Precesijski curek M87 razkriva hitro vrtenje črne luknje – Svet fizike

Precesijski curek M87 razkriva hitro vrtenje črne luknje – Svet fizike

Časovni žig: 6. oktober 2023 9:00

Umetnikov vtis črne luknje v središču M87
Model nagnjenega akrecijskega diska Umetnikov vtis črne luknje v središču M87, ki prikazuje, kako sta akrecijski disk in curek neporavnana z rotacijsko osjo črne luknje. (Z dovoljenjem: Yuzhu Cui et al. (2023), Intouchable Lab@Openverse in Zhejiang Lab)

Relativistični curek, ki izhaja iz črne luknje v srcu galaksije Messier 87 (M87), niha, ko ga vleče vrteča se črna luknja, so ugotovila nova radijska opazovanja. To je prvi neposredni dokaz, da močne curke iz aktivnih galaksij poganjajo črne luknje, ki se vrtijo hitro, ne počasi.

M87 je velikanska eliptična galaksija, ki jo najdemo v osrčju jate galaksij Devica, oddaljena 55 milijonov svetlobnih let. Znan je po tem, da je dom prve supermasivne črne luknje, ki ima svojo "senco" posneto s teleskopom Event Horizon, leta 2019. M87 proizvaja tudi močan curek nabitih delcev, ki se raztezajo vsaj 5000 svetlobnih let od črne luknje. Ta curek je tako velik in svetel, da je viden celo na slikah, ki jih amaterski astronomi posnamejo z vrtno opremo.

Čeprav je bila M87 prva galaksija, v kateri so pred več kot stoletjem odkrili relativistični curek, je zdaj znano, da ima curke na tisoče galaksij in kvazarjev. Material v takšnih curkih izvlečejo magnetna polja iz akrecijskega diska materiala, ki se spiralno vrti okoli črne luknje. Teorija je domnevala, da je energija za curek pridobljena iz rotacijske energije črne luknje.

Zdaj mednarodna ekipa astronomov, ki jo vodi Yuzhu Cui iz laboratorija Zhejiang v Hangzhouju na Kitajskem, in Kazuhiro Hada z japonske podiplomske univerze za napredne študije in japonskega nacionalnega astronomskega observatorija – opravil prve ugotovitve, ki neposredno podpirajo to teorijo, rezultate pa objavil v Narava.

"Ena najpomembnejših posledic te študije je, da je vrteča se črna luknja bistvena za ustvarjanje močnega relativističnega curka, kot ga vidimo v M87 in drugih radijskih galaksijah ali kvazarjih," pravi Hada. Svet fizike.

"Če bo rezultat potrjen, bi bil to res velikanski preskok v našem razumevanju curkov," dodaja Yannis Liodakis Univerze v Turkuju na Finskem, ki ni bil vključen v študijo. Leta 2022 je bil Liodakis glavni avtor a papir v Narava ki je našel udarne fronte in turbulenco v curku M87.

Vrtavka

Združuje 17 let vredna radioastronomska opazovanja iz Vzhodnoazijsko omrežje VLBI (EAVN), na Zelo dolgo osnovno polje (VLBA), skupni niz KVN in VERA (KaVA) In Vzhodna Azija do Italije Skoraj globalno (EATING) omrežje VLBI, kar skupaj predstavlja več kot 20 radijskih teleskopov, sta Hada in ekipa odkrila, da jet M87 precesira.

Pomislite na vrtavko in kako se zdi, da se njegova vrtilna os vrti v krogu. Curek v M87 je pravokoten na akrecijski disk, vendar sta tako curek kot disk neporavnana glede na rotacijsko os črne luknje. Ko se črna luknja vrti, s seboj vleče prostor-čas – učinek, znan kot "vlečenje okvirja". Pri tem potegne akrecijski disk naokoli, zaradi česar smer, na katero kaže curek zunaj osi, precedira ali zaniha za približno 10 stopinj v obdobju približno 11 let.

Leta 1973 je fizik John Wheeler slavno postavil svoj teorem o brez las – da je črno luknjo mogoče v celoti opisati s samo tremi parametri: njeno maso, električnim nabojem in momentom (»las« je metafora za vse ostalo – vse druge informacije vstopijo v črno luknjo in postanejo nedostopne). Masa supermasivne črne luknje M87 je približno 6.5 milijarde-krat večja od mase našega Sonca, njen električni naboj pa velja za zanemarljivega. Vendar kljub tej meritvi precesije curka, ko ga vrteča se črna luknja vleče naokoli, še ni mogoče določiti hitrosti tega vrtenja.

Hitrost vrtenja črne luknje

Lahko pa domnevamo, da se bodo črne luknje z močnimi curki hitro vrtele, medtem ko se bodo črne luknje brez curkov vrtele počasneje.

"Obdobje precesije curka je odvisno od vrtenja črne luknje in velikosti akrecijskega diska," pravi Hada. Na žalost velikost diska M87 ni dobro znana. V svojem teoretičnem modeliranju je ekipa predvidevala 40 rotacij na leto, vendar je to le ena od možnih rešitev - različne vrednosti vrtenja z različnimi velikostmi diska bi lahko pojasnile tudi stopnjo precesije.

»Kljub temu je zelo verjetno, da je časovna lestvica rotacije črne luknje veliko krajša od časovne lestvice precesije curka in diska,« pravi Hada. »Merjenje vrednosti tega vrtenja je točno naš naslednji korak. Upajmo, da bo to mogoče z združevanjem našega spremljanja curkov in filma črne luknje s teleskopa Event Horizon.”

Liodakis poudarja, kako pomembno je vedeti, da hitro vrteče se črne luknje poganjajo curke, ker bo astronomom pomagalo pri omejevanju velikosti akrecijskega diska v središču galaksije, kot je M87, in sestave takih curkov.

"To ni nepričakovan rezultat," pravi Liodakis. "Vendar je vsekakor super imeti neposredno potrditev."

Časovni žig:

Več od Svet fizike