10 Minute
O dezintegrare stelară violentă înregistrată în 2024 le-a oferit astronomilor cea mai clară dovadă până acum că o gaură neagră poate literalmente răsuci spațiu-timpul din jurul ei. Prin urmărirea oscilațiilor sincronizate în raze X și în radio provenite dintr-o galaxie cunoscută sub numele LEDA 145386, cercetătorii au observat un disc de acreție și un jet pereche care se clatină într-un mod cel mai bine explicat prin tragerea de cadru (frame-dragging) — efectul relativist prezis de Lense și Thirring. Această observație oferă o combinație rară între date de temporizare (timing), spectru și variabilitate, consolidând legătura dintre relativitatea generală, acțiunile dinamice ale discului de acreție și formarea jetului relativist.
Observații care dezvăluie o gaură neagră în precesie
În ianuarie 2024, Zwicky Transient Facility (ZTF) a semnalat o intensificare bruscă a luminozității în LEDA 145386, o galaxie situată la circa 400 de milioane de ani-lumină de Pământ. Flara optică corespundea semnăturii unui eveniment de dezintegrare maree (TDE — tidal disruption event): o stea care s-a apropiat prea mult de o gaură neagră supermasivă și a fost sfâșiată de forțele mareice. Gaura neagră din această galaxie este estimată la aproximativ 5 milioane de mase solare — suficient de masivă încât efectele relativiste, deși în general subtile, devin observabile atunci când apare haosul asociat unui TDE.
După descoperirea optică, comunitatea astronomică a organizat rapid o campanie multi-frecvență. Instrumentele în raze X au înregistrat variații dramatice ale intensității la intervale de 19,6 zile, cu oscilații în flux de peste un ordin de mărime. La aceeași periodicitate, emisia radio de la sursă a crescut și a scăzut — dar cu variații ce acopereau mai mult de patru ordine de mărime. Elementul esențial este sincronizarea: modulațiile în raze X și în radio erau sincronizate, un indiciu puternic pentru un sistem disc–jet cuplabil rigid care suferă precesie.
Această sincronizare funcționează ca o dovadă directă. Raze X provin în principal din regiuni interioare, fierbinți, ale discului de acreție, pe măsură ce resturile stelare spiralează spre interior și radiază puternic, în timp ce undele radio sunt produse de procesele sincrotronice dintr-un jet relativist lansat în apropierea poliilor găurii negre. Atunci când ambele benzi spectrale fluctuează împreună la o perioadă repetitivă, indică un cuplaj dinamic între fluxul interior de acreție și regiunea de generare a jetului, sugerând precesia întregului sistem — oscilând precum o tărtăcuță în jurul axei de rotație a găurii negre.
Ce este tragerea de cadru și de ce contează
Tragerea de cadru, cunoscută și ca efectul Lense-Thirring, apare deoarece masa în rotație trage după sine spațiu-timpul. O analogie instructivă este amestecarea mierii cu o lingură: mierea din apropierea lingurii se rotește cel mai rapid, iar torsiunea scade cu distanța față de lingură. Pentru Pământ, tragerea de cadru a fost măsurată cu sateliți foarte preciși (de exemplu misiunea Gravity Probe B și măsurători geodezice), dar efectul este extrem de mic pe scara terestră. Însă în jurul unei găuri negre supermasive rotația generează un câmp gravitomagnetic puternic care poate exercita un cuplu asupra discului interior și asupra materiei învecinate pe scale de timp observabile.
În cadrul acestui TDE, modelele care cuplează un disc de acreție precesant cu un jet reușesc să reproducă amplitudinea și faza oscilațiilor în raze X și radio observate. Așa cum explică co-autorul principal Yanan Wang de la Academia Chineză de Științe: "O astfel de variabilitate sincronă, trans-bandă, cu amplitudini mari și aproape-periodică indică în mod puternic un cuplaj rigid între discul de acreție și jet, care precează ca un giroscop în jurul axei de rotație a găurii negre." Această interpretare reunește concepte din relativitatea generală, magnetohidrodinamică (MHD) și teoria formării jeturilor.
Astrofizicianul Cosimo Inserra de la Universitatea Cardiff plasează rezultatul într-un context istoric: "Acesta este un dar real pentru fizică, pentru că confirmăm predicții făcute acum mai bine de un secol. Mai mult, aceste observații ne oferă informații adiționale despre natura TDE-urilor — momentele în care o stea este sfâșiată de forțele gravitaționale copleșitoare ale unei găuri negre." În plus, datele sincronizate permit studii detaliate ale geometrii discului, ale setărilor magnetice și ale mecanismelor care conduc la lansarea jetului relativist.
Context științific, metode și modelare
Evenimentele de tip TDE sunt rare și relativ scurte în comparație cu sursele de acreție mai stabile, însă luminozitatea lor tranzitorie le transformă în laboratoare ideale pentru astrofizica relativistă. Când resturile stelare formează un disc de acreție, o parte din material cade spre interior și emite în raze X, în timp ce câmpurile magnetice pot canaliza alt material către jeturi bipolare care strălucesc în domeniul radio. Evenimentul LEDA 145386 a fost monitorizat după descoperirea optică de către ZTF, urmat de observații cu telescoape în raze X și observații radio coordonate, permițând măsurători precise de timing, amplitudine și proprietăți spectrale în multiple benzi.
