Obiectele masive care se rotesc nu stau pur și simplu în spațiu; ele trag țesătura spațiu-timpului după ele. Acest fenomen bizar, o predicție cheie a teoriei relativității generale, a fost confirmat anterior de o varietate de corpuri cerești. Totuși, cel mai recent exemplu vine de la o sursă mult mai dramatică: o gaură neagră supermasivă surprinsă în momentul în care distrugea o stea.
Vă puteți imagina acest proces vizualizând un obiect masiv care, pe măsură ce se învârte, răsucește spațiu-timpul din jurul său. Acest fenomen, cunoscut sub numele de „frame-dragging” (antrenarea cadrelor), a fost măsurat chiar și aici, pe Pământ, în jurul lui Jupiter cu ajutorul misiunii Juno, și în vecinătatea pulsarilor.
Totuși, scara se schimbă dramatic atunci când vorbim despre o gaură neagră cu o masă de 5 milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui. Aceasta va exercita o forță de antrenare a spațiu-timpului infinit mai puternică decât planeta noastră, dar observarea directă a acestui fenomen de la distanță a fost, până acum, o provocare majoră.
Crimele stelare scot la iveală secretele gravitației: vârtejuri în spațiu-timp
Găurile negre sunt notoriu de dificil de observat, rămânând invizibile cu excepția cazului în care sunt active. Un tip specific de activitate este distrugerea violentă a unei stele, un proces care produce o emisie temporară, dar intensă, de lumină. Astronomii pot folosi această lumină pentru o serie întreagă de măsurători. Deși astfel de evenimente au mai fost utilizate pentru a măsura rotația unei găuri negre, noul studiu marchează o premieră.
Un eveniment de perturbare mareică (TDE – tidal disruption event), așa cum sunt numite aceste „crime stelare”, a furnizat pentru prima dată măsurători clare ale efectului de frame-dragging în jurul unei găuri negre. Evenimentul, catalogat drept AT2020afhd, a fost vizibil în spectrul razelor X și al undelor radio, prezentând schimbări ritmice specifice.
Scenariul a fost unul haotic: steaua distrusă a format un disc de plasmă fierbinte, iar din jurul găurii negre a fost expulzat un jet de materie.
Un ritm de 20 de zile
Analizând datele, cercetătorii au observat că atât discul, cât și jetul se mișcau la unison, urmând un model care se repeta exact la fiecare 20 de zile. În cadrul acestui tipar precis, echipa a putut izola și măsura efectul mic, dar inconfundabil, atribuit antrenării cadrelor spațiu-timpului.
„Demonstrând că o gaură neagră poate trage spațiul-timp și crea acest efect de antrenare a cadrelor, începem să înțelegem și mecanica procesului”, a explicat coautorul studiului, dr. Cosimo Inserra de la Universitatea din Cardiff, într-o declarație pentru IFLScience.
Dr. Inserra a oferit o analogie excelentă pentru a vizualiza fenomenul: „Așadar, la fel cum un obiect încărcat electric creează un câmp magnetic atunci când se rotește, vedem cum un obiect masiv care se rotește – în acest caz, o gaură neagră – generează un câmp gravitomagnetic care influențează mișcarea stelelor și a altor obiecte cosmice din apropiere.”
Confirmarea lui Einstein, un secol mai târziu
Efectul de tragere a cadrelor – sau, mai corect științific, efectul Lense-Thirring – a fost teoretizat pentru prima dată de Albert Einstein în 1913 și definit matematic de Lense și Thirring în anul 1918. Deși relativitatea generală a trecut cu brio toate testele la care am supus-o până acum, oamenii de știință știu că validarea continuă este fundamentală pentru a ne rafina înțelegerea realității.
„Este un adevărat cadou pentru fizicieni, deoarece confirmăm predicțiile făcute cu mai bine de un secol în urmă. Nu numai atât, dar aceste observații ne spun mai multe despre natura TDE-urilor – momentul când o stea este distrusă de forțele gravitaționale imense exercitate de o gaură neagră.”, a adăugat Dr. Inserra.
Ceea ce a făcut AT2020afhd special a fost comportamentul său neobișnuit. „Spre deosebire de TDE-urile studiate anterior, care au semnale radio stabile, semnalul pentru AT2020afhd a prezentat schimbări pe termen scurt, pe care nu le-am putut atribui eliberării de energie din gaura neagră și componentele sale înconjurătoare. Acest lucru confirmă și mai mult efectul de tragere în mintea noastră și oferă oamenilor de știință o nouă metodă de a studia găurile negre.”
Studiul a fost publicat în revista Science Advances.
