M87's forudgående jet afslører det sorte huls hurtige spin – Physics World

M87's forudgående jet afslører det sorte huls hurtige spin – Physics World

Tidsstempel: 6. oktober 2023 kl. 9

Kunstnerens indtryk af det sorte hul i midten af ​​M87
Tilted accretion disc model Kunstnerens indtryk af det sorte hul i midten af ​​M87, der viser, hvordan tilvækstskiven og strålen er forkert justeret med det sorte huls rotationsakse. (Med høflighed: Yuzhu Cui et al. (2023), Intouchable Lab@Openverse og Zhejiang Lab)

Den relativistiske jet, der udgår fra det sorte hul i hjertet af galaksen Messier 87 (M87), vakler, mens den trækkes rundt af det roterende sorte hul, har nye radioobservationer fundet. Dette er det første direkte bevis på, at kraftige jetfly fra aktive galakser drives af sorte huller, der roterer hurtigt, ikke langsomt.

M87 er den gigantiske elliptiske galakse, der findes i hjertet af Virgo-galaksehoben, 55 millioner lysår væk. Det er berømt for at være hjemsted for det første supermassive sorte hul, der har sin "skygge" afbilledet af Event Horizon Telescope, tilbage i 2019. M87 producerer også en kraftig stråle af ladede partikler, der strækker sig mindst 5000 lysår fra det sorte hul. Dette jetfly er så stort og lyst, at det endda er synligt på billeder taget af amatørastronomer med haveudstyr.

Selvom M87 var den første galakse fundet til at huse en relativistisk jetfly for over et århundrede siden, er tusindvis af galakser og kvasarer nu kendt for at have jetfly. Materialet i sådanne jetfly opgraves af magnetiske felter fra en tilvækstskive af materiale, der spiraler rundt om det sorte hul. Teorien hævdede, at energien til strålen udvindes fra det sorte huls rotationsenergi.

Nu er et internationalt hold af astronomer - ledet af Yuzhu Cui fra Zhejiang Laboratory i Hangzhou, Kina, og Kazuhiro Hada fra Japans Graduate University for Advanced Studies og National Astronomical Observatory of Japan – har foretaget de første observationer, der direkte understøtter denne teori, og har offentliggjort resultaterne i Natur.

"En af de vigtigste implikationer fra denne undersøgelse er, at et snurrende sort hul er essentielt for at generere en kraftig relativistisk jet som set i M87 og andre radiogalakser eller kvasarer," fortæller Hada Fysik verden.

"Hvis resultatet bliver bekræftet, ville det virkelig være et kæmpe spring i vores forståelse af jetfly," tilføjer Yannis Liodakis fra University of Turku i Finland, som ikke var involveret i undersøgelsen. I 2022 var Liodakis hovedforfatter af en papir ind Natur der fandt stødfronter og turbulens i M87's jetfly.

Snurretop

Kombinerer 17 års radio-astronomi-observationer fra Østasiatiske VLBI-netværk (EAVN), den Meget lang baseline-array (VLBA), den fælles række af KVN og VERA (KaVA) og Østasien til Italien Næsten globalt (EATING) VLBI-netværk, der beløber sig til mere end 20 radioteleskoper i alt, opdagede Hada og holdet, at M87's jetfly er på vej.

Tænk på en snurretop, og hvordan dens rotationsakse ser ud til at vandre rundt i en cirkel. Strålen i M87 er vinkelret på tilvækstskiven, men både stråle og skive er forkert justeret i forhold til det sorte huls rotationsakse. Når det sorte hul drejer, trækker det rum-tid rundt med sig - en effekt kendt som "frame-dragging". Mens den gør det, trækker den tilvækstskiven rundt, hvilket bevirker, at den retning, som strålen uden for aksen peger, forsænker sig eller slingrer med cirka 10 grader med en periode på omkring 11 år.

I 1973 fremsatte fysikeren John Wheeler sin sætning uden hår – at et sort hul fuldt ud kan karakteriseres ved kun tre parametre: dets masse, dets elektriske ladning og dets vinkelmomentum (“håret” er en metafor for alt andet – al anden information kommer ind i det sorte hul og bliver utilgængelig). Massen af ​​M87's supermassive sorte hul er omkring 6.5 milliarder gange vores Sols masse, og dens elektriske ladning anses for at være ubetydelig. På trods af denne måling af strålens præcession, når den trækkes rundt af det roterende sorte hul, er det endnu ikke muligt at definere en hastighed for det spin.

Sort huls spinhastighed

Man kan dog formode, at sorte huller med kraftige jetfly vil have hurtige spins, mens sorte huller uden jets vil have en tendens til at spinde langsommere.

"Jetprecessionsperioden afhænger af både sort huls spin og størrelsen af ​​accretionsskiven," siger Hada. Desværre er størrelsen på M87's disk ikke kendt. I deres teoretiske modellering antog holdet 40 rotationer om året, men det er kun én mulig løsning – forskellige spinværdier med forskellige skivestørrelser kunne også forklare graden af ​​præcession.

"Alligevel er det meget sandsynligt, at det sorte huls rotationstidsskala er meget kortere end for jet- og diskprecession," siger Hada. "At måle værdien af ​​dette spin er præcis vores næste skridt at gå. Forhåbentlig vil dette være muligt ved at kombinere vores jetovervågning og en sort hul-film fra Event Horizon Telescope."

Liodakis påpeger, hvor vigtigt det er at vide, at hurtigt roterende sorte huller driver jetfly, fordi det vil hjælpe astronomer med at begrænse størrelsen af ​​tilvækstskiven i midten af ​​en galakse som M87 og sammensætningen af ​​sådanne jetfly.

"Det er ikke et uventet resultat," siger Liodakis. "Men det er bestemt dejligt at få direkte bekræftelse."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden