Astronomija

10.03.2014.

Vruće vijesti od Chandre

Uvijek kada nas NASA-in Rendgenski opservatorij Chandra o nečemu informira, vijesti su vruće. Rendgenske zrake koje taj teleskop vidi i stižu jedino s vrlo vrućih mjesta. Ova Hubbleova slika dalekog kvazara RX J1131-1231 (ili kraće RX J1131), propuštena kroz gravitacijsku leću i njome pojačana, već je sama za sebe lijepa i zanimljiva, ali pravi doživljaj iste ne da se odvojiti od onoga što su astronomi vidjeli u Chandrinom pojasu valnih duljina. Jedna eliptična galaktika (o kojoj u tekstu nema više ni riječi), smještena negdje između nas i kvazara, našla se na putu svjetla iz potonjeg dalekog objekta i galaktike u kojoj se on nalazi. Sila teža galaktike je svila to svjetlo kao što bi to učinila i neka ne jako precizno oblikovana i izbrušena leća od stakla. Poravnatost triju objekata (kvazara, galaktike i Zemlje) je skoro savršena i slika kvazara se u našim instrumentima javlja ne samo povećana i s jačim sjajem, već i učetverostručena! Da je poravnatost još bolja, vidjeli bismo svakog od četiri kvazara na svome vrhu kvadrata. Ovako su tri slike blizu jedna drugoj, dok je jedna odmaknutija od ostalih. Dakako, na taj raspored slika dalekog objekta utječe i razdioba mase (vidljive i tamne tvari) u galaktici-leći, pa se ta razdioba može procijeniti upravo proučavanjem iskrivljenosti slika. Kako mi se čini, lukovi koji okružuju eliptičnu galaktiku i na kojima leže slike kvazara, slike su kvazareve matične galaktike. Nažalost, ni to se posebno ne komentira u tekstu.


Ono što jest komentirano, međutim, tiče se supermasivne crne jame koja napaja kvazar energijom i koja je od nas udaljena oko 6 milijardi svjetlosnih godina. Kvazari su energični objekti kakvi se znaju pojaviti u središtima galaktika koje sadrže divovske crne jame. Ako se oko takve crne jame zbog ovog ili onog razloga (primjerice, zbog previranja izazvanog stapanjem dviju galaktika) nakupi velika količina tvari – plina i prašine – približavanje  toga materijala obzoru događanja izaziva njegovo enormno zagrijavanje i emisiju obilnih količina zračenja svih vrsta, uključujući tu i Chandrin specijalitet: X-zrake. Malo je svojstava kojima se može karakterizirati neka crna jama, a najvažnija su svakako njena masa i brzina vrtnje. Odrediti masu nekog toliko udaljenog objekta, čak i ako je riječ o orijaškoj crnoj jami, nije nipošto lako, ali astronomi su se već odavno izvještili u davanju (nadam se) vjerodostojnih procjena toga svojstva. I opet, u tekstu kojega možete naći na Chandrinom sajtu nije rečeno ni na koji se iznos procijenjuje masa crne jame kvazara RX J1131. Stopa vrtnje, pak, je još uvijek tvrd orah i njeno se mjerenje oslanja na vrlo posredan pristup koji uključuje utvrđivanje razdiobe rendgenskog zračenja prema njegovim energijama. Drugim riječima, da bi se izmjerilo koliko se brzo vrti neka crna jama, trebamo napraviti spektar rendgenskih zraka koje stižu iz njene okolice.

 

Zašto astronomi uopće žele izmjeriti tu vrtnju? Zato jer nam to vrti li se neka supermasivna crna jama sporo ili brzo može puno toga reći o načinu na koji je ona uopće narasla toliko velikom! Dva su suprotstavljena scenarija rasta galaktičkih crnih jama. Premda jednom od njih, one glavninu sirovina za rast dobivaju zahvaljujući srastanju cijelih galaktika. Pri tom se oko već postojeće crne jame oblikuje prostran i masivan akrecijski disk plina i prašine, koji potom predstavlja dugotrajan i obilan izvor tvari koja upada preko obzora događanja i tako povećava masu crnoj jami. To postojano i uvijek na isti način orijentirano upadanje tjera crnu jamu da se vrti sve brže i brže, tjerajući svojom gravitacijom da se vrti i samo prostorvrijeme oko nje! Alternativa je sporadično upadanje materijala na crnu jamu (primjerice zvijezda koje su se isuviše približile i koje su bile razorene plimnim silama) do kojega dolazi iz svakojakih smjerova. I dok jedan takav sraz ubrza vrtnju crne jame u jednom smjeru, drugi, možda posve obratno orijetiran, može potpuno poništiti prethodni utjecaj. Crna jama koja je rasla na taj način, neće se odlikovati osobito hitrom rotacijom. Dakle, doznamo li koliko se brzo vrte supermasivne crne jame, dokučit ćemo i na koji su se način razvijale i one i galaktike u kojima se nalaze.

Ako se crna jama brzo vrti, kaže nam dobro razrađena teorija, unutarnji rub akrecijskog diska oko nje može se naći na puno manjoj udaljenosti od obzora događanja, tj. tvar može opstajati puno bliže crnoj jami. Opasno privlačna analogija koja nam naizgled može opisati o čemu se tu radi, jest predožba o prostorvremenu kao nitima (ili špagetima) koji se namotavaju oko masivnog objekta: vrti li se taj objekt brzo, i niti se mogu tiješnje namotati oko njega! To, pak, znači da i zračenje može stizati s manje udaljenosti od crne jame, na kojoj je izloženo većem utjecaju gravitacije. Zapravo, rendgenske zrake se mogu odraziti sa same unutarnje ivice diska, ali ne da se pri tom značajno ne izmijene djelovanjem sile teže, kroz tzv. gravitacijski crveni pomak. Što je pomak izmjeren u spektru rendgenskog zračenja veći, veća je i brzina vrtnje crne jame! Chandra je izmjerio popriličan pomak i kada su ga znanstvenici izrazili kao linearnu brzinu vrtnje, pokazalo se da ona iznosi oko polovicu brzine svjetlosti! Drugim riječima rečeno, unutarnji rub akrecijskog diska je od središta crne jame udaljen samo oko tri polumjera obzora događanja. Vjerojatno već pogađate, u tekstu se ne navodi ni koliki bi trebao biti taj polumjer, ali znamo da je on upravo razmjeran masi crne jame. Nikada dosad nije izmjerena brzina vrtnje neke crne jame na tako velikoj udaljenosti od nas. Sve u svemu, ovaj rezultat snažno ide u prilog pretpostavci da su velike crne jame rasle zahvaljujući stapanjima galaktika!