Ο εκτοξευόμενος πίδακας του M87 αποκαλύπτει τη γρήγορη περιστροφή της μαύρης τρύπας – Physics World

Ο σχετικιστικός πίδακας που εκπέμπεται από τη μαύρη τρύπα στην καρδιά του γαλαξία Messier 87 (M87) ταλαντεύεται καθώς σέρνεται γύρω από την περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, σύμφωνα με νέες ραδιοπαρατηρήσεις. Αυτή είναι η πρώτη άμεση απόδειξη ότι ισχυροί πίδακες από ενεργούς γαλαξίες οδηγούνται από μαύρες τρύπες που περιστρέφονται γρήγορα, όχι αργά.

Ο M87 είναι ο γιγάντιος ελλειπτικός γαλαξίας που βρίσκεται στην καρδιά του σμήνους γαλαξιών Virgo, 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Είναι διάσημο επειδή είναι το σπίτι της πρώτης υπερμεγέθους μαύρης τρύπας που έχει τη «σκιά» της που απεικονίστηκε από το τηλεσκόπιο Event Horizon, πίσω στο 2019. Το M87 παράγει επίσης έναν ισχυρό πίδακα φορτισμένων σωματιδίων που εκτείνονται σε απόσταση τουλάχιστον 5000 ετών φωτός από τη μαύρη τρύπα. Αυτός ο πίδακας είναι τόσο μεγάλος και φωτεινός που είναι ορατό ακόμη και σε εικόνες που τραβήχτηκαν από ερασιτέχνες αστρονόμους με εξοπλισμό κήπου.

Αν και ο Μ87 ήταν ο πρώτος γαλαξίας που βρέθηκε να φιλοξενεί σχετικιστικό πίδακα πριν από έναν αιώνα, χιλιάδες γαλαξίες και κβάζαρ είναι πλέον γνωστό ότι έχουν πίδακες. Το υλικό σε τέτοιους πίδακες αναρροφάται από μαγνητικά πεδία από έναν δίσκο συσσώρευσης υλικού που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα. Η θεωρία υπέθεσε ότι η ενέργεια για τον πίδακα εξάγεται από την περιστροφική ενέργεια της μαύρης τρύπας.

Τώρα, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων – με επικεφαλής τον Yuzhu Cui του Εργαστηρίου Zhejiang στο Hangzhou της Κίνας και Καζουχίρο Χάντα του Μεταπτυχιακού Πανεπιστημίου της Ιαπωνίας για Προηγμένες Σπουδές και του Εθνικού Αστρονομικού Παρατηρητηρίου της Ιαπωνίας – έκανε τις πρώτες παρατηρήσεις που υποστηρίζουν άμεσα αυτή τη θεωρία, δημοσιεύοντας τα αποτελέσματα στο Φύση.

«Μία από τις πιο σημαντικές συνέπειες αυτής της μελέτης είναι ότι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα είναι απαραίτητη για τη δημιουργία ενός ισχυρού σχετικιστικού πίδακα όπως φαίνεται στον M87 και σε άλλους ραδιογαλαξίες ή κβάζαρ», λέει ο Hada. Κόσμος Φυσικής.

«Εάν το αποτέλεσμα επιβεβαιωθεί, θα ήταν πραγματικά ένα τεράστιο άλμα στην κατανόησή μας για τα τζετ», προσθέτει Γιάννης Λιοδάκης του Πανεπιστημίου Turku στη Φινλανδία, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Το 2022 ο Λιοδάκης ήταν ο κύριος συγγραφέας του α χαρτί σε Φύση που βρήκε μέτωπα κρούσης και αναταράξεις στο τζετ του M87.

Σβούρα

Συνδυάζοντας παρατηρήσεις ραδιοαστρονομίας 17 ετών από το Δίκτυο VLBI Ανατολικής Ασίας (ΕΑΥΝ), η Πολύ μακρύς πίνακας γραμμής βάσης (VLBA), η κοινή συστοιχία KVN και VERA (KaVA) Και η Ανατολική Ασία προς Ιταλία Σχεδόν παγκόσμιο (EATING) δίκτυο VLBI, που αντιστοιχεί σε περισσότερα από 20 ραδιοτηλεσκόπια συνολικά, ο Hada και η ομάδα ανακάλυψαν ότι το τζετ του M87 προχωρά.

