Вопрос, попадающий в черную дыру, нагревается, поскольку он погружается к ее гибели. Прежде чем это пройдет в черную дыру и будет потеряно от представления навсегда, это может достигнуть миллионов степеней. При той температуре это сияет рентген в космос.В 1980-х новаторские астрономы, использующие рано, делают рентген телескопов, обнаруженных, что рентген, прибывающий из звездно-массовых черных дыр в нашей галактике, мерцает.
Изменения следуют за установленным образцом. Когда мерцание начинается, затемнение и перепрояснение могут занять 10 секунд, чтобы закончить.
Как дни, недели и затем прогресс месяцев, сокращается период, пока колебание не происходит 10 раз каждую секунду. Затем мерцание внезапно останавливается в целом.Явление было названо Quasi Periodic Oscillation (QPO). «Это, как немедленно признавали, было чем-то захватывающим, потому что это прибывает из чего-то очень близко к черной дыре», сказали Адам Ингрэм, Амстердамский университет, Нидерланды, кто начал работать, чтобы понять QPOs для его докторского тезиса в 2009.
В течение 1990-х астрономы начали подозревать, что QPOs были связаны с гравитационным эффектом, предсказанным Общей теорией относительности Эйнштейна: то, что вращающийся объект создаст своего рода гравитационный вихрь.«Это немного похоже на скручивание ложки в меде. Предположите, что мед – пространство, и что-либо включенное в мед будет «тянуть» вокруг ложка скручивания», объяснил Ингрэм. «В действительности это означает, что чему-либо вращающемуся вокруг вращающегося объекта затронут его движение».
В случае наклоненной орбиты это будет «предварительный налог». Это означает, что целая орбита изменит ориентацию вокруг центрального объекта. Время для орбиты, чтобы возвратиться к ее начальному условию известно как цикл прецессии.
В 2004 НАСА начало Исследование Силы тяжести B, чтобы измерить этот так называемый эффект Lense-Thirring вокруг Земли. После кропотливого анализа ученые подтвердили, что космический корабль повернется через полный цикл прецессии один раз в 33 миллиона лет.Вокруг черной дыры, однако, эффект был бы намного более примечательным из-за более сильного поля тяготения. Цикл прецессии занял бы только несколько секунд или меньше закончить.
Это так близко к периодам QPOs, что астрономы начали подозревать связь.Ингрэм начал работать над проблемой, смотря на то, что произошло в плоском диске вопроса, окружающего черную дыру. Известный как диск прироста, это – место где материал постепенно спирали внутрь к черной дыре. Ученые уже предположили, что близко к черной дыре плоский диск прироста надувает в горячую плазму, в которой электроны раздеты от их атомов хозяина.
Названный горячим внутренним потоком, это сжимается в размере за недели и месяцы, поскольку это ест черная дыра. Вместе с коллегами Ингрэм опубликовал работу в 2009, предположив, что QPO ведет прецессия Lense-Thirring этого горячего потока.
Это вызвано тем, что, чем меньший внутренний поток становится, тем ближе к черной дыре он приблизился бы и таким образом, быстрее ее цикл прецессии Lense-Thirring будет. Вопрос был: как доказать его?
«Мы провели много времени, пытаясь найти курящие доказательства оружия этого поведения», сказал Ингрэм.Ответ – то, что внутренний поток выпускает высокоэнергетическую радиацию, которая ударяет вопрос в окружающем диске прироста, делая атомы железа в сиянии диска как труба люминесцентной лампы. Железо выпускает рентген единственной длины волны – называемый «спектральной линией».Поскольку диск прироста вращается, железной линии исказил ее длину волны эффект Доплера.
Эмиссия линии приближающейся стороны диска раздавлена – синий перемещенный – и эмиссия линии отступающего материала диска протянута – красный перемещенный. Если внутренний поток действительно будет precessing, он будет иногда сиять на приближающемся материале диска и иногда на отступающем материале, заставляя линию колебаться назад и вперед в течение цикла прецессии.Наблюдение этого колебания состоит в том, где XMM-ньютон вошел.
Ингрэм и коллеги из Амстердама, Кембриджа, Саутгемптона и Токио подали заявку на долговременное наблюдение, которое позволит им неоднократно наблюдать QPO. Они выбрали черную дыру H 1743-322, который показывал четырехсекундный QPO в то время. Они наблюдали его в течение 260 000 секунд с XMM-ньютоном. Они также заметили, что это в течение 70 000 секунд с NuSTAR НАСА делает рентген обсерватории.
«Высокоэнергетическая способность NuSTAR была очень важна», сказал Ингрэм. «NuSTAR подтвердил колебание железной линии, и дополнительно видел особенность в спектре, названном ‘горбом отражения’, который добавил доказательства прецессии».После строгого аналитического процесса добавления всех наблюдательных данных вместе, они видели, что железная линия колебалась в соответствии с предсказаниями Общей теории относительности. «Мы непосредственно измеряем движение вопроса в сильном поле тяготения близко к черной дыре», говорит Ингрэм.Это – первый раз, когда эффект Lense-Thirring был измерен в сильном поле тяготения.
Техника позволит астрономам наносить на карту вопрос во внутренних областях дисков прироста вокруг черных дыр. Это также намекает на мощный новый инструмент, с которым можно проверить Общую теорию относительности.Теория Эйнштейна в основном не проверена в таких сильных полях тяготения.
Таким образом, если астрономы могут понять физику вопроса, который течет в черную дыру, они могут использовать его, чтобы проверить предсказания Общей теории относительности как никогда прежде – но только если движение вопроса в диске прироста может быть полностью понято.«Если Вы можете добраться до сути относительно астрофизики, тогда Вы можете действительно проверить Общую теорию относительности», говорит Ингрэм. Отклонение от предсказаний Общей теории относительности было бы одобрено большим количеством астрономов и физиков.
Это был бы конкретный сигнал, что существует более глубокая теория силы тяжести.Более крупные телескопы рентгена в будущем могли помочь в поиске, потому что они более сильны и могли более эффективно собрать рентген. Это позволило бы астрономам исследовать явление QPO более подробно. Но на данный момент, астрономы могут быть довольны тем, что видели силу тяжести Эйнштейна в действии вокруг черной дыры.
«Это – главный прорыв начиная с информации об объединениях исследования о выборе времени и энергии фотонов рентгена уладить 30-летние дебаты вокруг происхождения QPOs. Собирающая фотон способность XMM-ньютона способствовала этой работе», сказал Норберт Шартель, Координатор проекта ЕКА для XMM-ньютона.
Больше информацииРезультаты, о которых сообщают в этой статье, изданы в Ежемесячных Уведомлениях о Королевском Астрономическом Обществе.Миссия Мультизеркала рентгена Европейского космического агентства, XMM-ньютон, была начата в декабре 1999.
Самый большой научный спутник, который был построен в Европе, это – также одна из самых чувствительных обсерваторий рентгена, когда-либо управляемых. Больше чем 170 тончайших, цилиндрических зеркал прямая поступающая радиация в три телескопа рентгена высокой пропускной способности. Орбита XMM-ньютона берет его почти одна треть пути на луну, позволяя долгое время, непрерывные представления об астрономических объектах.
NuSTAR – Небольшая миссия Исследователя во главе с Калифорнийским технологическим институтом в Пасадене и управляемый Лабораторией реактивного движения НАСА, также в Пасадене, для Научного Управления Миссии НАСА в Вашингтоне.Для получения дополнительной информации о NuSTAR, посещенииhttp://www.nasa.gov/nustarhttp://www.nustar.caltech.edu