Obližnja radio galaksija M87, koja se nalazi 55 miliona svetlosnih godina od Zemlje i sadrži crnu rupu koja je 6,5 milijardi puta masivnija od Sunca, pokazuje oscilirajući mlaz koji se ljulja gore-dole sa amplitudom od oko 10 stepeni, potvrđujući crnu rupu. zavrteti.
Studiju, koju je vodio kineski istraživač dr Cui Iuzhu i koju je objavio u Nature 27. septembra, sproveo je međunarodni tim koristeći globalnu mrežu radio-teleskopa.
Kroz opsežnu analizu podataka teleskopa od 2000-2022, istraživački tim je otkrio ponavljajući ciklus od 11 godina u precesijskom kretanju baze mlaza, kako je predviđeno Ajnštajnovom opštom teorijom relativnosti. Studija povezuje dinamiku mlaza sa centralnom supermasivnom crnom rupom, nudeći dokaze da se crna rupa M87 okreće.
Supermasivne crne rupe u centru aktivnih galaksija – nebeskih objekata sa najvećim razaranjem u našem univerzumu – mogu da akumuliraju ogromne količine materijala zbog izuzetne gravitacione sile i snage izlivanja plazme, poznatih kao mlaznice, koji se približavaju brzini svetlosti i protežu hiljade svetlosnih godina daleko.
Mehanizam prenosa energije između supermasivnih crnih rupa i njihovih akrecionih diskova i relativističkih mlazova zbunjivao je fizičare i astronome više od jednog veka.
Preovlađujuća teorija sugeriše da se energija može izvući iz rotirajuće crne rupe, omogućavajući da se neki materijal koji okružuje supermasivnu crnu rupu izbaci sa velikom energijom. Međutim, spin supermasivnih crnih rupa, ključni faktor u ovom procesu i najosnovniji parametar osim mase crne rupe, nije direktno primećen.
U ovoj studiji, istraživački tim se fokusirao na M87, gde je prvi posmatrački astrofizički mlaz primećen 1918. Zahvaljujući njegovoj blizini, regioni formiranja mlaza blizu crne rupe mogu se detaljno rešiti pomoću veoma dugačke osnovne interferometrije (VLBI), kao što je predstavljeno nedavnim snimanjem senki crne rupe pomoću Event Horizon Telescope (EHT). Analizom VLBI podataka sa M87 dobijenih u poslednje 23 godine, tim je otkrio periodični precesioni mlaz u njegovoj bazi, nudeći uvid u status centralne crne rupe.
U srcu ovog otkrića leži kritično pitanje: Koja sila u svemiru može da promeni pravac tako snažnog mlaza? Odgovor bi mogao da se krije u ponašanju akrecionog diska, konfiguracije koja se odnosi na centralnu supermasivnu crnu rupu.
Dok materijali koji napadaju kruže oko crne rupe zbog svog ugaonog momenta, oni formiraju strukturu nalik na disk pre nego što se postepeno spiralno kreću ka unutra sve dok ne budu sudbonosno uvučeni u crnu rupu. Međutim, ako se crna rupa okreće, ona vrši značajan uticaj na okolni prostor-vreme, uzrokujući da se obližnji objekti povlače duž njene ose rotacije, što je fenomen poznat kao „povlačenje okvira“, koji je predvideo Ajnštajnova opšta teorija relativnosti.
Opsežna analiza istraživačkog tima ukazuje da je osa rotacije akrecionog diska neusklađena sa osom okretanja crne rupe, što dovodi do precesionog mlaza. Otkrivanje ove precesije pruža nedvosmislen dokaz da se supermasivna crna rupa u M87 zaista okreće, čime se poboljšava naše razumevanje prirode supermasivne crne rupe.
„Oduševljeni smo ovim značajnim otkrićem“, rekao je Cui Iuzhu, postdoktorski istraživač u Zhejiang Lab, istraživačkoj ustanovi u Hangdžouu, i glavni i odgovarajući autor rada. „Pošto je neusklađenost između crne rupe i diska relativno mala i period precesije je oko 11 godina, akumuliranje podataka visoke rezolucije koji prati strukturu M87 tokom dve decenije i temeljna analiza su od suštinskog značaja za postizanje ovog dostignuća.
„Nakon uspeha snimanja crne rupe u ovoj galaksiji pomoću EHT-a, da li se ova crna rupa okreće ili ne, bila je glavna briga naučnika,“ dodao je dr Kazuhiro Hada iz Nacionalne astronomske opservatorije Japana. „Sada se iščekivanje pretvorilo u izvesnost. Ova čudovišna crna rupa se zaista okreće.“
Ovaj rad je koristio ukupno 170 epoha posmatranja dobijenih od Istočnoazijske VLBI mreže (EAVN), Veri Long Baseline Arrai (VLBA), zajedničkog niza KVN i VERA (KaVA), i Istočne Azije do Italije Skoro Globalna (EATING) mreža. Ukupno je više od 20 teleskopa širom sveta doprinelo ovoj studiji.
Radio teleskopi u Kini takođe su dali doprinos ovom projektu, uključujući kineski radio teleskop Tianma od 65 metara sa svojom ogromnom antenom i visokom osetljivošću na milimetarskim talasnim dužinama. Pored toga, radio teleskop Ksinjiang od 26 metara poboljšava ugaonu rezoluciju EAVN posmatranja. Podaci dobrog kvaliteta sa visokom osetljivošću i visokom ugaonom rezolucijom su od suštinskog značaja za postizanje ovog dostignuća.
„Radio teleskop Shigatse od 40 metara koji se nalazi u zgradi Šangajske astronomske opservatorije, dodatno će poboljšati sposobnost snimanja EAVN-a u milimetrima. Posebno, Tibetanska visoravan, gde se nalazi teleskop, poseduje jedan od najboljih uslova lokacije za (pod -) milimetarska posmatranja talasne dužine. Ispunjava naša očekivanja da promovišemo domaće sub-milimetarske objekte za astronomska posmatranja“, rekao je prof. Shen Zhikiang, direktor Šangajske astronomske opservatorije Kineske akademije nauka.
Iako ova studija baca svetlo na misteriozni svet supermasivnih crnih rupa, ona takođe predstavlja ogromne izazove. Struktura akrecionog diska i tačna vrednost obrtanja supermasivne crne rupe M87 su još uvek veoma neizvesne. Ovaj rad takođe predviđa da će biti više izvora sa ovom konfiguracijom, što izaziva naučnike da ih otkriju.
