Детайлното обяснение на това как материята пада върху черна дупка отвъд хоризонта на събитията бе разкрито в нова статия.
Както още Айнщайн твърди в своята теория за гравитацията, има точка, в която материята спира да обикаля около черната дупка и пада право надолу, спускайки се стремглаво отвъд точката, от която няма връщане назад. Но сега, в рентгеновите данни на активна черна дупка, най-накрая видяхме доказателство, че тази "падаща област" съществува.
"Теорията на Айнщайн предсказваше, че това последно потъване съществува, но за първи път успяхме да демонстрираме, че това е така," казва физикът Андрю Мъмъри от Оксфордския университет във Великобритания. "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 не е просто удобно сравнение: то е толкова подходящо, че учените използват вихрите на водата, за да изучават средата около черните дупки.
Изследването на самите черни дупки е малко по-сложно, тъй като изкривеното пространство-време около тях е толкова екстремно.
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 пада право надолу – като вода през ръба на този аналогичен отводнителен канал.
Няма причина да смятаме, че това не е така – материята трябва да премине през хоризонта на събитията по някакъв начин, а теорията на Айнщайн за гравитацията е издържала на проверката във всички случаи – но това, в което астрофизиците не са били сигурни, е дали ще можем да го открием.
Работата на Мъмъри и неговите колеги се състои от няколко части. Една от тях беше разработването на числени симулации и модели, които изобразяват потъващата област, за да разкрият вида на излъчваната от нея светлина. След това те се нуждаеха от доказателства, които да съдържат същото излъчване на потъващия регион.
Важната черна дупка се намира в система, отдалечена на около 10 000 светлинни години, наречена MAXI J1820+070. Тази система съдържа черна дупка с маса около 8,5 пъти по-голяма от масата на Слънцето – и двойна звезда-спътник, от която черната дупка отнема материал, докато двойката обекти обикаля в орбита, излъчвайки подобни на рентгенови трептения.
Астрономите наблюдават тази черна дупка, за да разберат по-добре нейното поведение, така че изследователите успяха да получат достъп до много висококачествени данни, получени с помощта на рентгеновите инструменти NuSTAR и NICER в ниска околоземна орбита. По-специално те се фокусираха върху избухването, което се случи през 2018 г.
Предходни изследвания бяха отбелязали, че при наблюденията на това избухване е открито допълнително сияние, което не може да бъде напълно обяснено.
Проучване от 2020 г. предположи, че това сияние може да се появи от най-вътрешната стабилна област на кръговата орбита – т.е. зоната на потапяне. Мъмъри и колегите му изследваха това сияние с особено внимание и установиха, че то съвпада с излъчването, което получиха от своите симулации.
Това, казват изследователите, окончателно установява съществуването на зоната на падане, без съмнение, давайки ни ново разбиране за 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 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. Това последно потапяне на плазмата се случва на самия ръб на черната дупка и показва как материята реагира на гравитацията в най-силната ѝ възможна форма."