В нова статия е разкрита подробната механика на това как материята пада върху черна дупка отвъд хоризонта на събитията.

Както предвижда теорията на Айнщайн за гравитацията, има момент, в който материята спира да обикаля около черната дупка и пада право надолу, спускайки се рязко отвъд точката, от която няма връщане.

Сега, в рентгеновите данни на активна черна дупка, най-накрая видяхме доказателство за съществуването на подобно нещо.

"Теорията на Айнщайн предвиждаше, че това финално пропадане съществува, но за първи път успяхме да докажем, че то се случва", казва физикът теоретик Андрю Мъмъри от Оксфордския университет в Обединеното кралство.

"Представете си го като река, която се превръща във водопад - досега разглеждахме реката. Това е първият ни поглед към водопада."

Материята, която се движи към черна дупка, не следва права линия. Тя обикаля наоколо, подобно на водата, която се върти, спираловидно, неумолимо към отводнителния канал. Това сравнение е толкова подходящо, че учените използват вихрите на водата, за да изучават средата около черните дупки.

Млечният път с местоположението на MAXI J1820+070, отбелязано с бял кръст. Вътрешното изображение: Данните от Chandra показват трептенето на черната дупка през 2018 г. (NASA/CXC/Université de Paris/M. Espinasse et al./PanSTARRS)

Изследването на самите черни дупки е малко по-сложно, тъй като изкривеното пространство-време около тях е много силно.

Но преди десетилетия теоретичните трудове на Алберт Айнщайн предсказват, че при определена близост до черната дупка материята вече няма да може да следва стабилна кръгова орбита и ще пада право надолу - като вода през ръба на аналогичния отводнителен канал.

Няма причина да смятаме, че това не е така - материята трябва да премине хоризонта на събитията по някакъв начин, а теорията на Айнщайн за гравитацията е издържала на всички проверки - но това, за което астрофизиците не са били сигурни, е дали ще можем да го открием.

Работата на Мъмъри и колегите му се състои от няколко части. Една от тях е разработването на числени симулации и модели, които изобразяват потъващата област, за да разкрият вида на излъчваната от нея светлина. След това те се нуждаят от доказателства от наблюдения, които да съдържат същото излъчване на потъващата област.

Въпросната черна дупка - с маса около 8,5 пъти по-голяма от тази на Слънцето - се намира в система, отдалечена на около 10 000 светлинни години, наречена MAXI J1820+070. Тук откриваме и двойна звезда спътник, от която черната дупка отнема материал, докато двойката обикаля в орбита, подхранвайки се на изблици, които се проявяват като рентгеново трептене.

Астрономите наблюдават тази черна дупка, за да разберат по-добре нейното поведение, така че изследователите успяват да получат достъп до много висококачествени данни, добити с помощта на рентгеновите инструменти NuSTAR и NICER в ниска околоземна орбита. По-специално те се фокусират върху избухването, което се случи през 2018 г.

Предишни изследвания отбелязват, че при наблюденията на това избухване е открито допълнително сияние, което не може да бъде обяснено.

В проучване от 2020 г. се изказва предположение, че въпросното сияние може да се появи в най-вътрешната област на стабилната кръгова орбита - т.е. в зоната на пропадане. Мъмъри и колегите му изследват това сияние с особено внимание и установяват, че то съвпада с излъчването, което получават от своите симулации.

Това, казват изследователите, окончателно установява безспорно съществуването на зоната на пропадане, като ни дава нов начин за проучване на екстремния гравитационен режим в областта непосредствено извън хоризонта на събитията на черна дупка.

"Това, което е наистина вълнуващо, е, че в галактиката има много черни дупки и сега разполагаме с нова мощна техника за използването им за изучаване на най-силните известни гравитационни полета", казва Мъмъри.

"Смятаме, че това представлява вълнуващо ново развитие в изучаването на черните дупки, което ни позволява да изследваме тази последна област около тях.

Едва тогава ще можем да разберем напълно гравитационната сила. Въпросното последно пропадане на плазмата се случва на самия ръб на черната дупка и показва как материята реагира на гравитацията във възможно най-силната ѝ форма."

Изследването е публикувано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Източник: Science Alert