Vi är alla fascinerade av svarta hål. Vi frågar astronomer om dem, vi läser om dem i nyheterna och de dyker upp i TV-program och filmer. Men för all vår nyfikenhet kring dessa kosmiska djur vet vi fortfarande inte allt om dem. De slår igenom reglerna genom att vara svåra att studera och upptäcka. Astronomer räknar fortfarande ut den exakta mekaniken för hur stjärna svarta hål bildas när massiva stjärnor dör.
Allt detta görs tuffare av det faktum att vi inte har sett ett svart hål på nära håll. Att komma nära en (om vi kunde) skulle vara mycket farligt. Ingen skulle överleva ens en nära borste med ett av dessa monster med hög tyngdkraft. Så astronomer gör vad de kan för att förstå dem på avstånd. De använder ljus (synliga, röntgen-, radio- och ultravioletta utsläpp) som kommer från området runt det svarta hålet för att göra några mycket skarpa avdrag om dess massa, snurr, dess jet och andra egenskaper. Sedan matar de allt detta i datorprogram som är utformade för att modellera svart hålaktivitet. Datormodeller baserade på faktiska observationsdata från svarta hål hjälper dem att simulera vad som händer vid svarta hål, särskilt när man gabbar upp något.
Vad en datormodell visar oss
Låt oss säga att det finns någonstans i universum, mitt i en galax som vår egen Vintergata, ett svart hål. Plötsligt en intensiv blixt av strålning blossar ut från området med det svarta hålet. Vad har hänt? En närliggande stjärna har vandrat in i ackretionsskivan (skivan med material som går i det svarta hålet), korsat händelsen horisont (tyngdpunkten utan återgång runt ett svart hål), och rivs isär av den intensiva tyngdkraften dra. Stjärngaserna upphettas när stjärnan strimlas. Den här strålningen är dess sista kommunikation till omvärlden innan den försvinner för alltid.
Tell-Tale-strålningssignaturen
Dessa strålningsunderskrifter är viktiga ledtrådar till själva förekomsten av ett svart hål, som inte avger någon egen strålning. All strålning vi ser kommer från föremålen och materialet runt den. Så astronomer letar efter de tydliga strålningssignaturerna av materia som sopas upp av svarta hål: röntgenstrålar eller radioutsläpp, eftersom händelserna som avger dem är mycket energiska.
Efter att ha studerat svarta hål i avlägsna galaxer märkte astronomer att vissa galaxer plötsligt lyser upp vid sina kärnor och sedan sakta dunka ner. Egenskaperna hos det avgivna ljuset och neddämningstiden blev känd som signaturer av svarthålshöjningsskivor som äter närliggande stjärnor och gasmoln, som avger strålning.
Data gör modellen
Med tillräckligt med data om dessa uppblåsningar i galaxernas hjärtan, kan astronomer använda superdatorer för att simulera de dynamiska krafterna som arbetar i regionen runt ett supermassivt svart hål. Vad de har hittat berättar mycket om hur dessa svarta hål fungerar och hur ofta de lyser upp sina galaktiska värdar.
Till exempel en galax som vår Vintergatan med sitt centrala svarta hål kanske gabbar upp i genomsnitt en stjärna var 10 000 år. Strålningens strålning från en sådan högtid bleknar mycket snabbt. Så om vi missar showen, kanske vi inte ser den igen på länge. Men det finns många galaxer. Astronomer undersöker så många som möjligt för att leta efter strålningsutbrott.
Under de kommande åren kommer astronomer att avlägsnas med data från sådana projekt som Pan-STARRS, GALEX, Palomar Transient Factory och andra kommande astronomiska undersökningar. Det kommer att finnas hundratals händelser i deras datamängder att utforska. Det borde verkligen öka vår förståelse av svarta hål och stjärnorna runt dem. Datormodeller kommer att fortsätta spela en stor roll när de studerar de fortsatta mysterierna för dessa kosmiska monster.