Come vortici nell'oceano, buchi neri rotanti nello spazio creano un torrente vorticoso intorno a loro. Però, i buchi neri non creano vortici di vento o acqua. Piuttosto, generano dischi di gas e polvere riscaldati a centinaia di milioni di gradi che brillano alla luce dei raggi X.

Utilizzando i dati dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e gli allineamenti casuali su miliardi di anni luce, gli astronomi hanno implementato una nuova tecnica per misurare lo spin di cinque buchi neri supermassicci. La materia in uno di questi vortici cosmici sta vorticando attorno al suo buco nero a una velocità superiore a circa il 70% della velocità della luce.

Gli astronomi hanno approfittato di un fenomeno naturale chiamato lente gravitazionale. Con il giusto allineamento, la piegatura dello spazio-tempo da parte di un oggetto massiccio, come una grande galassia, può ingrandire e produrre più immagini di un oggetto distante, come previsto da Einstein.

In quest'ultima ricerca, gli astronomi hanno usato Chandra e le lenti gravitazionali per studiare sei quasar, ciascuno costituito da un buco nero supermassiccio che consuma rapidamente materia da un disco di accrescimento circostante. La lente gravitazionale della luce da ciascuno di questi quasar da parte di una galassia interposta ha creato più immagini di ogni quasar, come mostrato da queste immagini di Chandra di quattro dei bersagli. La nitida capacità di imaging di Chandra è necessaria per separare il multiplo, immagini lente di ogni quasar.

Il progresso chiave fatto dai ricercatori in questo studio è stato che hanno sfruttato il "microlensing, "dove singole stelle nell'intervenire, lensing galaxy ha fornito un ulteriore ingrandimento della luce del quasar. Un ingrandimento maggiore significa che una regione più piccola sta producendo l'emissione di raggi X.

I ricercatori hanno quindi utilizzato la proprietà che un buco nero rotante trascina con sé lo spazio e consente alla materia di orbitare più vicino al buco nero di quanto sia possibile per un buco nero non rotante. Perciò, una regione di emissione più piccola corrispondente a un'orbita stretta generalmente implica un buco nero che ruota più rapidamente. Gli autori hanno concluso dalla loro analisi del microlensing che i raggi X provengono da una regione così piccola che i buchi neri devono ruotare rapidamente.

I risultati hanno mostrato che uno dei buchi neri, nel quasar lente chiamato "Croce di Einstein, " sta girando a, o quasi a, la tariffa massima possibile. Questo corrisponde all'orizzonte degli eventi, il punto di non ritorno del buco nero, girando alla velocità della luce, che è di circa 670 milioni di miglia all'ora. Altri quattro buchi neri nel campione stanno ruotando, in media, a circa la metà di questo tasso massimo. (Il 6 non ha consentito una stima dello spin.)

Per la Croce di Einstein l'emissione di raggi X proviene da una parte del disco che è inferiore a circa 2,5 volte la dimensione dell'orizzonte degli eventi, e per gli altri 4 quasar i raggi X provengono da una regione da quattro a cinque volte la dimensione dell'orizzonte degli eventi.

Come possono questi buchi neri ruotare così velocemente? I ricercatori pensano che questi buchi neri supermassicci probabilmente siano cresciuti accumulando la maggior parte del loro materiale in miliardi di anni da un disco di accrescimento che ruotava con un orientamento e una direzione di rotazione simili. piuttosto che da direzioni casuali. Come una giostra che continua a essere spinta nella stessa direzione, i buchi neri continuavano a prendere velocità.

I raggi X rilevati da Chandra vengono prodotti quando il disco di accrescimento che circonda il buco nero crea una nuvola multimilionaria, o corona, sopra il disco vicino al buco nero. I raggi X di questa corona si riflettono sul bordo interno del disco di accrescimento, e le forti forze gravitazionali vicino al buco nero distorcono lo spettro dei raggi X riflessi, questo è, la quantità di raggi X visti a diverse energie. Le grandi distorsioni osservate negli spettri a raggi X dei quasar qui studiati implicano che il bordo interno del disco deve essere vicino ai buchi neri, dando ulteriore prova che devono girare rapidamente.

I quasar si trovano a distanze che vanno da 8,8 miliardi a 10,9 miliardi di anni luce dalla Terra, ei buchi neri hanno masse comprese tra 160 e 500 milioni di volte quella del sole. Queste osservazioni sono state le più lunghe mai fatte con Chandra di quasar a lente gravitazionale, con tempi di esposizione totali compresi tra 1,7 e 5,4 giorni.