Почему черные дыры мерцают? Ученые изучили 5,000 звездоядных бегемотов, чтобы выяснить это

Черные дыры странные вещи, даже по меркам астрономов. Их масса настолько велика, что искривляет пространство вокруг себя так туго, что ничто не может ускользнуть, даже сам свет.

И все же, несмотря на свою знаменитую черноту, некоторые черных дыр вполне видны. Газ и звезды, которые поглощают эти галактические вакуумы, всасываются в светящийся диск перед тем, как отправиться в дыру в один конец, и эти диски могут сиять ярче, чем целые галактики.

Что еще более странно, эти черные дыры мерцают. Яркость светящихся дисков может меняться изо дня в день, и никто не знает, почему.

Мои коллеги и я присоединились к усилиям НАСА по защите от астероидов, чтобы в течение пяти лет наблюдать за более чем 5,000 самых быстрорастущих черных дыр в небе, пытаясь понять, почему происходит это мерцание. В новый документ в Астрономия природы, мы сообщаем наш ответ: своего рода турбулентность, вызванная трением и сильными гравитационными и магнитными полями.

Гигантские пожиратели звезд

Мы изучаем сверхмассивные черные дыры, которые расположены в центрах галактик и имеют массу, равную миллионам или миллиардам солнц.

В центре нашей собственной галактики, Млечного Пути, находится один из таких гигантов с массой примерно в четыре миллиона солнц. По большей части 200 миллиардов или около того звезд, составляющих остальную часть галактики (включая наше Солнце), счастливо вращаются вокруг черной дыры в центре.

Однако не во всех галактиках дела обстоят так мирно. Когда пары галактик притягиваются друг к другу под действием гравитации, многие звезды могут оказаться притянутыми слишком близко к черной дыре своей галактики. Это плохо кончается для звезд: их разрывают на части и пожирают.

Мы уверены, что это должно было произойти в галактиках с черными дырами, которые весят столько же, сколько миллиард солнц, потому что мы не можем представить, как еще они могли вырасти такими большими. Возможно, это также произошло в Млечном Пути в прошлом.

Черные дыры также могут питаться более медленным и нежным образом: всасывая облака газа, выброшенные стареющими звездами, известными как красные гиганты.

Время подачи

В нашем новом исследовании мы внимательно изучили процесс питания среди 5,000 самых быстрорастущих черных дыр во Вселенной.

В более ранних исследованиях мы обнаружили черные дыры с самым ненасытным аппетитом. В прошлом году мы нашли черную дыру, которая ест сотни вещей каждую секунду. В 2018 году мы нашли тот, который ест целое солнце каждые 48 часов.

Но у нас есть много вопросов об их реальном пищевом поведении. Мы знаем, что материал на пути в дыру скручивается в светящийся «аккреционный диск», который может быть достаточно ярким, чтобы затмить целые галактики. Эти явно питающиеся черные дыры называются квазарами.

Большинство этих черных дыр находятся очень-очень далеко — слишком далеко, чтобы мы могли увидеть какие-либо детали диска. У нас есть несколько изображений аккреционных дисков вокруг близлежащих черных дыр, но они просто вдыхают космический газ, а не питаются звездами.

Пять лет мерцающих черных дыр

In наша новая работа, мы использовали данные телескопа НАСА ATLAS на Гавайях. Каждую ночь (если позволяет погода) он сканирует все небо, отслеживая приближающиеся к Земле астероиды из внешней тьмы.

Эти сканирования всего неба также обеспечивают еженощную запись свечения голодных черных дыр глубоко на заднем плане. Наша команда сняла пятилетний фильм о каждой из этих черных дыр, показав ежедневные изменения яркости, вызванные бурлящим и кипящим светящимся водоворотом аккреционного диска.

Мерцание этих черных дыр может рассказать нам кое-что об аккреционных дисках.

В 1998 году астрофизики Стивен Балбус и Джон Хоули предложили теорию «магнито-вращательные неустойчивости», который описывает, как магнитные поля могут вызывать турбулентность в дисках. Если это правильная идея, то диски должны шипеть равномерно. Они будут мерцать в случайных узорах, которые разворачиваются по мере того, как диски вращаются. Большие диски вращаются медленнее с медленным мерцанием, в то время как более узкие и быстрые орбиты меньших дисков мерцают быстрее.

Но окажутся ли диски в реальном мире такими простыми, без каких-либо дополнительных сложностей? (Возможно, вопрос о том, является ли «простой» подходящим словом для турбулентности в сверхплотной, неконтролируемой среде, окруженной интенсивными гравитационными и магнитными полями, где само пространство искривлено до предела).

Используя статистические методы, мы измерили, насколько сильно свет, излучаемый нашими 5,000 дисками, мерцал с течением времени. Рисунок мерцания в каждом из них выглядел несколько иначе.

Но когда мы отсортировали их по размеру, яркости и цвету, мы начали видеть интригующие узоры. Мы смогли определить орбитальную скорость каждого диска, и как только вы настроили часы на скорость диска, все мерцающие узоры стали выглядеть одинаково.

Это универсальное поведение действительно предсказывается теорией «магнито-вращательных неустойчивостей». Это было утешительно! Это означает, что эти ошеломляющие водовороты в конце концов «просты».

И это открывает новые возможности. Мы думаем, что оставшиеся тонкие различия между аккреционными дисками возникают потому, что мы смотрим на них с разных сторон.

Следующий шаг — более внимательно изучить эти тонкие различия и посмотреть, содержат ли они ключ к разгадке ориентации черной дыры. В конце концов, наши будущие измерения черных дыр могут стать еще более точными.

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Изображение Фото: EHT сотрудничество

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/