Universul ne mai surprinde încă o dată. Astronomii au reușit să obțină, pentru prima dată, imagini care surprind coroana unei găuri negre supermasive cu o claritate fără precedent. Este vorba despre obiectul numit RX J1131, aflat la aproximativ 6 miliarde de ani-lumină de Pământ. Deși gaura neagră în sine rămâne invizibilă, materialul din jur, gazul și praful care cad spre ea, sunt atât de fierbinți încât se luminează intens — ceea ce astronomii numesc quasar. În acest caz, acea lumină extremă provine din „coroana” super-încălzită, o regiune strânsă, încărcată energetic, care emită raze-X și unde milimetrice.
Recent, echipa condusă de cercetătorul Matus Rybak de la Universitatea Leiden (Olanda) a publicat un studiu care descrie cum s-a măsurat dimensiunea coroanei găurii negre RX J1131, cum s-a observat variabilitatea acesteia și ce înseamnă acest pas pentru înțelegerea mediilor extreme din jurul găurilor negre. Aceste imagini și măsurători au fost obținute cu ajutorul unor trickuri cosmice — lentile gravitaționale și microlente – plus date vechi și noi de la ALMA.
2. Ce este „coroana” unei găuri negre
Termenul „coroană” în contextul găurilor negre se referă la o regiune de materie extrem de fierbinte și energetică aflată aproape de gaura neagră, deasupra discului de acreție (discul de gaz și praf care cade spre gaură). Aceasta este o zonă în care electronii se află într-o stare relativistică, interacționând cu câmpurile magnetice, emisiile de radiaţii X și unde se produce inverse Compton scattering: fotonii din discul de acreţie primesc energie și devin fotoni de energie mult mai mare.
Coroana generează radiații extrem de energetic, și deși nu vedem gaura neagră în sine (orizontul evenimentelor nu emite lumină), vedem efectele materiei și energiei din jurul ei. Mărimea, forma și structura coroanei sunt foarte importante pentru teoriile găurilor negre, evoluţia lor și comportamentul mediilor acreţionale — dar aceste detalii au fost foarte greu de măsurat direct până acum.
3. RX J1131: gaura neagră studiată
- Locație cosmică: Quasarul RX J1131 este situat la ~6 miliarde de ani-lumină distanță față de noi. Este un quasar supermasiv, ceea ce înseamnă că gaura neagră este extrem de mare și atrage materie dintr-un disc de acreţie luminat intens.
- Viteza de rotaţie: Gaura neagră se rotește cu mai mult de jumătate din viteza luminii. Aceasta înseamnă că frame dragging-ul (efect relativist de forțare a spațiului-timp să se rotească odată cu gaura neagră) este relevant, și influența asupra emisiei din discul de acreţie și coroana este considerabilă.
- Rolul galaxiei din prim-plan: De-a lungul liniei de vedere, există o galaxie masivă aflată între RX J1131 şi Pământ, la aprox. 4 miliarde de ani lumină. Gravitația acestei galaxii curbează lumina provenită de la quasar și produce un fenomen de lentilă gravitațională — un patru imagini ale quasarului, care sunt observabile cu telescopii, inclusiv ALMA.
4. Metode și tehnici utilizate
a. Lentila gravitațională și microlentele
- Fenomenul de lentilă gravitațională apare atunci când lumina de la obiectele foarte îndepărtate traversează regiuni cu masă mare pe drumul spre observator, iar gravitația masei respectivă curbează spațiul-timp și astfel lumina este deviată, mărită sau distorsionată.
- Microlentele gravitaționale sunt cauzate de stelele din galaxia-lentilă din prim-plan, care acționează ca lentile mici, cu efecte asupra unor părți foarte mici ale sursei de lumină (în cazul acesta, coroanei). Ele pot provoca variații localizate de luminozitate în imagini separate ale quasarului lentilat.
b. Observatorul ALMA
- ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) este unul dintre cele mai sensibile și rezolute instrumente pentru observarea undelor milimetrice și submilimetrice. A fost folosit pentru a colecta date vechi (~ un deceniu) și recente (în 2022), observând variații de luminozitate între cele patru imagini ale quasarului.
- Analiza fluctuațiilor luminoase independente între aceste imagini a permis să se distingă semnalele care vin din coroana găurii negre, nu doar din efecte lente sau propagare prin galaxia lentilă.
c. Observații multiple și reanalizare a datelor
- S-au folosit date istorice și noi, la distanță de timp (observaţii din 2022 la o zi distanţă una de cealaltă), pentru a vedea cum evoluează luminozitatea în timp.
- Reanalizarea datelor vechi permite detectarea fluctuațiilor subtile, care au fost ignorate sau neobservate înainte.
5. Rezultatele măsurătorilor
- Coroana este estimată să se întindă pe aproximativ 50 de unităţi astronomice (~ 50 AU, unde 1 AU este distanța Pământ-Soare). Aceasta este dimensiunea asemănătoare cu cea a Sistemului Solar.
- Variaţiile luminoase între imaginile lentilate nu sunt sincronizate — fiecare imagine fluctuează independent, ceea ce indică prezenţa microlentilelor din galaxia-lentilă.
- Este prima măsurătoare directă a dimensiunii coroanei la această scară, ceea ce deschide perspectiva cartografierii regiunilor imediate din jurul găurii negre și câmpurilor magnetice implicate.
6. Semnificaţia câmpurilor magnetice
- Câmpurile magnetice joacă un rol critic în modul în care gazul cade spre gaura neagră și cum sunt accelerate particulele din apropiere. Ele controlează transportul de moment unghiular din discul de acreție, precum și emisia de radiații de mare energie.
- Modelele teoretice preconizează legături între dimensiunea coroanei, intensitatea câmpului magnetic și emisia de unde milimetrice. Măsurătorile recente permit testarea acestor modele.
- În plus, aceste observaţii ne oferă un instrument pentru a urmări cât de rapid creşte gaura neagră şi cum interacţionează cu mediul galactic din jur.
7. Ce urmează
- Cercetătorii intenționează să folosească date suplimentare de la telescopul cu raze X Chandra (NASA), care are rezoluţie spaţială suficientă pentru a capta fluctuaţii fine din regiuni apropiate de găurile negre.
- Observatorul Vera C. Rubin este de asemenea implicat: imagistică optică de înaltă rezoluţie, urmărirea sistemelor cu quasar lentilă, detectarea fluctuaţiilor optice.
- Alte date din noua generaţie de instrumente (ALMA extinsă în benzi de frecvenţe mai joase, observatoare cu raze-X și noi sondaje cosmice) vor îmbunătăţi precizia mapării coroanei, dar și a acelor câmpuri magnetice.
8. Comentarii și opinii
„Aceasta este prima dată când se face o astfel de măsurătoare”, a declarat Matus Rybak, cercetător senior la Universitatea Leiden. „În principiu, am găsit o nouă modalitate de a privi ce se întâmplă foarte aproape de gaura neagră.”
Comunitatea ştiinţifică a salutat rezultatele ca un pas major. Studiul este publicat în revista Astronomy & Astrophysics și aduce nu doar imagini, ci o nouă metodologie de sondare a mediilor extreme.
Academicieni și astrofizicieni subliniază că descoperirea permite:
- Validarea sau ajustarea modelului pentru coroane — simulările pot compara aceste date pentru a verifica dacă atmosfera fierbinte de deasupra discului de acreție se distribuie uniform sau are structuri inegale;
- Explorarea fenomenelor de microlente como se petrec în lentile gravitaționale — de obicei, microlentele detectate în galaxii din prim-plan produc variații ce pot fi confundate cu fluctuaţii intrinseci ale quasarului, dar aici analiza separă clar semnalele;
- Studii pe termen lung: dacă se pot urmări aceste sisteme în timp, se pot observa modificări de lungă durată în structura coroanei, rotația găurii negre, influențe ambientale etc.
Descoperirea coroanei găurii negre RX J1131, realizată prin combinarea observaţiilor ALMA, lentilelor gravitaţionale şi microlentelor, marchează un punct de cotitură în astronomia observațională. Măsurarea directă a dimensiunii coroanei (≈ 50 AU) deschide uşi pentru înţelegerea fizicii extreme apropiate de gaura neagră — de la comportamentul radiaţiei emise până la modul în care câmpurile magnetice influenţează evoluţia acesteia.
În viitor, cu noile instrumente și observații continue, am putea să înţelegem mult mai bine corpurile cosmice cele mai enigmatice — găurile negre — și să descoperim dacă variațiile în coroane pot fi standardizate sau dacă fiecare gaura neagră are „personalitatea” ei astronomică.
