Crne rupe su bizarne stvari, čak i po standardima astronoma. Njihova masa je toliko velika da savija prostor oko njih tako čvrsto da ništa ne može pobeći, čak ni sama svetlost.
Pa ipak, uprkos njihovoj čuvenoj crnini, neke crne rupe su prilično vidljive. Gas i zvezde koje ovi galaktički vakuumi proždiru se usisavaju u svetleći disk pre njihovog jednosmernog putovanja u rupu, a ovi diskovi mogu da sijaju jače od čitavih galaksija.
Još čudnije, ove crne rupe svetlucaju. Osvetljenost svetlećih diskova može da varira iz dana u dan, a niko nije sasvim siguran zašto.
Podržali smo NASA-in napor u odbrani od asteroida da posmatramo više od 5.000 najbrže rastućih crnih rupa na nebu tokom pet godina u pokušaju da shvatimo zašto se ovo svetlucanje dešava.
U novom radu u Nature Astronomi, izvještavamo o našem odgovoru: vrsti turbulencije koju pokreću trenje i intenzivna gravitacijska i magnetna polja.
Proučavamo supermasivne crne rupe, one koje se nalaze u centrima galaksija i masivne su poput miliona ili milijardi Sunca.
Naša sopstvena galaksija, Mlečni put, ima jednog od ovih divova u svom centru, sa masom od oko četiri miliona Sunaca. Uglavnom, oko 200 milijardi zvezda koje čine ostatak galaksije (uključujući naše Sunce) srećno kruže oko crne rupe u centru.
Međutim, stvari nisu tako mirne u svim galaksijama. Kada se parovi galaksija privlače jedni na druge putem gravitacije, mnoge zvezde mogu završiti preblizu crnoj rupi svoje galaksije. Ovo se loše završava za zvezde: one su rastrgane i proždrene.
Uvereni smo da se to moralo dogoditi u galaksijama sa crnim rupama koje teže čak milijardu Sunaca, jer ne možemo da zamislimo kako su drugačije mogle da narastu tako velike. Možda se to desilo i na Mlečnom putu u prošlosti.
Crne rupe se takođe mogu hraniti na sporiji, nežniji način: usisavanjem oblaka gasa koje izduvaju gerijatrijske zvezde poznate kao crveni divovi.
U našoj novoj studiji, pažljivo smo pogledali proces hranjenja među 5.000 najbrže rastućih crnih rupa u Univerzumu.
U ranijim studijama otkrili smo crne rupe sa najproždrljivijim apetitom. Prošle godine smo pronašli crnu rupu koja svake sekunde pojede Zemljinu vrednost. 2018. pronašli smo jednu koja pojede celo Sunce svakih 48 sati.
Ali imamo mnogo pitanja o njihovom stvarnom ponašanju pri hranjenju. Znamo da se materijal na svom putu u rupu spiralno pretvara u užareni „akrecijski disk“ koji može biti dovoljno svetao da zasjeni čitave galaksije. Ove crne rupe koje se vidljivo hrane nazivaju se kvazari.
Većina ovih crnih rupa je daleko, predaleko da bismo mogli da vidimo bilo koji detalj diska. Imamo neke slike akrecionih diskova oko obližnjih crnih rupa, ali oni samo udišu neki kosmički gas, a ne uživaju u zvezdama.
U našem novom radu koristili smo podatke sa NASA-inog teleskopa ATLAS na Havajima. Svake noći skenira celo nebo (ako vremenske prilike dozvoljavaju), prateći asteroide koji se približavaju Zemlji iz spoljašnje tame.
Ova skeniranja celog neba takođe pružaju noćni zapis o sjaju gladnih crnih rupa, duboko u pozadini. Naš tim je sastavio petogodišnji film o svakoj od tih crnih rupa, pokazujući svakodnevne promene u osvetljenosti uzrokovane bujajućim i kipućim užarenim vrtlogom akrecionog diska.
Treptanje ovih crnih rupa može nam reći nešto o akrecionim diskovima.
Godine 1998. astrofizičari Stiven Balbus i Džon Houli predložili su teoriju „magneto-rotacionih nestabilnosti“ koja opisuje kako magnetna polja mogu izazvati turbulenciju u diskovima. Ako je to prava ideja, onda bi diskovi trebali cvrčati u uobičajenim obrascima.
Treperile bi u nasumičnim obrascima koji se otvaraju dok diskovi kruže. Veći diskovi kruže sporije sa sporim treptajem, dok čvršće i brže orbite kod manjih diskova trepere brže.
Ali da li bi se diskovi u stvarnom svetu pokazali ovako jednostavnim, bez ikakvih dodatnih složenosti? (Da li je „jednostavno“ prava reč za turbulenciju u ultra gustom okruženju van kontrole, ugrađenom u intenzivna gravitaciona i magnetna polja gde je sam prostor savijen do tačke loma, možda je posebno pitanje.)
Koristeći statističke metode, izmerili smo koliko je svetlost koju emituje naših 5.000 diskova treperila tokom vremena. Obrazac treperenja u svakom od njih izgledao je nešto drugačije.
Ali kada smo ih sortirali po veličini, svetlini i boji, počeli smo da vidimo intrigantne šare. Uspeli smo da odredimo orbitalnu brzinu svakog diska – i kada podesite svoj sat da radi brzinom diska, svi obrasci treperenja su počeli da izgledaju isto.
Ovo univerzalno ponašanje je zaista predviđeno teorijom „magneto-rotacionih nestabilnosti“.
To je bilo utešno! To znači da su ovi zapanjujući vrtlozi ipak „jednostavni“.
I otvara nove mogućnosti. Mislimo da se preostale suptilne razlike između akrecionih diskova javljaju zato što ih posmatramo iz različitih orijentacija.
Sledeći korak je da se bliže ispitaju ove suptilne razlike i da se vidi da li one sadrže tragove za razaznavanje orijentacije crne rupe. Na kraju, naša buduća merenja crnih rupa mogla bi biti još tačnija.
