Среда, 21 февраля, 2024
ДомойКосмосИзюминка Эйнштейна: астрофизики из Принстона разгадывают тайну струй черных дыр и галактических...

Изюминка Эйнштейна: астрофизики из Принстона разгадывают тайну струй черных дыр и галактических «световых мечей»

- Advertisement -

Исследователи из Принстона обнаружили, что черная дыра M87* выбрасывает энергию наружу, способствуя образованию массивных джетов. Это открытие, основанное на теории относительности Эйнштейна, бросает вызов традиционным представлениям о черных дырах и может быть дополнительно проверено с помощью современных телескопов. Исследование открывает новые возможности в понимании динамики черных дыр, хотя и не дает окончательного объяснения источника энергии джетов. Фото: SciTechDaily.com

Команда астрофизиков из Принстона теперь окончательно определила, что энергия, близкая к черная дыра M87* продвигает вовне, а не внутрь, давнюю дискуссию в этой области.

Единственное, что всем известно о черных дырах, это то, что в них засасывается абсолютно все, что находится поблизости.

Почти все, оказывается.

«Несмотря на то, что черные дыры определяются как объекты, из которых ничто не может ускользнуть, одно из удивительных предсказаний теории относительности Эйнштейна заключается в том, что черные дыры действительно могут терять энергию», — говорит астрофизик Элиот Кватарт, профессор астрономии Чарльза А. Янга из Принстона. Выпуск 1897 года Фонда. «Они могут вращаться, и точно так же, как волчок со временем замедляется и теряет энергию при вращении, вращающаяся черная дыра также может отдавать энергию своему окружению».

Ученые широко приняли эту модель с 1970-х годов. Они знали, что магнитные поля, вероятно, извлекают энергию из вращающихся черных дыр, но они не знали, как это сделать.

Команда астрофизиков из Принстона теперь окончательно определила, что энергия вблизи горизонта событий черной дыры M87* движется наружу, а не внутрь. (M87 — это название галактики Мессье 87, поэтому черная дыра в ее центре обозначается M87*.) Исследователи также создали способ проверить предсказание о том, что черные дыры теряют энергию вращения, сказал Кватарт, и установить ее та энергия, которая производит «невероятно мощные потоки, которые мы видим и называем струями».

Анимация, показывающая, как магнитное поле, пересекающее горизонт событий черной дыры, скручивается по мере того, как черная дыра вращается быстрее. Черная дыра, вращающаяся быстрее, «закручивает» магнитное поле быстрее, в результате чего черная дыра теряет больше энергии в свое окружение. Команда астрофизиков из Принстона наблюдала закручивание линий магнитного поля на изображениях линейной поляризации черных дыр, полученных телескопом Event Horizon. Фото: Видео Джорджа Вонга, Институт перспективных исследований и Университет Принстон

Эти струи оттока энергии «по сути похожи на миллионысветовой год-длинные световые мечи джедаев», — сказал бывший постдок Принстона Александру Лупсаска, и они могут выдвигаться в 10 раз длиннее, чем Млечный Путь галактика.

Результаты их работы недавно были опубликованы в Астрофизический журнал. Эндрю Чел, научный сотрудник в области астрофизики, является первым автором статьи. Он и соавтор Джордж Вонг являются членами Телескоп горизонта событий команда и сыграли решающую роль в разработке моделей, которые используются для интерпретации черных дыр. Чейл, Вонг, Лупсаска и Кваерт — все теоретики, связанные с Принстонская инициатива гравитации.

Команда отдала должное Челу за жизненно важную идею, лежащую в основе новой статьи: направление, в котором спиралевидные линии магнитного поля закручиваются, показывает направление потока энергии. После этого «остальное как бы встало на свои места», — сказал Кватарт.

Черная дыра M87* (звездочкой обозначена черная дыра в центре галактики M87) привлекла внимание всего мира, когда ее впервые обнаружил телескоп «Горизонт событий». С тех пор астрофизики Принстона обнаружили, что закручивающееся магнитное поле вокруг черной дыры определяет характерную спираль поляризации, наблюдаемую на изображениях черной дыры. В частности, направление потока энергии (от дырки к полю или наоборот) определяет, как закручивается поляризация. Измеряя направление спирали поляризации, можно сделать вывод, извлекает ли магнитное поле энергию вращения из дыры или перекачивает в нее энергию вращения. Фото: Модель Эндрю Чела, Джорджа Вонга, Александру Лупсаски и Элиота Катарта, Princeton Gravity Initiative.

«Если вы взяли Землю, превратили ее всю в тротил и взрывали ее 1000 раз в секунду в течение миллионов и миллионов лет, именно такое количество энергии мы получаем из M87», — сказал Вонг, научный сотрудник М87. Принстонской инициативы по гравитации и член Института перспективных исследований.

Ученым уже несколько десятилетий известно, что когда черная дыра начинает вращаться, она увлекает за собой ткань пространства-времени. Линии магнитного поля, проходящие через черную дыру, затягиваются, что замедляет вращение, что приводит к выделению энергии.

«Наш новый, точный прогноз заключается в том, что всякий раз, когда вы смотрите на астрофизическую черную дыру, если к ней прикреплены линии магнитного поля, будет происходить передача энергии — поистине безумные объемы передачи энергии», — сказал Лупсаска, бывший научный сотрудник Принстон, который сейчас является доцентом кафедры физики и математики в Университете Вандербильта и выиграл Премия «Новые горизонты в физике» 2024 г. от Фонда премии «Прорыв» за исследования черной дыры.

Хотя поток энергии вблизи горизонта событий M87* течет наружу, команда заявила, что теоретически поток энергии может идти внутрь, в другую черную дыру. Они уверены в своей связи между потоком энергии и направлением силовых линий магнитного поля, и их предсказание о том, что поток энергии исходит из черной дыры, будет проверено с запуском пока еще теоретического космического корабля.следующее поколениеТелескоп горизонта событий.

По словам Вонга, последние полтора года исследователи черных дыр по всему миру предлагали характеристики будущего инструмента. «Такие статьи, как наша, могут сыграть решающую роль в определении того, что нам нужно. Я думаю, что это невероятно захватывающее время».

Четверо исследователей подчеркнули в своей статье, что они не доказали окончательно, что вращение черной дыры «действительно приводит в движение внегалактическую струю», хотя данные определенно склоняются в этом направлении. Несмотря на то, что уровни энергии, показанные их моделью, соизмеримы с потребностями реактивных самолетов, они не могли исключить возможность того, что реактивный самолет может приводиться в движение за счет вращения. плазма за пределами черной дыры. «Я думаю, что весьма вероятно, что черная дыра питает реактивный самолет, но мы не можем этого доказать», — сказал Лупсаска. «Еще.»

Ссылка: «Поляриметрия черных дыр I. Признак извлечения электромагнитной энергии», Эндрю Чел, Александру Лупсаска, Джордж Н. Вонг и Элиот Кватарт, 14 ноября 2023 г., Астрофизический журнал.
DOI: 10.3847/1538-4357/acf92d

Исследование было поддержано Принстонской инициативой по гравитации, стипендией Тэплина, Национальным научным фондом (грант 2307888) и премией Фонда Саймонса для исследователей.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме