Măsurarea masei unei găuri negre nu este ușoară. O nouă tehnică ar putea schimba asta

O gaură neagră care se hrănește activ se înconjoară cu un disc de gaz fierbinte și praf care pâlpâie ca un foc de tabără. Astronomii au descoperit acum că monitorizarea modificărilor acelor pâlpâiri poate dezvălui ceva care este notoriu greu de măsurat: greutatea mașinii.

„Este un nou mod de a cântări găurile negre”, spune astronomul Colin Burke de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign. În plus, metoda ar putea fi utilizată pe orice obiect astrofizic cu un disc de acreție și poate chiar ajuta la găsirea unor găuri negre de dimensiuni medii evazive, raportează cercetătorii în 13 august. Ştiinţă.

Nu este ușor să măsori masa unei găuri negre. În primul rând, giganții întunecați sunt notoriu de greu de văzut. Dar uneori, găurile negre se dezvăluie atunci când mănâncă. Pe măsură ce gazul și praful cad într-o gaură neagră, materialul se organizează într-un disc care este încălzit la temperaturi albe fierbinți și poate, în unele cazuri, să eclipseze toate stelele din galaxie combinate.

Măsurarea diametrului găurii negre poate dezvălui masa acesteia folosind teoria generală a relativității a lui Einstein. Dar doar Telescopul Event Horizon care se întinde pe glob a făcut acest tip de măsurare și până acum doar pentru o singură gaură neagră (SN: 22/04/19). Alte găuri negre au fost cântărite prin observații ale influenței lor asupra materialului din jurul lor, dar asta necesită o mulțime de date și nu funcționează pentru fiecare gaură neagră supermasivă.

Așa că, căutând o altă cale, Burke și colegii au apelat la discuri de acreție. Astronomii nu sunt siguri cum pâlpâie discurile găurilor negre, dar se pare că mici modificări ale luminii se combină pentru a lumina sau estompa întregul disc într-un interval de timp dat. Cercetările anterioare au sugerat că timpul necesar unui disc pentru a se estompa, a lumina și a se estompa din nou este legat de masa găurii sale negre centrale. Dar aceste afirmații au fost controversate și nu au acoperit întreaga gamă de mase de găuri negre, spune Burke.

Așa că el și colegii au adunat observații despre 67 de găuri negre care se hrănesc activ cu mase cunoscute. Behemoths aveau dimensiuni cuprinse între 10.000 și 10 miliarde de mase solare. Pentru cea mai mică dintre aceste găuri negre, pâlpâirile s-au schimbat pe intervale de timp de la ore la săptămâni. Găurile negre supermasive cu mase cuprinse între 100 de milioane și 10 miliarde de mase solare au pâlpâit mai încet, la fiecare câteva sute de zile.

„Asta ne dă un indiciu că, bine, dacă această relație este valabilă pentru găurile negre supermasive mici și pentru cele mari, poate că este un fel de caracteristică universală”, spune Burke.

Din curiozitate, echipa s-a uitat și la piticele albe, cadavrele compacte ale stelelor precum soarele, care sunt unele dintre cele mai mici obiecte care au discuri de acreție consistente. Acele pitice albe au urmat aceeași relație între viteza de pâlpâire și masă.

Găurile negre analizate nu au acoperit întreaga gamă posibilă de mase. Găurile negre cunoscute care au de la aproximativ 100 până la 100.000 de ori masa soarelui sunt rare. Există mai mulți potențiali candidați, dar doar unul a fost confirmat (SN: 9/2/20). În viitor, relația dintre pâlpâirea discului și masa găurii negre le-ar putea spune astronomilor exact ce fel de pâlpâire de disc să caute pentru a ajuta la scoaterea din ascunzătoare a acestor fiare de mărime medie, dacă sunt acolo pentru a fi găsite, spune Burke.

Astrofizicianul Vivienne Baldassare de la Universitatea de Stat din Washington din Pullman studiază găurile negre din galaxiile pitice, care ar putea păstra unele dintre proprietățile găurilor negre antice care s-au format în universul timpuriu. Una dintre cele mai mari provocări în munca ei este măsurarea maselor găurilor negre. „Rezultatele super interesante ale studiului… vor avea un impact mare asupra cercetării mele și mă aștept și la multe altele”, spune ea.

Metoda oferă o modalitate mai simplă de a cântări găurile negre decât orice tehnică anterioară, spune Burke – dar nu neapărat una mai rapidă. Găurile negre mai masive, de exemplu, ar avea nevoie de sute de zile, sau eventual de ani, de observații pentru a-și dezvălui masele.

Observatoarele viitoare intenționează deja să preia astfel de date. Se așteaptă ca Observatorul Vera C. Rubin să înceapă să observe întregul cer în fiecare noapte, începând cu 2022 sau 2023 (SN: 1/10/20). Odată ce telescopul a funcționat suficient de mult, observațiile necesare pentru a cântări găurile negre „vor cădea gratuit” din datele Observatorului Rubin, spune Burke. „Îl construim deja. Putem la fel de bine să facem asta.”