Priame meranie rotácie čiernej diery RX J1131-1231
Marcel Škreka - 2014-03-13

Na zloženej snímke z ďalekohľadov HST a Chandra sú viditeľné viacnásobné obrazy vzdialeného kvazaru spôsobené gravitačnou šošovkou. Dáta z Chandry a XMM-Newton boli použité k priamemu meraniu spinu (rotácie) superhmotnej čiernej diery nachádzajúcej sa v strede kvazaru. Je to najvzdialenejšia čierna diera, u ktorej boli takéto merania vykonané.


rxj1131b.jpg


Zložená röntgenová a optická snímka kvazaru RX J1131-1231. Obrazy kvazaru vytvorené gravitačnou šošovkou sú zobrazené ružovou farbou (Chandra). Eliptická galaxia v strede obrázku spolu s inými galaxiami je zobrazená červenou, zelenou a modrou farbou (HST). Kredit: X-ray: NASA/CXC/Univ of Michigan/R.C.Reis et al; Optical: NASA/STScI


Gravitačná šošovka, ktorou je v tomto prípade eliptická galaxia, vytvorila 4 rôzne obrazy kvazaru. Tento efekt prvý krát predpovedaný A. Einsteinom ponúka jedinečnú možnosť, ako skúmať oblasti blízko čiernej diery vo vzdialených kvazaroch. Funguje ako prírodný ďalekohľad zvyšujúci jasnosť objektu v pozadí.

Kvazar označený RX J1131-1231 je vzdialený približne 6 miliárd ly. Pomocou gravitačnej šošovky bolo získané vysokokvalitné röntgenové spektrum, t.j. množstvo röntgenového žiarenia pri rôznych energiách.

Čierne diery sú obklopené rýchlo rotujúcim akrečným diskom zloženým z plynu a prachu, ktorý okolo seba vytvára na niekoľko miliónov Kelvinov zohriaty plazmový oblak - korónu. Röntgenové žiarenie vzniká, keď sa röntgenové lúče z koróny odrážajú od vnútorného okraja akrečného disku. Röntgenové spektrum je ovplyvnené silným gravitačným poľom čiernej diery, pričom najväčšie zmeny v spektre sa prejavujú najbližšie pri čiernej diere.

Vedci zistili, že röntgenové žiarenie prichádza z oblasti v disku ležiacej vo vzdialenosti zodpovedajúcej len trojnásobku polomeru horizontu udalostí čiernej diery (oblasti, z ktorej už z čiernej diery neunikne ani svetlo). Z toho vyplýva, že čierna diera musí rotovať extrémne rýchlo, keďže disk dokáže "prežiť" v tak malej vzdialenosti od horizontu udalostí.

Toto zistenie je podstatné, lebo čierne diery sú charakterizované len dvoma vlastnosťami: hmotnosťou a spinom. Kým astronómovia vedia merať hmotnosť čiernych dier už dávnejšie, zisťovanie ich spinu je omnoho komplikovanejšie.

Merania spinu poskytujú vedcom dôležité informácie o tom, ako v priebehu času rastie hmotnosť čiernych dier. Ak ich hmotnosť narastá hlavne pri zrážkach (zlučovaní) galaxií, nabaľujú hmotu z časovo stabilných diskov a stálym prísunom materiálu z disku vznikajú rýchlo rotujúce čierne diery. Ak ich hmotnosť narastá prostredníctvom mnohých menších udalostí, pri každej môže prebiehať nabaľovanie hmoty z iného smeru, preto takéto čierne diery rotujú omnoho pomalšie.

Objav, že čierna diera v RX J1131-1231 rotuje rýchlosťou prekračujúcou polovicu rýchlosti svetla naznačuje, že hmotnosť tejto čiernej diery narastala prostredníctvom zrážok galaxií.