Kredit:Chandra X-ray Center
Astronomer har gjort en rekordstor mätning av ett svart håls spinn, en av två grundläggande egenskaper hos svarta hål. NASA:s Chandra X-ray Observatory visar att detta svarta hål snurrar långsammare än de flesta av sina mindre kusiner.
Detta är det mest massiva svarta hålet med en exakt spin-mätning och ger tips om hur några av universums största svarta hål växer.
Supermassiva svarta hål innehåller miljoner eller till och med miljarder gånger mer massa än solen. Astronomer tror att nästan varje stor galax har ett supermassivt svart hål i mitten. Även om förekomsten av supermassiva svarta hål inte är ifrågasatt, arbetar forskare fortfarande med att förstå hur de växer och utvecklas. En viktig del av informationen är hur snabbt de svarta hålen snurrar.
"Varje svart hål kan definieras av bara två siffror:dess spinn och dess massa", säger Julia Sisk-Reynes från Institute of Astronomy (IoA) vid University of Cambridge i Storbritannien, som ledde den nya studien. "Även om det låter ganska enkelt, har det visat sig vara otroligt svårt att räkna ut dessa värden för de flesta svarta hål."
För detta resultat observerade forskare röntgenstrålar som studsade av en skiva av material som virvlade runt det svarta hålet i en kvasar som kallas H1821+643. Kvasarer innehåller snabbt växande supermassiva svarta hål som genererar stora mängder strålning i ett litet område runt det svarta hålet. H1821+643:s svarta hål ligger i ett kluster av galaxer cirka 3,4 miljarder ljusår från jorden och är mellan cirka tre och 30 miljarder solmassor, vilket gör det till en av de mest massiva kända. Däremot väger det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax cirka fyra miljoner solar.
De starka gravitationskrafterna nära det svarta hålet förändrar intensiteten av röntgenstrålar vid olika energier. Ju större förändringen är desto närmare måste skivans inre kant vara punkten där det svarta hålet inte återvänder, känd som händelsehorisonten. Eftersom ett snurrande svart hål drar runt utrymmet med sig och låter materia kretsa närmare det än vad som är möjligt för ett icke-snurrande, kan röntgendata visa hur snabbt det svarta hålet snurrar.
"Vi fann att det svarta hålet i H1821+643 snurrar ungefär hälften så snabbt som de flesta svarta hål som väger mellan ungefär en miljon och tio miljoner solar", säger medförfattaren Christopher Reynolds, även han från IoA. "Miljonfrågan är:varför?"
Svaret kan ligga i hur dessa supermassiva svarta hål växer och utvecklas. Detta relativt långsamma snurr stödjer tanken att de mest massiva svarta hålen som H1821+643 genomgår det mesta av sin tillväxt genom att smälta samman med andra svarta hål, eller genom att gas dras inåt i slumpmässiga riktningar när deras stora skivor störs.
Supermassiva svarta hål som växer på dessa sätt kommer sannolikt ofta att genomgå stora förändringar av spinn, inklusive att saktas ner eller vridas i motsatt riktning. Förutsägelsen är därför att de mest massiva svarta hålen bör observeras ha ett bredare intervall av spinnhastigheter än deras mindre massiva släktingar.
Å andra sidan förväntar sig forskare att mindre massiva svarta hål samlar det mesta av sin massa från en gasskiva som snurrar runt dem. Eftersom sådana skivor förväntas vara stabila, närmar sig den inkommande materia alltid från en riktning som kommer att få de svarta hålen att snurra snabbare tills de når maximal hastighet som är möjlig, vilket är ljusets hastighet.
"Den måttliga spinn för detta ultramassiva föremål kan vara ett bevis på den våldsamma, kaotiska historien om universums största svarta hål", säger medförfattaren James Matthews, även han från IoA. "Det kan också ge insikter om vad som kommer att hända med vår galaxs supermassiva svarta hål miljarder år i framtiden, när Vintergatan kolliderar med Andromeda och andra galaxer."
Det här svarta hålet ger information som kompletterar vad astronomer har lärt sig om de supermassiva svarta hålen som ses i vår galax och i M87, som avbildades med Event Horizon-teleskopet. I de fallen är det svarta hålets massor välkända, men spinnet är det inte.
En artikel som beskriver dessa resultat från Sisk-Reynes och hennes medarbetare finns i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
NASA:s Marshall Space Flight Center hanterar Chandra-programmet. Smithsonian Astrophysical Observatorys Chandra X-ray Center kontrollerar vetenskapsoperationer från Cambridge, Massachusetts, och flygoperationer från Burlington, Massachusetts. + Utforska vidare
