science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De spin van het superzware zwarte gat in de Melkweg

Een schematische weergave van de bewegingen van sterren rond het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg. De sterren liggen in een vlak aan de rand, en astronomen hebben deze beperking gebruikt om af te leiden dat de spin van het zwarte gat kleiner moet zijn dan ongeveer 0,1. Krediet:Barker, Patterson, &Spive; U. Ill. NCSA laboratorium voor geavanceerde visualisatie

Zodra zich een zwart gat vormt, zijn intense zwaartekrachtsveld produceert een oppervlak waarachter zelfs licht niet kan ontsnappen, en het lijkt zwart voor buitenstaanders. Alle details van de complexe mix van materie en energie in het verleden zijn verloren gegaan, waardoor het zo eenvoudig is dat het volledig kan worden beschreven door slechts drie parameters:massa, draaien, en elektrische lading. Astronomen kunnen de massa's van zwarte gaten relatief eenvoudig meten door te kijken hoe materie in hun omgeving (inclusief andere zwarte gaten) beweegt onder invloed van hun zwaartekrachtvelden.

Men denkt dat de ladingen van zwarte gaten onbeduidend zijn wanneer positieve en negatieve invallende ladingen in aantal in evenwicht zijn. De spins van zwarte gaten zijn moeilijk te bepalen; meestal worden ze bepaald door de röntgenstraling van de hete binnenrand van de accretieschijf rond het zwarte gat te interpreteren. De spin wordt gekwantificeerd door een getal tussen nul en één, en spins van zwarte gaten zijn gemeten met resultaten variërend van enkele tienden tot bijna die ene.

Het Melkwegstelsel herbergt een superzwaar zwart gat (SMBH) in het centrum, Boogschutter A*, met ongeveer vier miljoen zonnemassa's. Op een afstand van ongeveer zevenentwintigduizend lichtjaar, het is verreweg het dichtstbijzijnde object voor ons, en hoewel het lang niet zo actief of lichtgevend is als andere superzware galactische kernen, zijn relatieve nabijheid biedt astronomen een unieke kans om te onderzoeken wat er dichtbij de "rand" van een massief zwart gat gebeurt. Het Galactische Centrum SMBH is omgeven door een cluster van sterren en groepjes zwak gloeiend materiaal, en in de afgelopen jaren hebben astronomen tests van de algemene relativiteitstheorie naar nieuwe limieten kunnen duwen door de bewegingen van deze klonten te meten en te modelleren terwijl ze rond de SMBH slingeren. De spin van het zwarte gat, echter, niet op een consistente manier is vastgesteld, maar de waarde ervan zou modellen van mogelijke straalactiviteit helpen beperken.

CfA-astronomen Giacomo Fragione en Avi Loeb realiseerden zich dat de ruimtelijke verdeling van één groep clusterobjecten, de zogenaamde S-sterren, kan worden gebruikt om de spin te onderzoeken. Er zijn momenteel ongeveer veertig bekende S-sterren die in slechts 9,9 jaar rond de SMBH cirkelen, en recente analyses beweren dat ze samen in twee bijna edge-on schijven liggen, waarbij de sterren in elke schijf rond het zwarte gat draaien, maar in tegengestelde richtingen. De twee astronomen realiseerden zich dat deze ongebruikelijke geometrie een geschatte meting van de spin mogelijk zou maken. Een van de meer merkwaardige en niet-intuïtieve voorspellingen van relativiteit is dat de ruimte niet alleen wordt vervormd door de zwaartekracht van een massief lichaam, het wordt ook kromgetrokken (zij het in mindere mate) door het draaien van een lichaam. Dit is het zogenaamde "frame dragging-effect, " een klein en moeilijk te meten fenomeen (dat, echter, bevestigd). De twee astronomen laten zien dat in het geval van SgrA*, frame slepen zal een merkbaar effect hebben op de banen van de S-sterren in deze schijven. Door aan te nemen dat de baanvlakken van de S-sterren stabiel zijn in de tijd, ze kunnen aantonen dat de spin van de SMBH in de Melkweg kleiner moet zijn dan ongeveer 0,1.