Γιατί οι μαύρες τρύπες λάμπουν; Οι επιστήμονες μελέτησαν 5,000 μεγαθήρια που τρώνε αστέρια για να το ανακαλύψουν

Μαύρες τρύπες είναι παράξενα πράγματα, ακόμη και με τα πρότυπα των αστρονόμων. Η μάζα τους είναι τόσο μεγάλη, που λυγίζει το χώρο γύρω τους τόσο σφιχτά που τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει, ακόμα και το ίδιο το φως.

Κι όμως, παρά την περίφημη μαυρίλα τους, κάποιοι μαύρες τρύπες είναι αρκετά ορατά. Το αέριο και τα αστέρια που καταβροχθίζουν αυτά τα γαλαξιακά κενά απορροφώνται σε έναν λαμπερό δίσκο πριν από την μονόδρομη οδήγηση τους στην τρύπα, και αυτοί οι δίσκοι μπορούν να λάμπουν πιο έντονα από ολόκληρους γαλαξίες.

Ακόμα πιο άγνωστο, αυτές οι μαύρες τρύπες λάμπουν. Η φωτεινότητα των λαμπερών δίσκων μπορεί να κυμαίνεται από μέρα σε μέρα και κανείς δεν είναι απολύτως σίγουρος γιατί.

Οι συνάδελφοί μου και εγώ υποστηρίξαμε την προσπάθεια άμυνας της NASA για αστεροειδείς να παρακολουθήσουν περισσότερες από 5,000 από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες μαύρες τρύπες στον ουρανό για πέντε χρόνια, σε μια προσπάθεια να καταλάβουμε γιατί συμβαίνει αυτή η λάμψη. Σε ένα νέο χαρτί σε Φύση Αστρονομία, αναφέρουμε την απάντησή μας: ένα είδος αναταράξεων που οδηγείται από την τριβή και τα έντονα βαρυτικά και μαγνητικά πεδία.

Γιγαντιαίοι Αστεροφάγοι

Μελετάμε τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, το είδος που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών και είναι τόσο μάζα όσο εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια ήλιοι.

Ο δικός μας γαλαξίας, ο Γαλαξίας, έχει έναν από αυτούς τους γίγαντες στο κέντρο του, με μάζα περίπου τέσσερα εκατομμύρια ήλιους. Ως επί το πλείστον, τα 200 δισεκατομμύρια περίπου αστέρια που αποτελούν τον υπόλοιπο γαλαξία (συμπεριλαμβανομένου του ήλιου μας) περιφέρονται ευτυχώς γύρω από τη μαύρη τρύπα στο κέντρο.

Ωστόσο, τα πράγματα δεν είναι τόσο γαλήνια σε όλους τους γαλαξίες. Όταν ζεύγη γαλαξιών έλκονται μεταξύ τους μέσω της βαρύτητας, πολλά αστέρια μπορεί να καταλήξουν να έλκονται πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα του γαλαξία τους. Αυτό τελειώνει άσχημα για τα αστέρια: σκίζονται και καταβροχθίζονται.

Είμαστε βέβαιοι ότι αυτό πρέπει να συνέβη σε γαλαξίες με μαύρες τρύπες που ζυγίζουν όσο ένα δισεκατομμύριο ήλιους, γιατί δεν μπορούμε να φανταστούμε πώς αλλιώς θα μπορούσαν να έχουν μεγαλώσει τόσο. Μπορεί επίσης να συνέβη στο Γαλαξία στο παρελθόν.

Οι μαύρες τρύπες μπορούν επίσης να τρέφονται με πιο αργό, πιο ήπιο τρόπο: ρουφώντας τα σύννεφα αερίου που εκτοξεύονται από γηριατρικά αστέρια γνωστά ως κόκκινοι γίγαντες.

Ώρα ταΐσματος

Στη νέα μας μελέτη, εξετάσαμε προσεκτικά τη διαδικασία τροφοδοσίας μεταξύ των 5,000 μαύρων τρυπών που αναπτύσσονται ταχύτερα στο σύμπαν.

Σε παλαιότερες μελέτες, ανακαλύψαμε τις μαύρες τρύπες με τις πιο αδηφάγες ορέξεις. Πέρυσι, βρήκαμε μια μαύρη τρύπα που τρώει ένα πράγμα αξίας της Γης κάθε δευτερόλεπτο. Το 2018, βρήκαμε ένα που τρώει ένας ολόκληρος ήλιος κάθε 48 ώρες.

Αλλά έχουμε πολλές ερωτήσεις σχετικά με την πραγματική τους συμπεριφορά σίτισης. Γνωρίζουμε ότι το υλικό στο δρόμο του προς την τρύπα σπειρώνεται σε έναν λαμπερό «δίσκο προσαύξησης» που μπορεί να είναι αρκετά φωτεινός ώστε να υπερκαλύπτει ολόκληρους γαλαξίες. Αυτές οι μαύρες τρύπες που τροφοδοτούν ορατά ονομάζονται κβάζαρ.

Οι περισσότερες από αυτές τις μαύρες τρύπες είναι πολύ μακριά - πολύ μακριά για να δούμε οποιαδήποτε λεπτομέρεια του δίσκου. Έχουμε μερικές εικόνες από δίσκους προσαύξησης γύρω από κοντινές μαύρες τρύπες, αλλά απλώς αναπνέουν κάποιο κοσμικό αέριο αντί να γλεντούν με αστέρια.

Πέντε χρόνια μαύρων τρυπών που τρεμοπαίζουν

In η νέα μας δουλειά, χρησιμοποιήσαμε δεδομένα από το τηλεσκόπιο ATLAS της NASA στη Χαβάη. Σαρώνει ολόκληρο τον ουρανό κάθε βράδυ (καιρού επιτρέποντος), παρακολουθώντας για αστεροειδείς που πλησιάζουν τη Γη από το εξωτερικό σκοτάδι.

Αυτές οι σαρώσεις ολόκληρου του ουρανού τυγχάνει επίσης να παρέχουν μια νυχτερινή καταγραφή της λάμψης των πεινασμένων μαύρων τρυπών, βαθιά στο βάθος. Η ομάδα μας συγκέντρωσε μια πενταετή ταινία για καθεμία από αυτές τις μαύρες τρύπες, δείχνοντας τις καθημερινές αλλαγές στη φωτεινότητα που προκαλούνται από τη φυσαλίδα και τη λαμπερή δίνη που βράζει του δίσκου προσαύξησης.

Η αναλαμπή αυτών των μαύρων οπών μπορεί να μας πει κάτι για τους δίσκους προσαύξησης.

Το 1998, οι αστροφυσικοί Steven Balbus και John Hawley πρότειναν μια θεωρία «μαγνητο-περιστροφικές αστάθειεςΑυτό περιγράφει πώς τα μαγνητικά πεδία μπορούν να προκαλέσουν αναταράξεις στους δίσκους. Εάν αυτή είναι η σωστή ιδέα, τότε οι δίσκοι θα πρέπει να τσιτσιρίζουν σε κανονικά μοτίβα. Θα λάμπουν σε τυχαία μοτίβα που ξεδιπλώνονται καθώς οι δίσκοι περιφέρονται σε τροχιά. Οι μεγαλύτεροι δίσκοι περιστρέφονται πιο αργά με αργή αναλαμπή, ενώ οι πιο σφιχτές και πιο γρήγορες τροχιές σε μικρότερους δίσκους αναβοσβήνουν πιο γρήγορα.

Αλλά οι δίσκοι στον πραγματικό κόσμο θα αποδεικνύονταν τόσο απλό, χωρίς καμία περαιτέρω πολυπλοκότητα; (Το αν το «απλό» είναι η σωστή λέξη για αναταράξεις σε ένα εξαιρετικά πυκνό, εκτός ελέγχου περιβάλλον ενσωματωμένο σε έντονα βαρυτικά και μαγνητικά πεδία όπου το ίδιο το διάστημα είναι λυγισμένο μέχρι το σημείο θραύσης είναι ίσως ένα ξεχωριστό ερώτημα).

Χρησιμοποιώντας στατιστικές μεθόδους, μετρήσαμε πόσο το φως που εκπέμπεται από τους 5,000 δίσκους μας τρεμοπαίζει με την πάροδο του χρόνου. Το μοτίβο του τρεμουλιάσματος στο καθένα φαινόταν κάπως διαφορετικό.

Αλλά όταν τα ταξινομήσαμε κατά μέγεθος, φωτεινότητα και χρώμα, αρχίσαμε να βλέπουμε ενδιαφέροντα μοτίβα. Μπορέσαμε να προσδιορίσουμε την τροχιακή ταχύτητα κάθε δίσκου—και μόλις ρυθμίσετε το ρολόι σας να λειτουργεί με την ταχύτητα του δίσκου, όλα τα μοτίβα που τρεμοπαίζουν άρχισαν να φαίνονται ίδια.

Αυτή η καθολική συμπεριφορά πράγματι προβλέπεται από τη θεωρία των «μαγνητο-περιστροφικών αστάθειας». Αυτό ήταν παρήγορο! Σημαίνει ότι αυτές οι συγκλονιστικές δίνες είναι «απλές» τελικά.

Και ανοίγει νέες δυνατότητες. Πιστεύουμε ότι οι υπόλοιπες λεπτές διαφορές μεταξύ των δίσκων προσαύξησης εμφανίζονται επειδή τους εξετάζουμε από διαφορετικούς προσανατολισμούς.

Το επόμενο βήμα είναι να εξετάσουμε αυτές τις λεπτές διαφορές πιο προσεκτικά και να δούμε αν έχουν ενδείξεις για να διακρίνουμε τον προσανατολισμό μιας μαύρης τρύπας. Τελικά, οι μελλοντικές μας μετρήσεις για τις μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να είναι ακόμα πιο ακριβείς.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Image Credit: Συνεργασία EHT

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/