Σκεφτείτε μια περιστρεφόμενη κορυφή και πώς ο άξονας περιστροφής της φαίνεται να περιφέρεται σε κύκλο. Ο πίδακας στο M87 είναι κάθετος στον δίσκο προσαύξησης, αλλά τόσο ο πίδακας όσο και ο δίσκος δεν είναι ευθυγραμμισμένοι σε σχέση με τον άξονα περιστροφής της μαύρης τρύπας. Καθώς η μαύρη τρύπα περιστρέφεται, σέρνει τον χωροχρόνο μαζί της – ένα φαινόμενο γνωστό ως «σύρσιμο πλαισίου». Καθώς το κάνει, τραβάει τον δίσκο προσαύξησης γύρω, προκαλώντας την κατεύθυνση που δείχνει ο πίδακας εκτός άξονα να προχωρεί ή να ταλαντεύεται κατά περίπου 10 μοίρες με μια περίοδο περίπου 11 ετών.

Το 1973, ο φυσικός John Wheeler έθεσε περίφημα το θεώρημά του χωρίς τρίχες – ότι μια μαύρη τρύπα μπορεί να χαρακτηριστεί πλήρως από τρεις μόνο παραμέτρους: τη μάζα της, το ηλεκτρικό της φορτίο και τη γωνιακή της ορμή (η «τρίχα» είναι μια μεταφορά για οτιδήποτε άλλο – όλες οι άλλες πληροφορίες εισέρχονται στη μαύρη τρύπα και γίνονται απρόσιτες). Η μάζα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας του M87 είναι περίπου 6.5 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας και το ηλεκτρικό της φορτίο θεωρείται αμελητέο. Ωστόσο, παρά αυτή τη μέτρηση της μετάπτωσης του πίδακα καθώς σέρνεται γύρω από την περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, δεν είναι ακόμη δυνατό να καθοριστεί ένας ρυθμός για αυτήν την περιστροφή.

Ρυθμός περιστροφής μαύρης τρύπας

Ωστόσο, θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι οι μαύρες τρύπες με ισχυρούς πίδακες θα έχουν γρήγορες περιστροφές, ενώ οι μαύρες τρύπες χωρίς πίδακες θα τείνουν να περιστρέφονται πιο αργά.

«Η περίοδος μετάπτωσης πίδακα εξαρτάται τόσο από την περιστροφή της μαύρης τρύπας όσο και από το μέγεθος του δίσκου προσαύξησης», λέει ο Hada. Δυστυχώς, το μέγεθος του δίσκου του M87 δεν είναι καλά γνωστό. Στη θεωρητική τους μοντελοποίηση, η ομάδα υπέθεσε 40 περιστροφές ετησίως, αλλά αυτή είναι μόνο μια πιθανή λύση - διαφορετικές τιμές περιστροφής με διαφορετικά μεγέθη δίσκου θα μπορούσαν επίσης να εξηγήσουν τον βαθμό μετάπτωσης.

Νέα εικόνα μαύρης τρύπας αποκαλύπτει μαγνητικά πεδία

«Παρόλα αυτά, είναι πολύ πιθανό η κλίμακα χρόνου περιστροφής της μαύρης τρύπας να είναι πολύ μικρότερη από αυτή της μετάπτωσης πίδακα και δίσκου», λέει ο Hada. «Η μέτρηση της αξίας αυτής της περιστροφής είναι ακριβώς το επόμενο βήμα μας. Ας ελπίσουμε ότι αυτό θα είναι δυνατό συνδυάζοντας την παρακολούθηση αεριωθουμένων μας και μια ταινία μαύρης τρύπας από το τηλεσκόπιο Event Horizon.”

Ο Λιοδάκης επισημαίνει πόσο ζωτικής σημασίας είναι να γνωρίζουμε ότι οι μαύρες τρύπες που περιστρέφονται γρήγορα οδηγούν πίδακες, γιατί θα βοηθήσει τους αστρονόμους να περιορίσουν το μέγεθος του δίσκου προσαύξησης στο κέντρο ενός γαλαξία όπως ο M87, και τη σύνθεση τέτοιων πίδακα.

«Δεν είναι ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα», λέει ο Λιοδάκης. «Αλλά είναι σίγουρα υπέροχο να έχουμε άμεση επιβεβαίωση».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/m87s-precessing-jet-reveals-black-holes-fast-spin/