erupției de patru luni: scăderi subtile, într-o bandă foarte îngustă de raze X, care păreau să reapară la fiecare 8,5 zile.

Părea că explozia de energie a galaxiei scade periodic la fiecare 8,5 zile. Semnalul este similar cu ceea ce văd astronomii atunci când o planetă care orbitează traversează în fața stelei gazdă, blocând pentru scurt timp lumina stelei. Dar nicio stea nu ar fi capabilă să blocheze o erupție dintr-o întreagă galaxie.

„M-am scărpinat la ce înseamnă asta pentru că acest model nu se potrivește cu nimic din ceea ce știm despre aceste sisteme”, Pasham. își amintește.

În timp ce căuta o explicație pentru căderile periodice, Pasham a dat peste o lucrare recentă a unor fizicieni teoreticieni din Republica Cehă. Teoreticienii au stabilit separat că ar fi posibil, teoretic, ca gaura neagră supermasivă centrală a unei galaxii să găzduiască o a doua gaură neagră, mult mai mică. Acea gaură neagră mai mică ar putea orbita într-un unghi față de discul de acreție al însoțitorului său mai mare.

Așa cum au propus teoreticienii, secundarul ar pătrunde periodic prin discul găurii negre primare pe măsură ce orbitează. În acest proces, ar elibera un val de gaz, ca o albină care zboară printr-un nor de polen. Câmpurile magnetice puternice, la nord și la sud de gaura neagră, ar putea apoi arunca pana în sus și în afara discului.

De fiecare dată când gaura neagră mai mică pătrunde în disc, ejecta un alt penar, într-un model regulat, periodic. Dacă acel penar s-ar întâmpla să îndrepte în direcția unui telescop de observare, ar putea observa penul ca o scădere a energiei totale a galaxiei, blocând pentru scurt timp lumina discului din când în când.

„Am fost super entuziasmat de această teorie și le-am trimis imediat un e-mail pentru a spune: „Cred că observăm exact ceea ce a prezis teoria ta”, spune Pasham.

El și oamenii de știință cehi au făcut echipă pentru a testa ideea, cu simulări. care a încorporat observațiile lui NICER despre izbucnirea inițială și căderile obișnuite de 8,5 zile. Ceea ce au descoperit susține teoria: izbucnirea observată a fost probabil un semnal al unei a doua găuri negre mai mici, care orbitează o gaură neagră supermasivă centrală și care îi perfora periodic discul.

Mai precis, echipa a descoperit că galaxia a fost relativ liniștit înainte de detectarea din decembrie 2020. Echipa estimează că gaura neagră supermasivă centrală a galaxiei este la fel de masivă ca 50 de milioane de sori. Înainte de izbucnire, este posibil ca gaura neagră să fi avut un disc de acreție slab, difuz, care se rotește în jurul ei, deoarece o a doua gaură neagră, mai mică, care măsoară 100 până la 10.000 de mase solare, orbita într-o obscuritate relativă.

The cercetătorii bănuiesc că, în decembrie 2020, un al treilea obiect – probabil o stea din apropiere – s-a apropiat prea mult de sistem și a fost distrus în bucăți de imensa gravitație a găurii negre supermasive – un eveniment pe care astronomii îl cunosc drept „eveniment de perturbare a mareelor”.

Afluxul brusc de material stelar a luminat momentan discul de acreție al găurii negre, în timp ce resturile stelei se învârteau în gaura neagră. Peste patru luni, gaura neagră s-a sărbătorit cu resturile stelare, în timp ce a doua gaură neagră a continuat să orbiteze. Pe măsură ce a străbătut discul, a ejectat un penaj mult mai mare decât ar fi în mod normal, care s-a întâmplat să fie aruncat direct spre scopul lui NICER.

Echipa a efectuat numeroase simulări pentru a testa căderile periodice. Explicația cea mai probabilă, concluzionează ei, este un nou tip de sistem David-și-Goliath - o gaură neagră mică, de masă intermediară, care se învârte în jurul unei găuri negre supermasive.

„Aceasta este o fiară diferită, ", spune Pasham. „Nu se potrivește cu nimic din ceea ce știm despre aceste sisteme. Observăm dovezi ale unor obiecte care trec în și prin disc, în unghiuri diferite, ceea ce provoacă imaginea tradițională a unui simplu disc gazos în jurul găurilor negre. Credem că există o populație imensă de aceste sisteme acolo.”

„Acesta este un exemplu genial de utilizare a resturilor de la o stea perturbată pentru a ilumina interiorul unui nucleu galactic, care altfel ar rămâne întunecat. Este asemănător cu folosirea vopselei fluorescente pentru a găsi o scurgere într-un țeavă", spune Richard Saxton, un astronom cu raze X de la Centrul European de Astronomie Spațială (ESAC) din Madrid, Spania, care nu a fost implicat în studiu.

"Acest rezultat arată că foarte apropiate super- binare masive de găuri negre ar putea fi comune în nucleele galactice, ceea ce este o dezvoltare foarte interesantă pentru viitorii detectoare de unde gravitaționale.”

Această poveste este republicată prin amabilitatea MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre cercetarea, inovarea și predarea MIT.

(Fluierul)