Dlaczego czarne dziury migoczą? Naukowcy przebadali 5,000 gwiazdożernych behemotów, aby się dowiedzieć

Czarne dziury są dziwaczne, nawet jak na standardy astronomów. Ich masa jest tak wielka, że ​​zakrzywia przestrzeń wokół nich tak ciasno, że nic nie może uciec, nawet samo światło.

A jednak, pomimo ich słynnej czerni, niektórzy czarne dziury są dość widoczne. Gaz i gwiazdy, które pochłaniają te galaktyczne próżnie, są zasysane do świecącego dysku przed ich jednokierunkową podróżą do dziury, a dyski te mogą świecić jaśniej niż całe galaktyki.

Co dziwniejsze, te czarne dziury migoczą. Jasność świecących dysków może zmieniać się z dnia na dzień i nikt nie jest do końca pewien, dlaczego.

Ja i moi koledzy wspieraliśmy działania NASA w zakresie obrony przed asteroidami, aby przez pięć lat obserwować ponad 5,000 najszybciej rosnących czarnych dziur na niebie, próbując zrozumieć, dlaczego występuje to migotanie. W nowy papier w Natura Astronomia, zgłaszamy naszą odpowiedź: rodzaj turbulencji napędzanej tarciem oraz intensywnymi polami grawitacyjnymi i magnetycznymi.

Gigantyczni Pożeracze Gwiazd

Badamy supermasywne czarne dziury, które znajdują się w centrach galaktyk i są tak masywne, jak miliony lub miliardy słońc.

Nasza własna galaktyka, Droga Mleczna, ma w swoim centrum jednego z tych olbrzymów o masie około czterech milionów słońc. W większości około 200 miliardów gwiazd tworzących resztę galaktyki (w tym nasze Słońce) szczęśliwie krąży wokół czarnej dziury w centrum.

Jednak nie we wszystkich galaktykach sytuacja jest taka spokojna. Kiedy pary galaktyk przyciągają się grawitacyjnie, wiele gwiazd może zostać pociągniętych zbyt blisko czarnej dziury ich galaktyki. To się źle kończy dla gwiazd: zostają rozdarte i pożarte.

Jesteśmy przekonani, że musiało to mieć miejsce w galaktykach z czarnymi dziurami, które ważą nawet miliard słońc, ponieważ nie możemy sobie wyobrazić, jak inaczej mogły urosnąć do tak dużych rozmiarów. Mogło się to również zdarzyć w Drodze Mlecznej w przeszłości.

Czarne dziury mogą również żywić się w wolniejszy, łagodniejszy sposób: zasysając obłoki gazu wydmuchiwane przez geriatryczne gwiazdy znane jako czerwone olbrzymy.

Czas karmienia

W naszym nowym badaniu dokładnie przyjrzeliśmy się procesowi odżywiania 5,000 najszybciej rosnących czarnych dziur we wszechświecie.

We wcześniejszych badaniach odkryliśmy czarne dziury o najbardziej żarłocznych apetytach. W zeszłym roku znaleźliśmy czarną dziurę, która je rzeczy o wartości ziemskiej co sekundę. W 2018 roku znaleźliśmy takiego, który je całe słońce co 48 godzin.

Ale mamy wiele pytań dotyczących ich rzeczywistych zachowań żywieniowych. Wiemy, że materia w drodze do dziury skręca się spiralnie w świecący „dysk akrecyjny”, który może być wystarczająco jasny, aby przyćmić całe galaktyki. Te wyraźnie karmiące się czarne dziury nazywane są kwazarami.

Większość tych czarnych dziur znajduje się bardzo, bardzo daleko – o wiele za daleko, abyśmy mogli zobaczyć jakikolwiek szczegół dysku. Mamy kilka zdjęć dysków akrecyjnych wokół pobliskich czarnych dziur, ale one po prostu oddychają kosmicznym gazem, zamiast ucztować na gwiazdach.

Pięć lat migotania czarnych dziur

In nasza nowa pracawykorzystaliśmy dane z teleskopu NASA ATLAS na Hawajach. Skanuje całe niebo każdej nocy (jeśli pozwala na to pogoda), monitorując asteroidy zbliżające się do Ziemi z zewnętrznych ciemności.

Te skany całego nieba dostarczają również nocnego zapisu blasku głodnych czarnych dziur głęboko w tle. Nasz zespół stworzył pięcioletni film przedstawiający każdą z tych czarnych dziur, pokazujący codzienne zmiany jasności spowodowane przez bulgoczący i wrzący, świecący wir dysku akrecyjnego.

Migotanie tych czarnych dziur może nam powiedzieć coś o dyskach akrecyjnych.

W 1998 roku astrofizycy Steven Balbus i John Hawley zaproponowali teorię „niestabilności magneto-rotacyjne”, który opisuje, w jaki sposób pola magnetyczne mogą powodować turbulencje w dyskach. Jeśli to dobry pomysł, krążki powinny skwierczeć w regularnych odstępach czasu. Będą migotać w przypadkowych wzorach, które rozwijają się, gdy dyski orbitują. Większe dyski orbitują wolniej z powolnym migotaniem, podczas gdy ciaśniejsze i szybsze orbity w mniejszych dyskach migoczą szybciej.

Ale czy dyski w prawdziwym świecie okażą się tak proste, bez żadnych dodatkowych komplikacji? (To, czy „proste” jest właściwym słowem dla turbulencji w ultragęstym, wymykającym się spod kontroli środowisku, osadzonym w intensywnych polach grawitacyjnych i magnetycznych, gdzie sama przestrzeń jest wygięta do granic wytrzymałości, jest być może osobnym pytaniem).

Za pomocą metod statystycznych zmierzyliśmy, jak bardzo światło emitowane przez nasze 5,000 dysków migotało w czasie. Wzór migotania w każdym z nich wyglądał nieco inaczej.

Ale kiedy posortowaliśmy je według rozmiaru, jasności i koloru, zaczęliśmy dostrzegać intrygujące wzory. Udało nam się określić prędkość orbitalną każdego dysku — a kiedy ustawiłeś zegar tak, aby działał z prędkością dysku, wszystkie migoczące wzory zaczęły wyglądać tak samo.

To uniwersalne zachowanie jest rzeczywiście przewidywane przez teorię „niestabilności magneto-rotacyjnych”. To było pocieszające! Oznacza to, że te oszałamiające wiry są mimo wszystko „proste”.

I otwiera nowe możliwości. Uważamy, że pozostałe subtelne różnice między dyskami akrecyjnymi występują, ponieważ patrzymy na nie z różnych orientacji.

Następnym krokiem jest dokładniejsze zbadanie tych subtelnych różnic i sprawdzenie, czy zawierają one wskazówki pozwalające rozpoznać orientację czarnej dziury. Ostatecznie nasze przyszłe pomiary czarnych dziur mogą być jeszcze dokładniejsze.

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Kredytowych Image: Współpraca EHT

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/