หลุมดำมวลมหาศาลของทางช้างเผือกมีบุคลิกแม่เหล็กที่น่าประหลาดใจ - โลกฟิสิกส์

หลุมดำมวลมหาศาลของทางช้างเผือกมีบุคลิกแม่เหล็กที่น่าประหลาดใจ - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 12 เมษายน 2024 11:06 น

ภาพ EHT ของราศีธนู A* และ M87
ความคล้ายคลึงกันอย่างน่าประหลาดใจ: สนามแม่เหล็กรอบ ๆ ราศีธนู A* (ซ้าย) คล้ายกันมากกับสนามแม่เหล็กรอบหลุมดำมวลมหาศาลที่เป็นใจกลางของ M87 (ขวา) ภาพทั้งสองถูกสร้างขึ้นโดยใช้กล้องโทรทรรศน์เหตุการณ์ขอบฟ้าเพื่อสังเกตโพลาไรเซชันของคลื่นวิทยุจากวัตถุ (ได้รับความอนุเคราะห์: ความร่วมมือ EHT)

มีการสังเกตสนามแม่เหล็กรอบหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกเป็นครั้งแรก นักดาราศาสตร์ใช้ กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (EHT) รู้สึกประหลาดใจกับธรรมชาติที่เป็นระเบียบของสนามซึ่งมีอยู่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอย่างยิ่งรอบๆ หลุมดำราศีธนู A* การศึกษานี้อาจนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับบทบาทสำคัญของสนามแม่เหล็กในการที่หลุมดำดูดกลืนสสารที่อยู่รอบๆ

นี่เป็นครั้งที่สองที่ EHT สังเกตสนามแม่เหล็กของหลุมดำมวลมหาศาล ในปี 2021 ตรวจพบสนามหลุมดำใจกลางกาแลคซี Messier 87 (ม87).

เชื่อกันว่าหลุมดำมวลมหาศาลล้อมรอบด้วยพลาสมาซึ่งหมุนวนลงสู่เหวแห่งแรงโน้มถ่วง สิ่งนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่ทรงพลัง ซึ่งสามารถโต้ตอบกับวัสดุที่ตกลงมาได้ วัสดุเร่งปฏิกิริยานี้ปล่อยรังสีปริมาณมหาศาล รวมถึงคลื่นวิทยุที่ถูกโพลาไรซ์โดยสนามแม่เหล็กเฉพาะที่

เครือข่ายทั่วโลก

EHT เป็นเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วโลกที่สามารถวัดโพลาไรเซชันนี้ได้ และทำแผนที่สนามแม่เหล็กรอบหลุมดำออกมา

ราศีธนู A* มีน้ำหนักประมาณ 6.6 ล้านมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งมีมวลน้อยกว่า M87 ขนาดยักษ์ถึงหนึ่งพันเท่า แม้จะมีความแตกต่างอย่างมาก นักดาราศาสตร์ EHT รู้สึกประหลาดใจกับความคล้ายคลึงกันของสนามแม่เหล็กของวัตถุทั้งสอง

“เราคาดว่าจะพบลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กเพียงเพราะเรารู้ว่าราศีธนู A* ยังคงกินอาหารอยู่ เพียงช้ามาก” กล่าว ซิริ ยอนซี ของ University College London ซึ่งเป็นสมาชิกของทีม EHT “สิ่งที่เราไม่คาดคิดก็คือรูปแบบของโพลาไรเซชันจะคล้ายกันมากในด้านสัณฐานวิทยากับ M87”

หลุมดำมวลยวดยิ่งทั้งหมดที่สะสมสสารคาดว่าจะมีสนามแม่เหล็กที่ฝังอยู่ในจานสะสมมวลสาร สนามนี้ทอดสมออยู่ในพลาสมานอกขอบฟ้าเหตุการณ์ และจากนั้นถูกขยายให้มากขึ้นโดยการหมุนรอบของหลุมดำ หลุมดำ M87 มีการเคลื่อนไหวอย่างมากโดยมีจานสะสมพลาสมาขนาดใหญ่ เมื่อเทียบกับราศีธนู A*

การควบคุมการไหล

สนามแม่เหล็กของวัตถุทั้งสองมีเส้นสนามแม่เหล็กในลักษณะคล้ายกระแสน้ำวน (ดูรูป) ยิ่งเส้นอยู่ใกล้กัน สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแข็งแกร่งและเป็นระเบียบมากขึ้นเท่านั้น Younsi ประมาณการว่าความแรงของสนามแม่เหล็กของราศีธนู A* นั้นเทียบเท่ากับแม่เหล็กติดตู้เย็น แม้ว่าสิ่งนั้นอาจฟังดูไม่มากนัก แต่ก็แรงพอที่จะส่งผลต่อการไหลเข้าของพลาสมาที่สะสมอยู่ ซึ่งจะช่วยควบคุมวิธีการป้อนของหลุมดำ

ความคล้ายคลึงกันที่ชัดเจนในโครงสร้างของสนามแม่เหล็กทั้งสองทำให้นักดาราศาสตร์บางคนสงสัยเกี่ยวกับความคล้ายคลึงที่เป็นไปได้อื่นๆ

หลุมดำของ M87 มีความโดดเด่นในเรื่องของเจ็ตเชิงสัมพัทธภาพ นี่เป็นลำแสงอนุภาคที่รวมตัวกันอย่างแน่นหนาซึ่งถูกกวาดขึ้นมาจากแผ่นสะสมมวลสารด้วยสนามแม่เหล็กและเร่งออกไปด้านนอกจนใกล้เคียงกับความเร็วแสง เจ็ตหนึ่งสามารถมองเห็นได้ตามแนวแกนการหมุนของวัตถุ และอาจเป็นไปได้ว่าเจ็ตอีกอันจะขยายไปในทิศทางตรงกันข้าม

เมื่อพิจารณาจากความคล้ายคลึงกันในโครงสร้างแม่เหล็ก จึงเป็นไปได้ที่ราศีธนู A* อาจมีไอพ่นเชิงสัมพัทธภาพซึ่งตรวจไม่พบจนถึงขณะนี้

ฟองอากาศลึกลับ

อันที่จริง เครื่องบินไอพ่นดังกล่าวอาจเป็นแหล่งกำเนิดฟองแฟร์มีลึกลับแห่งทางช้างเผือก เหล่านี้เป็นอนุภาคที่มีประจุขนาดใหญ่สองก้อนซึ่งสูงขึ้น 25,000 ปีแสงเหนือและใต้ระนาบของกาแลคซี คาดว่ามีอายุเพียงไม่กี่ล้านปี มีต้นกำเนิดมาจากใจกลางกาแลคซี แต่สาเหตุยังไม่แน่ชัด

อย่างไรก็ตาม ยอนซีชี้ให้เห็นว่าเจ็ตมีการเคลื่อนที่ในแนวเดียวกันสูง ในขณะที่ฟองแฟร์มีแผ่ขยายเป็นบริเวณกว้างกว่าและเกือบจะเหมือนกับการระเบิด และในขณะที่เขาถือว่าความคล้ายคลึงกันระหว่างหลุมดำทั้งสองนั้น "อยากรู้อยากเห็น" ยอนซีบอก โลกฟิสิกส์ ที่เขาสงสัยว่าหลุมดำในกาแล็กซีของเรามีไอพ่น

“ใครๆ ก็สามารถถือเสรีภาพและตีความเรื่องนี้มากเกินไป และบอกว่าอาจเป็นหลักฐานว่าอาจมีเครื่องบินเจ็ตก็ได้” เขากล่าว “หรืออาจเป็นไปได้ว่าเราจำเป็นต้องมีข้อมูลที่ดีขึ้นในอนาคตด้วยความละเอียดสูงกว่า และบางทีเราอาจเห็นว่ารูปแบบโพลาไรเซชันเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อย”

การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

M87 อยู่ห่างออกไป 53 ล้านปีแสง และจานสะสมหลุมดำของมันมีขนาดใหญ่มาก ดังนั้นปัจจัยทั้งสองนี้หมายความว่าเราไม่เห็นว่ามันจะเปลี่ยนแปลงมากนักในกรอบเวลาอันสั้น ราศีธนู A* อยู่ใกล้เรามากที่ระยะทางประมาณ 26,000 ปีแสง และจานสะสมมวลสารที่เล็กกว่ามากหมายความว่า EHT สามารถมองเห็นจานสะสมมวลสารที่เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลานาทีและชั่วโมง

ดังนั้นภาพแรกของราศีธนู A* (ความสว่าง ไม่ใช่โพลาไรเซชัน) ที่เผยแพร่ในปี 2022 จึงเป็นภาพหลุมดำตามเวลาเฉลี่ย และ Younsi ชี้ให้เห็นว่าอาจเป็นเพียงเรื่องบังเอิญที่ภาพตามเวลาเฉลี่ยของหลุมดำ สนามแม่เหล็กมีลักษณะคล้ายกับ M87 ซึ่งหมายความว่าการค้นหาเครื่องบินไอพ่นอาจไร้ประโยชน์

“ราศีธนู A* เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วมาก โครงสร้างที่เห็นในภาพจึงมีความไม่แน่นอนมากขึ้น” ยอนซีกล่าว “เราต้องการการติดตามผลในระยะยาว เพราะสิ่งที่เรากำลังดูอยู่ตอนนี้อาจเป็นแค่ความบังเอิญที่ดูเหมือน M87 และจริงๆ แล้วมันไม่ได้เป็นตัวแทนของสถานะเฉลี่ยตามเวลาทั่วไป” อาจเป็นไปได้ว่าภาพนี้เปลี่ยนไปมากในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า”

หากสภาพอากาศเอื้ออำนวย EHT จะสังเกตราศีธนู A* ทุกปี ล่าสุดคือเดือนเมษายนนี้ มันยังติดตามหลุมดำของ M87 อย่างต่อเนื่อง และพยายามตรวจจับหลุมดำมวลมหาศาลในกาแลคซีอื่น ยิ่งมีการสังเกตหลุมดำมากเท่าไร เราก็จะยิ่งรู้ว่าหลุมดำของราศีธนู A* และ M87 เป็นตัวอย่างทั่วไปจริงๆ หรือไม่

ข้อสังเกตได้อธิบายไว้ในเอกสารสองฉบับใน จดหมายวารสารทางฟิสิกส์- กระดาษหนึ่งแผ่น ครอบคลุมการวัดโพลาไรซ์ และอื่น ๆ อธิบายความหมายของพวกเขา.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์