De ce sclipesc găurile negre? Oamenii de știință au studiat 5,000 de behemoți care mănâncă stele pentru a afla

Găuri negre sunt lucruri bizare, chiar și după standardele astronomilor. Masa lor este atât de mare, încât îndoaie spațiul din jurul lor atât de strâns încât nimic nu poate scăpa, chiar și lumina însăși.

Și totuși, în ciuda celebrului lor întuneric, unii găuri negre sunt destul de vizibile. Gazul și stelele pe care aceste aspiratoare galactice le devorează sunt aspirate într-un disc strălucitor înainte de călătoria lor unică în gaură, iar aceste discuri pot străluci mai puternic decât galaxii întregi.

Mai străin, aceste găuri negre sclipesc. Luminozitatea discurilor strălucitoare poate fluctua de la o zi la alta și nimeni nu este complet sigur de ce.

Colegii mei și cu mine ne-am descurcat în efortul NASA de apărare împotriva asteroizilor de a urmări peste 5,000 dintre găurile negre cu cea mai rapidă creștere de pe cer timp de cinci ani, în încercarea de a înțelege de ce are loc această sclipire. În o nouă hârtie în Natura Astronomie, raportăm răspunsul nostru: un fel de turbulență determinată de frecare și câmpuri gravitaționale și magnetice intense.

Gigantici Mâncători de Stele

Studiem găurile negre supermasive, acelea care se află în centrul galaxiilor și sunt la fel de masive ca milioane sau miliarde de sori.

Propria noastră galaxie, Calea Lactee, are în centru unul dintre acești giganți, cu o masă de aproximativ patru milioane de sori. În cea mai mare parte, cele aproximativ 200 de miliarde de stele care alcătuiesc restul galaxiei (inclusiv soarele nostru) orbitează fericit în jurul găurii negre din centru.

Cu toate acestea, lucrurile nu sunt atât de pașnice în toate galaxiile. Când perechile de galaxii se trag una de cealaltă prin gravitație, multe stele pot ajunge să fie trase prea aproape de gaura neagră a galaxiei lor. Acest lucru se termină rău pentru stele: sunt sfâșiate și devorate.

Suntem încrezători că acest lucru trebuie să se fi întâmplat în galaxii cu găuri negre care cântăresc până la un miliard de sori, pentru că nu ne putem imagina cum altfel ar fi putut crește atât de mari. Este posibil să se fi întâmplat și în Calea Lactee în trecut.

Găurile negre se pot hrăni, de asemenea, într-un mod mai lent și mai blând: prin absorbția norilor de gaz expuși de stelele geriatrice cunoscute sub numele de giganți roșii.

Timpul de hrănire

În noul nostru studiu, am analizat îndeaproape procesul de hrănire dintre cele 5,000 de găuri negre cu cea mai rapidă creștere din univers.

În studiile anterioare, am descoperit găurile negre cu cele mai vorace apetite. Anul trecut, am găsit o gaură neagră care mănâncă în fiecare secundă o valoare a Pământului. În 2018, am găsit unul care mănâncă un soare întreg la fiecare 48 de ore.

Dar avem o mulțime de întrebări despre comportamentul lor real de hrănire. Știm că materialul în drum spre gaură se transformă într-un „disc de acreție” strălucitor, care poate fi suficient de strălucitor pentru a eclipsa galaxii întregi. Aceste găuri negre care se hrănesc vizibil sunt numite quasari.

Cele mai multe dintre aceste găuri negre sunt departe, mult prea mult pentru ca noi să vedem orice detaliu al discului. Avem câteva imagini cu discuri de acreție în jurul găurilor negre din apropiere, dar ele pur și simplu respiră niște gaz cosmic, mai degrabă decât se ospătă cu stele.

Cinci ani de găuri negre pâlpâitoare

In noua noastră lucrare, am folosit date de la telescopul ATLAS al NASA din Hawaii. Scanează întreg cerul în fiecare noapte (dacă vremea o permite), monitorizând asteroizii care se apropie de Pământ din întunericul exterior.

Aceste scanări ale întregului cer oferă, de asemenea, o înregistrare nocturnă a strălucirii găurilor negre înfometate, adânc în fundal. Echipa noastră a realizat un film de cinci ani cu fiecare dintre aceste găuri negre, arătând schimbările de zi cu zi ale luminozității cauzate de vâltoarea strălucitoare clocotită și clocotită a discului de acreție.

Sclipirea acestor găuri negre ne poate spune ceva despre discurile de acreție.

În 1998, astrofizicienii Steven Balbus și John Hawley au propus o teorie a „instabilități magneto-rotaționale” care descrie modul în care câmpurile magnetice pot provoca turbulențe în discuri. Dacă aceasta este ideea corectă, atunci discurile ar trebui să sfârâie în modele obișnuite. Ar sclipi în modele aleatorii care se desfășoară pe măsură ce discurile orbitează. Discurile mai mari orbitează mai încet cu o sclipire lentă, în timp ce orbitele mai strânse și mai rapide din discuri mai mici sclipesc mai rapid.

Dar ar dovedi discurile din lumea reală atât de simplu, fără alte complexități? (Dacă „simplu” este cuvântul potrivit pentru turbulență într-un mediu ultradens, scăpat de sub control, încorporat în câmpuri gravitaționale și magnetice intense, în care spațiul însuși este îndoit până la punctul său de rupere, este probabil o întrebare separată).

Folosind metode statistice, am măsurat cât de mult a pâlpâit în timp lumina emisă de pe cele 5,000 de discuri ale noastre. Modelul de pâlpâire în fiecare dintre ele arăta oarecum diferit.

Dar când le-am sortat după mărime, luminozitate și culoare, am început să vedem modele interesante. Am putut determina viteza orbitală a fiecărui disc – și odată ce ați setat ceasul să funcționeze la viteza discului, toate modelele de pâlpâire au început să arate la fel.

Acest comportament universal este într-adevăr prezis de teoria „instabilităților magneto-rotaționale”. Asta a fost reconfortant! Înseamnă că aceste vârtejuri uluitoare sunt până la urmă „simple”.

Și deschide noi posibilități. Credem că diferențele subtile rămase între discurile de acreție apar pentru că le privim din orientări diferite.

Următorul pas este să examinăm aceste diferențe subtile mai îndeaproape și să vedem dacă dețin indicii pentru a discerne orientarea unei găuri negre. În cele din urmă, măsurătorile noastre viitoare ale găurilor negre ar putea fi și mai precise.

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Credit imagine: Colaborare EHT

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/