Simulări numerice avansate și modele analitice ale precesiei Lense-Thirring arată că un disc nealiniat în jurul unei găuri negre în rotație va suferi precesie ca un corp rigid în anumite condiții — depinzând de parametrii discului, tensiunea viscosă, câmpurile magnetice și raportul dintre raza de vindecare (warp radius) și raza truncării discului. Periodicitatea observată de 19,6 zile, cuplajul strâns între disc și jet și variabilitatea radio extremă se potrivesc predicțiilor pentru tragerea de cadru acționând asupra unei găuri negre cu masa estimată la 5 milioane de mase solare. Astfel, modelul reunește elemente din relativitate generală (spinul găurii negre), din MHD (transportul de moment cinetic prin câmpuri magnetice) și din teoria radiației (sincrotron și comptonizare inversă) pentru a explica datele observate.
Santiago del Palacio de la Chalmers University a rezumat strategia observațională: "Când un nou TDE a fost descoperit de un telescop optic, asta ne-a declanșat să începem observațiile găurii negre în diferite lungimi de undă cât mai rapid posibil. Această reacție rapidă ne-a permis să surprindem semnalul repetitiv înainte ca el să dispară." Colaborările între sondaje optice cu câmp larg (wide-field), telescoape în raze X cu capacități de monitorizare rapidă și rețele radio sensibile sunt esențiale pentru capturarea dinamicii tranzitorii a TDE-urilor.
Metodele de analiză au inclus transformate Fourier și wavelet pentru detectarea periodicității quasi-periodice, analiza de corelație încrucișată pentru a verifica sincronizarea fazelor între benzile X și radio, și ajustări de modele teoretice care includ parametri precum rata de acreție, unghiul de înclinare al discului, intensitatea câmpului magnetic și valoarea spinului găurii negre. Compararea cu simulările GRMHD (relativitate generală magnetohidrodinamică) a adus dovezi că precesia coerentă a discului poate transmite impulsuri către regiunea de lansare a jetului, rezultând variații dominate de fiziсa relativistă și de geometria sistemului.
De ce această descoperire avansează fizica gravitației și astrofizica
- Testarea relativității generale: Detecția este o demonstrație în timp real a tragerii de cadru pe scări și în regimuri în care gravitația puternică domină — un instrument complementar testelor cu unde gravitaționale și cu imaginile orizontului găurilor negre (black-hole imaging).
- Cuplaj disc–jet: Variațiile sincronizate susțin existența unei legături dinamice strânse între fluxul de acreție interior și regiunea de lansare a jetului, ceea ce oferă informații esențiale pentru modelele de formare a jeturilor și pentru structura câmpului magnetic.
- Măsurarea spinului găurii negre: Precesia depinde direct de spinul găurii negre și de geometria discului; acumulând evenimente similare, cercetătorii pot constrânge parametrii de rotație pentru găurile negre altfel liniștite (quiescente).
Dincolo de știința imediată, studiul scoate în evidență puterea sondajelor optice cu câmp larg (de exemplu ZTF și, în curând, Vera C. Rubin Observatory) pentru detectarea timpurie a TDE-urilor și importanța unor urmăriri multi-frecvență rapide folosind observatoare în raze X și rețele radio pentru a surprinde dinamica tranzitorie. Capacitatea de a combina date de la telescoape optice, sateliți X și radiotelescoape interferometrice oferă o imagine completă a fenomenologiei TDE: de la fuziunea fluxului de acreție la mecanismele de colimare și la emisia coerentă și incoerentă observată în spectrele multi-bandă.
Expert Insight
„Observarea tragerii de cadru în acțiune transformă o predicție teoretică într-un instrument empiric”, spune Dr. Elena Marconi, o astrofiziciană cu experiență în fenomene de înaltă energie. „Fiecare TDE bine eșantionat ne oferă nu doar o imagine a fizicii relativiste, ci și un laborator pentru a măsura modul în care se nasc jeturile și cum reacționează acestea la gravitația puternică.” Observațiile combinate de temporizare și spectru permit cartografierea atât a geometriei sistemului (unghi de înclinare al discului, dimensiuni caracteristice), cât și a parametriilor fizici care alimentează variabilitatea (rate de acreție, intensitate de câmp magnetic, procese radiaționale).
Concluzie
Evenimentul de dezintegrare maree din LEDA 145386 reprezintă unul dintre cele mai convingătoare cazuri astrofizice în care o gaură neagră în rotație răsucește spațiu-timpul și forțează un sistem disc–jet să preceze. Prin sincronizarea observațiilor în raze X și în radio, astronomii au obținut o vedere dinamică a relativității generale în acțiune și au deschis o cale practică pentru măsurarea spinului găurii negre și pentru studiul fizicii jetului folosind evenimente tranzitorii. Pe măsură ce noi telescoape de sondaj și rețele multi-frecvență coordonate vor intra în funcțiune, descoperiri similare ar trebui să devină mai frecvente, oferind teste tot mai bogate ale gravitației în cosmos și informații mai profunde despre formarea și evoluția jeturilor relativiste.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu