science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De spin van een zwart gat meten

Een artistieke impressie van een ronddraaiend zwart gat omgeven door een accretieschijf. Astromers hebben röntgenspectroscopie gebruikt om de spin van een zwart gat met de massa van de zon in de Melkweg te meten. Krediet:ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser

Een zwart gat, althans naar ons huidige begrip, wordt gekenmerkt door het hebben van "geen haar, " dat is, het is zo eenvoudig dat het volledig kan worden beschreven door slechts drie parameters, zijn massa, zijn spin en zijn elektrische lading. Ook al is het misschien gevormd uit een complexe mix van materie en energie, alle andere details gaan verloren wanneer het zwarte gat wordt gevormd. Het krachtige zwaartekrachtveld creëert een omringend oppervlak, een "horizon, " en alles wat die horizon overschrijdt (zelfs licht) kan niet ontsnappen. Vandaar dat de singulariteit zwart lijkt, en alle details over het invallende materiaal gaan ook verloren en verteerd in de drie kenbare parameters.

Astronomen zijn in staat om de massa's van zwarte gaten op een relatief eenvoudige manier te meten:kijken hoe materie in hun omgeving beweegt (inclusief andere zwarte gaten), beïnvloed door het zwaartekrachtveld. Men denkt dat de ladingen van zwarte gaten onbeduidend zijn, aangezien positieve en negatieve invallende ladingen doorgaans in aantal vergelijkbaar zijn. De spins van zwarte gaten zijn moeilijker te bepalen, en beide zijn gebaseerd op het interpreteren van de röntgenstraling van de hete binnenrand van de accretieschijf rond het zwarte gat. Eén methode modelleert de vorm van het röntgencontinuüm, en het vertrouwt op goede schattingen van de massa, afstand, en kijkhoek. De andere modellen het röntgenspectrum, inclusief waargenomen atomaire emissielijnen die vaak worden gezien in reflectie van het hete gas. Het is niet afhankelijk van het kennen van zoveel andere parameters. De twee methoden hebben over het algemeen vergelijkbare resultaten opgeleverd.

CfA-astronoom James Steiner en zijn collega's heranalyseerden zeven sets spectra die waren verkregen door de Rossi X-ray Timing Explorer van een uitbarsting van een stellair zwart gat in ons melkwegstelsel genaamd 4U1543-47. Eerdere pogingen om de spin van het object te schatten met behulp van de continuümmethode resulteerden in meningsverschillen tussen papieren die aanzienlijk groter waren dan de formele onzekerheden (de papieren gingen uit van een massa van 9,4 zonsmassa's en een afstand van 24,7 duizend lichtjaar). Met behulp van zorgvuldige aanpassing van de spectra en bijgewerkte modelleringsalgoritmen, de wetenschappers rapporteren een spin die qua grootte gemiddeld is ten opzichte van de vorige, matig van omvang, en vastgesteld op een betrouwbaarheidsniveau van 90%. Aangezien er tot nu toe slechts enkele tientallen goed bevestigde spins van zwarte gaten zijn gemeten, het nieuwe resultaat is een belangrijke toevoeging.