infos.ro

Căutarea dezvăluie opt noi surse de ecouri ale găurilor negre | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Răspândite în galaxia noastră, Calea Lactee, sunt zeci de milioane de găuri negre – puțuri gravitaționale extrem de puternice ale spațiu-timpului, din care materia care intră, și chiar lumina, nu pot scăpa niciodată. Găurile negre sunt întunecate prin definiție, cu excepția rarelor ocazii când se hrănesc. Pe măsură ce o gaură neagră atrage gaz și praf dintr-o stea care orbitează, ea poate emite explozii spectaculoase de lumină cu raze X care sări și ecou în gazul inspirator, luminând pentru scurt timp împrejurimile extreme ale unei găuri negre.

Acum, astronomii MIT caută fulgerări și ecouri de la sistemele binare de raze X ale găurii negre din apropiere – sisteme cu o stea care orbitează și, uneori, sunt consumate de o gaură neagră. Ei analizează ecourile de la astfel de sisteme pentru a reconstrui apropierea imediată, extremă a unei găuri negre.

Într-un studiu apărut astăzi în Jurnalul de astrofizică, raportează cercetătorii că au folosit un nou instrument de căutare automată, pe care l-au inventat „Mașina de reverberație”, pentru a căuta datele din satelit pentru semne de ecouri ale găurilor negre. În căutarea lor, ei au descoperit opt ​​noi găuri binare cu ecou în galaxia noastră. Anterior, doar două astfel de sisteme din Calea Lactee erau cunoscute pentru a emite ecouri de raze X.

Comparând ecourile între sisteme, echipa a realizat o imagine generală a modului în care o gaură neagră evoluează în timpul unei izbucniri. În toate sistemele, ei au observat că o gaură neagră trece mai întâi printr-o stare „dură”, formând o coroană de fotoni de înaltă energie împreună cu un jet de particule relativiste care este lansat cu aproape viteza luminii. Cercetătorii au descoperit că, la un anumit punct, gaura neagră emite un ultim fulger de înaltă energie, înainte de a trece la o stare „moale”, cu energie scăzută.

Acest fulger final poate fi un semn că corona unei găuri negre, regiunea plasmei de înaltă energie aflată în afara graniței unei găuri negre, se extinde pentru scurt timp, ejectând o explozie finală de particule de înaltă energie înainte de a dispărea complet. Aceste descoperiri ar putea ajuta la explicarea modului în care găurile negre mai mari și supermasive din centrul unei galaxii pot ejecta particule pe scari vaste cosmice pentru a modela formarea unei galaxii.

„Rolul găurilor negre în evoluția galaxiilor este o întrebare excepțională în astrofizica modernă”, spune Erin Kara, profesor asistent de fizică la MIT. „Interesant, aceste găuri negre binare par a fi „mini” găuri negre supermasive și, prin urmare, înțelegând izbucnirile din aceste sisteme mici, din apropiere, putem înțelege cum izbucniri similare din găurile negre supermasive afectează galaxiile în care locuiesc.”

Primul autor al studiului este studentul absolvent al MIT Jingyi Wang; alți coautori includ Matteo Lucchini și Ron Remillard de la MIT, alături de colaboratori de la Caltech și alte instituții.

întârzieri cu raze X

Kara și colegii ei folosesc ecourile cu raze X pentru a cartografi vecinătatea unei găuri negre, la fel cum liliecii folosesc ecourile sonore pentru a naviga în jurul lor. Când un liliac emite un apel, sunetul poate sări de pe un obstacol și poate reveni la liliac ca un ecou. Timpul necesar pentru ca ecoul să revină este relativ la distanța dintre liliac și obstacol, oferind animalului o hartă mentală a împrejurimilor.

În mod similar, echipa MIT caută să cartografieze imediat vecinătatea unei găuri negre folosind ecouri de raze X. Ecourile reprezintă întârzieri de timp între două tipuri de lumină cu raze X: lumina emisă direct de coroană și lumina din coroană care sare de pe discul de acreție al gazului inspirator și al prafului.

Momentul în care un telescop primește lumină de la coroană, în comparație cu momentul în care primește ecourile de raze X, oferă o estimare a distanței dintre coroană și discul de acreție. Urmărirea modului în care aceste întârzieri se modifică poate dezvălui modul în care corona și discul unei găuri negre evoluează pe măsură ce gaura neagră consumă material stelar.

Evoluția ecoului

În noul lor studiu, echipa a dezvoltat un algoritm de căutare pentru a analiza datele luate de stelei neutroni ale NASA Interior Composition Explorer, sau NICER, un telescop cu raze X de înaltă rezoluție în timp de la bordul Stației Spațiale Internaționale. Algoritmul a identificat 26 de sisteme binare de raze X de găuri negre despre care se știa anterior că emit izbucniri de raze X. Dintre aceste 26, echipa a descoperit că 10 sisteme erau suficient de apropiate și luminoase încât să poată discerne ecourile de raze X în mijlocul izbucnirilor. Opt dintre cele 10 nu erau cunoscute anterior ca emit ecouri.

„Vedem noi semnături de reverberație în opt surse”, spune Wang. „Găurile negre variază în masă de la cinci până la 15 ori masa soarelui și toate sunt în sisteme binare cu stele normale, de masă mică, asemănătoare soarelui.”

Ca un proiect secundar, Kara colaborează cu cercetătorii din educație și muzică ai MIT, Kyle Keane și Ian Condry, pentru a converti emisia dintr-un ecou tipic de raze X în unde sonore audibile. Ascultă sunetul unei găuri negre aici:

Cercetătorii au rulat apoi algoritmul pe cele 10 găuri binare de găuri negre și au împărțit datele în grupuri cu „trăsături de sincronizare spectrală” similare, adică întârzieri similare între razele X de înaltă energie și ecourile reprocesate. Acest lucru a ajutat la urmărirea rapidă a schimbării ecourilor de raze X în fiecare etapă în timpul izbucnirii unei găuri negre.

Echipa a identificat o evoluție comună în toate sistemele. În starea inițială „dură”, în care o coroană și un jet de particule de înaltă energie domină energia găurii negre, ei au detectat decalaje de timp scurte și rapide, de ordinul milisecundelor. Această stare grea durează câteva săptămâni. Apoi, are loc o tranziție pe parcursul mai multor zile, în care corona și jetul pulverizează și se sting, iar o stare moale preia controlul, dominată de razele X cu energie mai mică de pe discul de acreție al găurii negre.

În timpul acestei stări de tranziție greu la moale, echipa a descoperit că decalajele de timp au crescut momentan mai mult în toate cele 10 sisteme, ceea ce implică și distanța dintre coroană și disc a crescut. O explicație este că corona se poate extinde pentru scurt timp în exterior și în sus, într-o ultimă explozie de energie înaltă înainte ca gaura neagră să termine cea mai mare parte a mesei sale stelare și să tacă.

„Suntem la început în a putea folosi aceste ecouri luminoase pentru a reconstrui mediile cele mai apropiate de gaura neagră”, spune Kara. „Acum am arătat că aceste ecouri sunt observate în mod obișnuit și suntem capabili să sondam conexiunile dintre discul, jetul și coroana unei găuri negre într-un mod nou.”

Această cercetare a fost susținută, parțial, de NASA.

Sursa articol

You might also like