Hvorfor blinker svarte hull? Forskere studerte 5,000 stjernespisende giganter for å finne ut

Svarte hull er bisarre ting, selv etter astronomers standarder. Massen deres er så stor at den bøyer rommet rundt dem så tett at ingenting kan unnslippe, selv lyset selv.

Og likevel, til tross for deres berømte svarthet, noen svarte hull er ganske synlige. Gassen og stjernene disse galaktiske vakuumene sluker blir sugd inn i en glødende skive før de enveisreiser inn i hullet, og disse skivene kan skinne sterkere enn hele galakser.

Enda fremmed, disse sorte hullene glimter. Lysstyrken til de glødende skivene kan variere fra dag til dag, og ingen er helt sikre på hvorfor.

Mine kolleger og jeg støttet NASAs asteroideforsvarsarbeid for å se mer enn 5,000 av de raskest voksende sorte hullene på himmelen i fem år, i et forsøk på å forstå hvorfor dette glimtet oppstår. I et nytt papir inn Naturstjernen, vi rapporterer vårt svar: en slags turbulens drevet av friksjon og intense gravitasjons- og magnetiske felt.

Gigantiske stjernespisere

Vi studerer supermassive sorte hull, den typen som sitter i sentrum av galakser og er så massive som millioner eller milliarder av soler.

Vår egen galakse, Melkeveien, har en av disse kjempene i sentrum, med en masse på rundt fire millioner soler. For det meste går de rundt 200 milliarder stjernene som utgjør resten av galaksen (inkludert solen vår) lykkelig rundt det sorte hullet i sentrum.

Ting er imidlertid ikke så fredelig i alle galakser. Når par av galakser trekker på hverandre via tyngdekraften, kan mange stjerner ende opp for nærme galaksens sorte hull. Dette ender ille for stjernene: de blir revet i stykker og fortært.

Vi er sikre på at dette må ha skjedd i galakser med sorte hull som veier så mye som en milliard soler, for vi kan ikke forestille oss hvordan de ellers kunne ha vokst seg så store. Det kan også ha skjedd i Melkeveien tidligere.

Svarte hull kan også mates på en langsommere, mer skånsom måte: ved å suge inn skyer av gass blåst ut av geriatriske stjerner kjent som røde kjemper.

Foringstid

I vår nye studie så vi nøye på fôringsprosessen blant de 5,000 raskest voksende sorte hullene i universet.

I tidligere studier oppdaget vi de sorte hullene med den mest glupske appetitten. I fjor fant vi et svart hull som spiser en jord-verdi av ting hvert sekund. I 2018 fant vi en som spiser en hel sol hver 48. time.

Men vi har mange spørsmål om deres faktiske fôringsatferd. Vi vet at materiale på vei inn i hullet spiraler inn i en glødende "akkresjonsskive" som kan være lyssterk nok til å overstråle hele galakser. Disse synlig matende sorte hullene kalles kvasarer.

De fleste av disse sorte hullene er en lang, lang vei unna - altfor langt til at vi kan se noen detaljer på platen. Vi har noen bilder av akkresjonsskiver rundt nærliggende sorte hull, men de puster bare inn litt kosmisk gass i stedet for å feste seg med stjerner.

Fem år med flimrende svarte hull

In vårt nye arbeid, brukte vi data fra NASAs ATLAS-teleskop på Hawaii. Den skanner hele himmelen hver natt (hvis været tillater det), og overvåker etter asteroider som nærmer seg jorden fra det ytre mørket.

Disse helhimmelskanningene gir også tilfeldigvis en nattlig oversikt over gløden fra sultne sorte hull, dypt i bakgrunnen. Teamet vårt har satt sammen en fem år lang film av hvert av disse sorte hullene, som viser de daglige endringene i lysstyrke forårsaket av den boblende og kokende glødende malstrømmen til akkresjonsskiven.

Blinket av disse sorte hullene kan fortelle oss noe om akkresjonsskiver.

I 1998 foreslo astrofysikere Steven Balbus og John Hawley en teori om "magneto-rotasjonsustabilitet” som beskriver hvordan magnetiske felt kan forårsake turbulens i skivene. Hvis det er den rette ideen, bør skivene syte i vanlige mønstre. De ville blinke i tilfeldige mønstre som utfolder seg mens skivene går i bane. Større skiver går saktere i bane med et sakte glimt, mens strammere og raskere baner i mindre skiver blinker raskere.

Men ville platene i den virkelige verden bevise dette enkelt, uten ytterligere kompleksitet? (Om "enkel" er det rette ordet for turbulens i et ultratett, ut-av-kontroll miljø innebygd i intense gravitasjons- og magnetiske felt der selve rommet er bøyd til bristepunktet, er kanskje et eget spørsmål).

Ved hjelp av statistiske metoder målte vi hvor mye lyset som ble sendt ut fra våre 5,000 plater flimret over tid. Mønsteret med flimring i hver av dem så noe annerledes ut.

Men da vi sorterte dem etter størrelse, lysstyrke og farge, begynte vi å se spennende mønstre. Vi var i stand til å bestemme omløpshastigheten til hver plate – og når du satte klokken til å kjøre med platens hastighet, begynte alle flimrende mønstre å se like ut.

Denne universelle oppførselen er faktisk spådd av teorien om "magneto-rotasjonsustabiliteter." Det var trøstende! Det betyr at disse forbausende malstrømmene tross alt er "enkle".

Og det åpner nye muligheter. Vi tror de gjenværende subtile forskjellene mellom akkresjonsskiver oppstår fordi vi ser på dem fra forskjellige retninger.

Det neste trinnet er å undersøke disse subtile forskjellene nærmere og se om de har ledetråder for å skjelne et sort hulls orientering. Etter hvert kan våre fremtidige målinger av sorte hull bli enda mer nøyaktige.

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bilde Credit: EHT-samarbeid

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/