Astronomen van de Moscow State University hebben een nieuwe manier voorgesteld om de massa van superzware zwarte gaten buiten ons melkwegstelsel te schatten.
Zwarte gaten zijn kosmische lichamen waarin de aantrekkingskracht zo groot is dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen. Hun bestaan volgt uit de moderne zwaartekrachttheorie - de algemene relativiteitstheorie, waarvan de grondlegger Albert Einstein was.
Ondanks het feit dat de aanwezigheid van zwarte gaten in de natuur niet rigoureus is bewezen, hebben astronomen redenen om aan te nemen dat dergelijke objecten wel degelijk bestaan. Ze hebben bijvoorbeeld herhaaldelijk verschijnselen waargenomen die gepaard gingen met een enorme hoeveelheid energie die alleen kan worden verklaard door de interactie van enorme zwarte gaten met de omringende materie die erop valt. In dit geval ontstaat door wrijving en verhitting van de stof straling, die het mogelijk maakt om indirect een zwart gat te "zien".
Als er geen aangroei is - de val van materie op een kosmisch lichaam vanwege zijn aantrekkingskracht - dan is het buitengewoon moeilijk om te leren over het bestaan van een zwart gat. Onderzoekers van het Sternberg Astronomical Institute van de Moscow State University onder leiding van Elena Seifina raakten geïnteresseerd in dergelijke "slapende" superzware zwarte gaten buiten ons melkwegstelsel en stelden een methode voor om hun massa te schatten, zelfs als ze zich nauwelijks manifesteren. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics.
Het begon allemaal toen astronomen verschillende fakkels opmerkten van extragalactische bronnen. Een van hen, Swift J1644 + 57, werd in 2011 waargenomen door verschillende ruimteobservatoria (RXTE, Swift en Suzaku) in het röntgen- en gammabereik.
Aanvankelijk dachten de onderzoekers dat ze een gammastraaluitbarsting zagen, die al is waargenomen in verre sterrenstelsels. Gewoonlijk verdwijnt de emissie van dergelijke fakkels echter na een dag of twee, terwijl in dit geval na twee dagen de uitbarsting nog helderder werd. In totaal werd de uitbraak twee jaar lang waargenomen, waarna deze uitkwam.
Astronomen begonnen te vermoeden dat ze een ineenstorting van een ster waarnamen van een ster die op korte afstand van een superzwaar zwart gat vloog (binnen drie zwaartekrachtstralen). De ster stort in vanwege het feit dat de zwaartekrachten aanzienlijk verschillen aan de kant van de ster dichtbij en ver weg van het zwarte gat. Tegelijkertijd valt zijn materie niet onmiddellijk op het gat, maar vormt het een tijdelijke aanwasschijf, die helder begint te gloeien, zoals te zien is op aarde.
Eerder observeerde Elena Seifina soortgelijke fakkels met bekende objecten die als zwarte gaten worden beschouwd, zowel binnen als buiten ons melkwegstelsel, en ontdekte hoe de helling van het röntgenspectrum (de grafiek van de afhankelijkheid van stralingsintensiteit en frequentie) verandert tijdens de toename van de helderheid.
Promotie video:
Ze identificeerde kenmerken in het spectrum die duidelijk de aanwezigheid van zwarte gaten aangaven. Astronomen suggereerden dat als de vormen van de spectra van vergelijkbare fakkels vergelijkbaar zijn, de processen die daarin plaatsvinden ook vergelijkbaar zijn. Daarom worden ze ook veroorzaakt door het uit elkaar scheuren van sterren door zwarte gaten. Hierdoor kunnen nieuwe objecten worden ontdekt - kandidaten voor zwarte gaten.
Astronomen bepalen de massa's van reeds waargenomen zwarte gaten door de maximale helderheid te beoordelen van accretieschijven die om hen heen worden gevormd door vallende materie, ervan uitgaande dat er in de schijf een evenwicht is bereikt tussen de druk van elektromagnetische straling en de zwaartekracht.
Door de sporen (de afhankelijkheid van de spectrale helling van de accretiesnelheid) van bekende objecten te vergelijken met de sporen die zijn verkregen voor nieuwe extragalactische fakkels, konden de onderzoekers onzichtbare zwarte gaten "wegen". De nieuwe methode om slapende extragalactische zwarte gaten te "wegen", maakt het mogelijk gegevens te gebruiken van bekende galactische objecten, zoals bijvoorbeeld het bekende object Cygnus X-1 met een zwart gat in het midden, dat al lang door astronomen is bestudeerd. Berekeningen hebben aangetoond dat Swift J1644 + 57 bij de uitbraak inderdaad wordt geassocieerd met een superzwaar zwart gat met een massa van 7 × 106 zonsmassa's.
Als eerdere waarnemingen in het ultraviolet werden gebruikt om de massa zwarte gaten te schatten, dan kunnen we met de nieuwe methode ons beperken tot het röntgenbereik.
Astronomen hopen dat de veelzijdigheid van de nieuwe methode zal helpen bij het beoordelen van de vele massa's van verschillende extragalactische objecten, zoals de kernen van Seyfert-sterrenstelsels en andere, wanneer traditionele methoden fundamenteel niet werken.
Gebaseerd op materiaal van de persdienst van de Moscow State University
Auteur: Alexey Ponyatov