Telescopen onthullen de snelle rotatie van het zwarte gat in de Melkweg, dat de ruimtetijd vervormt

• Een nieuwe studie kan de vraag helpen oplossen hoe snel Melkwegenorm Zwart gat Draait.
• Het zwarte gat, bekend als Sagittarius A* (Sgr A*), heeft een massa die ongeveer 4 miljoen keer zo groot is als die van de zon.
• Gebruik NASAUit dit onderzoek van NSF's Chandra X-ray Observatory en NSF's Very Large Array bleek dat Sagittarius Sgr A* zeer snel ronddraait.
• Deze hoge rotatie vervormt de ruimtetijd rond Boogschutter A*, waardoor deze de vorm lijkt te hebben van een American football.

Deze kunstenaarsillustratie toont de resultaten van een nieuwe studie van het superzware zwarte gat in het centrum van ons sterrenstelsel, genaamd Sagittarius A* (afgekort Sgr A*). Uit deze bevinding bleek dat Boogschutter A* zo snel ronddraait dat hij de ruimtetijd – dat wil zeggen de tijd en de drie dimensies van de ruimte – vervormt, zodat hij meer op een voetbal lijkt.

Deze resultaten zijn verkregen met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory en NSF's Karl J. Jansky Very Large Array (VLA). Een team van onderzoekers heeft een nieuwe methode toegepast Röntgenfoto En radiogegevens om te bepalen hoe snel Sgr A* roteert, gebaseerd op hoe materiaal naar en weg van het zwarte gat stroomt. Ze ontdekten dat Boogschutter A* roteert met een hoeksnelheid van ongeveer 60% van de maximaal mogelijke waarde, en met een impulsmoment van ongeveer 90% van de maximaal mogelijke waarde.

Zwarte gaten hebben twee basiseigenschappen: hun massa (hoeveel ze wegen) en hun rotatie (hoe snel ze draaien). Het bepalen van een van deze waarden vertelt wetenschappers veel over elk zwart gat en hoe het zich gedraagt. In het verleden hebben astronomen verschillende andere schattingen gemaakt van de rotatiesnelheid van Boogschutter A* met behulp van verschillende technieken, met resultaten variërend van Boogschutter A* die helemaal niet roteert tot hij bijna op de maximale snelheid draait.

De nieuwe studie suggereert dat Boogschutter A* in feite heel snel ronddraait, waardoor de ruimtetijd eromheen wordt verpletterd. De afbeelding toont een dwarsdoorsnede van Boog A* en het materiaal dat eromheen draait in de schijf. De zwarte bol in het midden vertegenwoordigt de zogenaamde gebeurtenishorizon van het zwarte gat, het punt waar geen terugkeer mogelijk is en waaruit niets, zelfs licht niet, kan ontsnappen.

Als je vanaf de zijkant naar een roterend zwart gat kijkt, zoals weergegeven in deze illustratie, heeft de ruimtetijd eromheen de vorm van een voetbal. Hoe hoger de draaisnelheid, hoe platter de voetbal wordt.

Het geeloranje materiaal aan weerszijden vertegenwoordigt gas dat rond Boogschutter A* wervelt. Deze materie snelt onvermijdelijk het zwarte gat binnen en passeert de waarnemingshorizon zodra deze de bolvorm krijgt. Het gebied binnen de voetbalvorm maar buiten de gebeurtenishorizon wordt dus weergegeven als een holte. De blauwe stippen tonen jets die wegschieten van de polen van het roterende zwarte gat. Als we van bovenaf, langs het straalmondstuk, naar het zwarte gat kijken, zien we dat de ruimtetijd cirkelvormig is.

Chandra-röntgenfoto van Boogschutter A* en de omgeving. Krediet: NASA/CXC/Universiteit. Uit Wisconsin/Y.Bai, et al.

De rotatie van een zwart gat kan dienen als een belangrijke energiebron. Superzware zwarte gaten produceren parallelle straalachtige uitstromen wanneer hun spin-energie wordt onttrokken, waarvoor op zijn minst enige materie in de omgeving van het zwarte gat nodig is. Vanwege de beperkte brandstof rond Sagittarius A* is dit zwarte gat de afgelopen duizenden jaren relatief stil geweest met relatief zwakke jets. Dit werk laat echter zien dat dit kan veranderen als de hoeveelheid materiaal nabij Sgr A* toeneemt.

Om de draaiing van het zwarte gat* te bepalen, gebruikten de auteurs een op experimenten gebaseerde techniek die de ‘uitstroommethode’ wordt genoemd. Deze techniek beschrijft de relatie tussen de draaiing en de massa van het zwarte gat, de eigenschappen van de materie nabij het zwarte gat en de eigenschappen van het zwarte gat. uitstroom. De parallelle naar buiten gerichte stroom produceert radiogolven, terwijl de gasschijf rond het zwarte gat verantwoordelijk is voor het uitzenden van röntgenstraling. Met behulp van deze methode combineerden de onderzoekers gegevens van Chandra en de VLA met onafhankelijke schattingen van de massa van het zwarte gat van andere telescopen om de rotatie van het zwarte gat te beperken.

Het artikel waarin deze bevindingen worden beschreven, onder leiding van Ruth Daly (Pennsylvania State University), werd gepubliceerd in het januarinummer van het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.

Referentie: “Nieuwe spinwaarden voor zwarte gaten voor Boogschutter A* verkregen met behulp van de uitstroommethode” door Ruth A Daly, Megan Donahue, Christopher P O'Dea, Biny Sebastian, Daryl Haggard en Anan Lu, 21 oktober 2023, Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/manras/stad3228

Andere auteurs zijn Penny Sebastian (Universiteit van Manitoba, Canada), Megan Donahue (Michigan State University), Christopher O'Dea (Universiteit van Manitoba), Darrell Haggard (McGill University) en Anan Lu (McGill University).

NASA's Marshall Space Flight Center beheert het Chandra-programma. Het Chandra X-ray Center van het Smithsonian Astrophysical Observatory controleert de wetenschappelijke operaties vanuit Cambridge, Massachusetts, en de vluchtoperaties vanuit Burlington, Massachusetts.