Agência Espacial Europeia: Existência de um Black Hole "Vortex gravitacional" Descoberto

orbitando observatório de raios-X da Agência Espacial Europeia, XMM-Newton, provou a existência de um "vórtice gravitacional" em torno de um buraco negro.A descoberta, auxiliado por missão da NASA Telescópio espectroscópica Nuclear Array (NUSTAR), resolve um mistério que iludiu os astrônomos há mais de 30 anos, e irá permitir-lhes para mapear o comportamento da matéria muito perto de buracos negros. Também poderia abrir a porta para futuras investigações da relatividade geral de Albert Einstein.

Matéria que cai em um buraco negro aquece à medida que mergulha a sua desgraça. Antes de passar para o buraco negro e se perde de vista para sempre, ele pode chegar a milhões de graus. A essa temperatura brilha raios-X no espaço.

Na década de 1980, os astrônomos pioneiras usando telescópios de raios-X primeiros descobriu que os raios-X proveniente de buracos negros de massa estelar na nossa flicker galáxia. As mudanças seguem um padrão definido.Quando a oscilação começa, o escurecimento e re-avivamento pode demorar até 10 segundos para concluir. Como os dias, semanas e, em seguida, o progresso meses, o período diminui até a oscilação ocorre 10 vezes por segundo. Em seguida, a cintilação de repente pára completamente. O fenômeno foi apelidado de Quasi periódica Oscilação (QPO).

"Ele foi imediatamente reconhecido que ser algo fascinante porque está vindo de algo muito próximo de um buraco negro", disse Adam Ingram, da Universidade de Amsterdã, na Holanda, que começou a trabalhar para entender QPOs para sua tese de doutorado em 2009.

Durante os anos 1990, os astrônomos começaram a suspeitar que as QPOs foram associados com um efeito gravitacional previsto pela relatividade geral de Einstein: a de que um objeto girando vai criar uma espécie de vórtice gravitacional.

"É um pouco como torcer uma colher de mel. Imagine que o mel é o espaço e tudo embutido no mel vai ser" arrastado "em torno da colher torção", explicou Ingram. "Na realidade, isso significa que qualquer coisa que orbita um objeto girando terá seu movimento afetados." No caso de uma órbita inclinadas, ele irá "precessão."

Isto significa que toda a órbita irá alterar a orientação em torno do objecto central. O tempo para a órbita para voltar à sua condição inicial é conhecido como um ciclo de precessão.

Em 2004, a NASA lançou a sonda Gravity Probe B para medir esse chamado efeito de Lense-Thirring em torno da Terra. Após análise cuidadosa, os cientistas confirmaram que a nave espacial iria transformar através de um ciclo de precessão completa uma vez a cada 33 milhões de anos. 

Em torno de um buraco negro, no entanto, o efeito seria muito mais perceptível devido ao campo gravitacional forte. O ciclo de precessão levaria apenas uma questão de segundos ou menos para ser concluída. Isto é tão perto dos períodos dos QPOs que os astrônomos começaram a suspeitar de um link.

Ingram começou a trabalhar sobre o problema de olhar para o que aconteceu no disco plano de matéria em torno de um buraco negro. Conhecido como um disco de acreção, é o lugar onde o material espirais gradualmente dentro em direção ao buraco negro. Os cientistas já haviam sugerido que, perto do buraco negro, os puffs disco de acreção para cima em um plasma quente, no qual elétrons são arrancados de seus átomos de acolhimento. Denominado o fluxo interno quente, ele diminui de tamanho ao longo de semanas e meses, uma vez que é comido pelo buraco negro. Juntamente com os colegas, Ingram publicou um artigo, em 2009, o que sugere que o QPO é impulsionado pela precessão Lente-Thirring deste fluxo quente. Isto é porque quanto menor o fluxo interno torna-se, quanto mais próximo do buraco negro seria aproximar e de modo mais rápido o seu ciclo de precessão Lente-Thirring seria. A questão era: como provar isso?

