Warum funkeln Schwarze Löcher? Wissenschaftler untersuchten 5,000 sternenfressende Behemoths, um das herauszufinden

Schwarze Löcher sind bizarre Dinge, selbst nach den Maßstäben der Astronomen. Ihre Masse ist so groß, dass sie den Raum so eng um sie herum krümmt, dass nichts entweichen kann, nicht einmal das Licht selbst.

Und doch, trotz ihrer berühmten Schwärze, einige Schwarze Löcher sind gut sichtbar. Das Gas und die Sterne, die diese galaktischen Vakuums verschlingen, werden vor ihrer Einwegreise in das Loch in eine leuchtende Scheibe gesaugt, und diese Scheiben können heller leuchten als ganze Galaxien.

Noch seltsamer, diese schwarzen Löcher funkeln. Die Helligkeit der leuchtenden Scheiben kann von Tag zu Tag schwanken, und niemand weiß genau warum.

Meine Kollegen und ich schlossen uns den Bemühungen der NASA zur Asteroidenabwehr an, um fünf Jahre lang mehr als 5,000 der am schnellsten wachsenden Schwarzen Löcher am Himmel zu beobachten, um zu verstehen, warum dieses Funkeln auftritt. In ein neues Papier rein Natur Astronomie, Wir berichten unsere Antwort: eine Art Turbulenz, die durch Reibung und intensive Gravitations- und Magnetfelder angetrieben wird.

Gigantische Sternenfresser

Wir untersuchen supermassive Schwarze Löcher, die Art, die in den Zentren von Galaxien sitzen und so massiv sind wie Millionen oder Milliarden von Sonnen.

Unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, hat einen dieser Riesen mit einer Masse von etwa vier Millionen Sonnen in ihrem Zentrum. Die rund 200 Milliarden Sterne, aus denen der Rest der Galaxie (einschließlich unserer Sonne) besteht, kreisen zum größten Teil glücklich um das Schwarze Loch im Zentrum.

Allerdings geht es nicht in allen Galaxien so friedlich zu. Wenn Galaxienpaare durch die Schwerkraft aneinander ziehen, werden viele Sterne möglicherweise zu nahe an das Schwarze Loch ihrer Galaxie gezogen. Das endet böse für die Sterne: Sie werden zerrissen und verschlungen.

Wir sind zuversichtlich, dass dies in Galaxien mit Schwarzen Löchern passiert sein muss, die so viel wiegen wie eine Milliarde Sonnen, weil wir uns nicht vorstellen können, wie sie sonst so groß werden könnten. Es könnte in der Vergangenheit auch in der Milchstraße passiert sein.

Schwarze Löcher können sich auch langsamer und sanfter ernähren: indem sie Gaswolken einsaugen, die von geriatrischen Sternen, den sogenannten Roten Riesen, ausgestoßen werden.

Fütterungszeit

In unserer neuen Studie haben wir uns den Fütterungsprozess der 5,000 am schnellsten wachsenden Schwarzen Löcher im Universum genau angesehen.

In früheren Studien haben wir die Schwarzen Löcher mit dem unersättlichsten Appetit entdeckt. Letztes Jahr haben wir ein schwarzes Loch gefunden, das frisst jede Sekunde eine ganze Menge Zeug. 2018 haben wir einen gefunden, der isst alle 48 Stunden eine ganze Sonne.

Aber wir haben viele Fragen zu ihrem tatsächlichen Fressverhalten. Wir wissen, dass Material auf seinem Weg in das Loch spiralförmig zu einer leuchtenden „Akkretionsscheibe“ wird, die hell genug sein kann, um ganze Galaxien zu überstrahlen. Diese sich sichtbar ernährenden Schwarzen Löcher werden Quasare genannt.

Die meisten dieser Schwarzen Löcher sind sehr, sehr weit entfernt – viel zu weit, als dass wir irgendwelche Details der Scheibe erkennen könnten. Wir haben einige Bilder von Akkretionsscheiben um nahe gelegene Schwarze Löcher, aber sie atmen lediglich kosmisches Gas ein, anstatt sich an Sternen zu ergötzen.

Fünf Jahre flackernde schwarze Löcher

In unser neues Werkhaben wir Daten des ATLAS-Teleskops der NASA auf Hawaii verwendet. Es scannt jede Nacht den gesamten Himmel (wetterabhängig) und hält Ausschau nach Asteroiden, die sich der Erde aus der äußeren Dunkelheit nähern.

Diese Scans des ganzen Himmels liefern zufällig auch eine nächtliche Aufzeichnung des Leuchtens hungriger Schwarzer Löcher tief im Hintergrund. Unser Team hat einen Fünfjahresfilm von jedem dieser Schwarzen Löcher zusammengestellt, der die täglichen Helligkeitsänderungen zeigt, die durch den blubbernden und kochenden, leuchtenden Strudel der Akkretionsscheibe verursacht werden.

Das Funkeln dieser Schwarzen Löcher kann uns etwas über Akkretionsscheiben verraten.

1998 schlugen die Astrophysiker Steven Balbus und John Hawley eine Theorie von „magnetorotatorische Instabilitäten“, der beschreibt, wie Magnetfelder Turbulenzen in den Scheiben verursachen können. Wenn das die richtige Idee ist, sollten die Scheiben in regelmäßigen Mustern brutzeln. Sie würden in zufälligen Mustern funkeln, die sich entfalten, wenn die Scheiben umkreisen. Größere Scheiben umkreisen langsamer mit einem langsamen Funkeln, während engere und schnellere Umlaufbahnen in kleineren Scheiben schneller blinken.

Aber würden sich die Discs in der realen Welt als so einfach erweisen, ohne weitere Komplexität? (Ob „einfach“ das richtige Wort für Turbulenzen in einer ultradichten, außer Kontrolle geratenen Umgebung ist, die in intensive Gravitations- und Magnetfelder eingebettet ist, wo der Raum selbst bis an seine Grenzen gebogen ist, ist vielleicht eine andere Frage).

Mit statistischen Methoden haben wir gemessen, wie stark das von unseren 5,000 Scheiben ausgestrahlte Licht im Laufe der Zeit flackerte. Das Flackermuster sah bei jedem etwas anders aus.

Aber als wir sie nach Größe, Helligkeit und Farbe sortierten, entdeckten wir faszinierende Muster. Wir waren in der Lage, die Umlaufgeschwindigkeit jeder Scheibe zu bestimmen – und sobald Sie Ihre Uhr so ​​eingestellt hatten, dass sie mit der Geschwindigkeit der Scheibe lief, sahen alle flackernden Muster gleich aus.

Dieses universelle Verhalten wird tatsächlich von der Theorie der „Magneto-Rotations-Instabilitäten“ vorhergesagt. Das war tröstlich! Das bedeutet, dass diese verblüffenden Strudel doch „einfach“ sind.

Und es eröffnet neue Möglichkeiten. Wir glauben, dass die verbleibenden subtilen Unterschiede zwischen Akkretionsscheiben darauf zurückzuführen sind, dass wir sie aus unterschiedlichen Richtungen betrachten.

Der nächste Schritt besteht darin, diese subtilen Unterschiede genauer zu untersuchen und zu sehen, ob sie Hinweise enthalten, um die Ausrichtung eines Schwarzen Lochs zu erkennen. Schließlich könnten unsere zukünftigen Messungen von Schwarzen Löchern sogar noch genauer sein.

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

Bild-Kredit: EHT-Zusammenarbeit

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• Quelle: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/