Po raz pierwszy astronomowie bezpośrednio zaobserwowali, jak supermasywna czarna dziura zniekształca otaczającą ją strukturę czasoprzestrzeni, potwierdzając stuletnie przewidywania zawarte w ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Zjawisko to, znane jako porywanie czasoprzestrzeni lub efekt Lense-Thirringa, zostało odkryte w gwieździe rozerwanej przez grawitację czarnej dziury, dostarczając bezprecedensowych dowodów na to, jak te kosmiczne giganty wypaczają rzeczywistość.
Nauka odpowiedzialna za zniekształcenie czasoprzestrzeni
Teoria Einsteina z 1915 roku sugeruje, że masa zakrzywia czasoprzestrzeń – ujednoliconą koncepcję przestrzeni i czasu – tworząc to, co postrzegamy jako grawitację. Bardziej masywne obiekty powodują większe zniekształcenia. W 1918 roku Josef Lense i Hans Thirring wykazali matematycznie, że wirujące masywne obiekty przeciągają czasoprzestrzeń swoim ruchem, niczym wirujący wierzchołek wciągający wodę do wiru. Efekt ten był niezwykle trudny do bezpośredniego zmierzenia.
Dlaczego to ma znaczenie: Potwierdzenie efektu przeciągania czasoprzestrzeni oferuje nowe narzędzie do badania czarnych dziur. Możemy teraz zbadać ich rotację, sposób, w jaki pochłaniają materię (poprzez zdarzenia związane z zakłóceniami pływowymi, TDE) oraz potężne strumienie energii, które emitują.
Wątłe dowody gwiezdnej uczty
Obserwacje koncentrują się wokół zdarzenia zakłócenia pływowego (TDE), zwanego AT2020afhd, kiedy gwiazda zbliżyła się zbyt blisko supermasywnej czarnej dziury. Grawitacja czarnej dziury rozciągnęła gwiazdę w nić materii – proces zwany „spaghettyfikacją” – zanim ją pochłonęła. Gdy szczątki gwiazd wirowały w dysk akrecyjny wokół czarnej dziury, zespół zauważył rytmiczną pulsację emisji promieniowania rentgenowskiego i radiowego.
Ta pulsacja, powtarzająca się co 20 ziemskich dni, nie była przypadkowa. Odpowiadało to oczekiwanemu charakterowi efektu porywania czasoprzestrzeni: czarnej dziurze dosłownie zakręcającej przestrzeń wokół siebie.
Jak przeprowadzono obserwację
Zespół wykorzystał dane z należącego do NASA Obserwatorium Kosmicznego Neila Gehrelsa Swifta (obserwacje rentgenowskie) i radioteleskopu Karla G. Jansky’ego Very Large Array (fale radiowe) do śledzenia TDE. W przeciwieństwie do poprzednich TDE, AT2020afhd wykazywał przejściowe zmiany sygnału, których nie można było wytłumaczyć normalnym uwalnianiem energii. Potwierdziło to podejrzenia zespołu, że czarna dziura zaciąga przestrzeń wokół siebie.
„Nasze badanie dostarcza najmocniejszych jak dotąd dowodów na efekt precesji Lense-Thirringa… czarna dziura ciągnąca za sobą czasoprzestrzeń” – powiedział Cosimo Inserra z Uniwersytetu w Cardiff. „To prawdziwy prezent dla fizyków”.
Grawitomagnetyzm i przyszłe badania
Odkrycie to sugeruje, że wirujące masywne obiekty generują „pole grawitomagnetyczne”, podobne do tego, w jaki wirujące naładowane obiekty generują pola magnetyczne. Otwiera to nowe możliwości zrozumienia fizyki czarnych dziur i ekstremalnych środowisk wokół nich. Dalsza analiza może udoskonalić naszą wiedzę na temat efektu oporu czasoprzestrzeni i jego konsekwencji dla wszechświata.
Podsumowując: Obserwacja, jak czarna dziura zniekształca czasoprzestrzeń, to nie tylko potwierdzenie teorii Einsteina, ale także ważny krok w rozwikłaniu tajemnic tych kosmicznych gigantów. Zapewnia nową metodę badania czarnych dziur, ich nawyków żywieniowych i gwałtownych procesów, które wywołują, oferując głębsze zrozumienie najbardziej ekstremalnej fizyki we Wszechświecie.