"Nós gastamos muito tempo tentando encontrar evidências arma fumegante para esse comportamento", disse Ingram. 

A resposta é que o fluxo interno está liberando radiação de alta energia que atinge a matéria do disco de acreção ao redor, fazendo com que os átomos de ferro no brilho do disco como um tubo de luz fluorescente. Os raios-X liberta de ferro de um único comprimento de onda referido como "uma linha espectral."

Porque o disco de acreção está girando, a linha de ferro tem o seu comprimento de onda distorcida pelo efeito Doppler. emissão da linha do lado que se aproxima do disco é esmagado-azul-deslocada e emissão linha a partir do material do disco recuo é deslocada estendeu-vermelho. Se o fluxo interno é realmente precessão, que, por vezes, vai brilhar no material do disco e às vezes aproximando-se sobre o material de recuo, tornando a linha de oscilação para trás e para a frente ao longo de um ciclo de precessão.

Vendo esta oscilação é onde XMM-Newton entrou. Ingram e colegas de Amesterdão, Cambridge, Southampton e Tóquio solicitou uma observação a longo-duração que lhes permita ver o QPO repetidamente. Eles escolheram buraco negro H 1743-322, que estava exibindo um quatro-segunda QPO no momento. Eles assisti-lo para 260.000 segundos com XMM-Newton. Eles também observou-se para 70.000 segundos com o observatório de raios-X NUSTAR da NASA.

"A capacidade de alta energia de NUSTAR foi muito importante", disse Ingram."NUSTAR confirmou a oscilação da linha de ferro, e, adicionalmente, viu uma característica no espectro chamado de" reflexão corcunda ", que acrescentou evidências de precessão."

Após um processo de análise rigorosa de adicionar todos os dados observacionais juntos, eles viram que a linha de ferro foi oscilando de acordo com as previsões da relatividade geral. "Estamos medindo diretamente o movimento da matéria em um forte campo gravitacional perto de um buraco negro", diz Ingram.

Esta é a primeira vez que o efeito de Lense-Thirring foi medido de um forte campo gravitacional. A técnica permitirá aos astrônomos para mapear a matéria nas regiões do interior de discos de acreção em torno de buracos negros. Ele também aponta para uma nova ferramenta poderosa para testar a relatividade geral.

A teoria de Einstein é praticamente não testado em tais campos gravitacionais fortes. Então, se os astrônomos podem compreender a física da matéria que está fluindo para o buraco negro, eles podem usá-lo para testar as previsões da relatividade geral como nunca antes - mas somente se o movimento da matéria no disco de acreção pode ser completamente compreendida.

"Se você pode chegar ao fundo das astrofísica, então você pode realmente testar a relatividade geral", diz Ingram. Um desvio das previsões da relatividade geral seria bem acolhida por uma grande quantidade de astrônomos e físicos. Seria um sinal de concreto que existe uma teoria mais profunda da gravidade.

Maiores telescópios de raios-X no futuro poderiam ajudar na busca, porque eles são mais poderosos e poderia recolher de forma mais eficiente raios-X. Isso permitiria que os astrônomos a investigar o fenômeno QPO em mais detalhes.Mas, por agora, os astrônomos podem se contentar com ter visto gravidade de Einstein em jogo em torno de um buraco negro.

"Este é um grande avanço desde que o estudo combina informações sobre o tempo ea energia de fótons de raios-X para resolver o debate de 30 anos em torno da origem dos QPOs. A capacidade de recolha de fóton de XMM-Newton foi fundamental para esse trabalho", disse Norbert Schartel, cientista do projecto da ESA para XMM-Newton.

Os resultados apresentados neste artigo são publicados em "A modulação quase periódica da linha de ferro energia centróide no buraco negro binário H 1743-322", de Adam Ingram e colegas, para aparecer no Monthly Notices da Royal Astronomical Society, 461 (2): 1967-1980

O Galaxy diário via Monthly Notices da Royal Astronomical

Crédito da imagem: Tomoharu Oka (Universidade Keio)