ทำไมหลุมดำถึงกระพริบ? นักวิทยาศาสตร์ศึกษาพฤติกรรมกินดาวกว่า 5,000 ดวงเพื่อหาคำตอบ

ทำไมหลุมดำถึงกระพริบ? นักวิทยาศาสตร์ศึกษาพฤติกรรมกินดาวกว่า 5,000 ดวงเพื่อหาคำตอบ

Time Stamp: 9 กุมภาพันธ์ 2023 10:00 น.

หลุมดำ เป็นสิ่งที่แปลกประหลาดแม้กระทั่งตามมาตรฐานของนักดาราศาสตร์ มวลของพวกมันใหญ่มาก มันโค้งงอพื้นที่รอบตัวพวกมันแน่นจนไม่มีสิ่งใดเล็ดลอดออกไปได้ แม้แต่แสงเอง

และถึงแม้จะมีสีดำที่มีชื่อเสียงอยู่บ้าง หลุมดำ มีให้เห็นค่อนข้างมาก ก๊าซและดวงดาวที่สูญญากาศในกาแล็กซีเหล่านี้กินเข้าไปจะถูกดูดเข้าไปในจานเรืองแสงก่อนที่พวกมันจะเดินทางทางเดียวเข้าไปในหลุม และจานเหล่านี้สามารถส่องสว่างได้มากกว่ากาแล็กซีทั้งหมด

หลุมดำเหล่านี้ยังคงกระพริบอยู่ ความสว่างของจานเรืองแสงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในแต่ละวัน และไม่มีใครแน่ใจว่าทำไม

เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันสนับสนุนความพยายามในการป้องกันดาวเคราะห์น้อยของ NASA ในการเฝ้าดูหลุมดำที่เติบโตเร็วที่สุดในท้องฟ้ามากกว่า 5,000 แห่งเป็นเวลาห้าปี เพื่อพยายามทำความเข้าใจว่าทำไมการกระพริบนี้จึงเกิดขึ้น ใน กระดาษใหม่ใน ธรรมชาติดาราศาสตร์, เรารายงานคำตอบของเรา: ความปั่นป่วนชนิดหนึ่งซึ่งขับเคลื่อนโดยแรงเสียดทานและสนามแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงที่รุนแรง

นักกินดาวยักษ์

เราศึกษาหลุมดำมวลมหาศาล ซึ่งเป็นชนิดที่อยู่ใจกลางกาแลคซีและมีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์นับล้านหรือพันล้านดวง

กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรามีหนึ่งในยักษ์เหล่านี้อยู่ใจกลาง โดยมีมวลประมาณสี่ล้านดวง ส่วนใหญ่แล้วดาวฤกษ์ประมาณ 200 พันล้านดวงที่สร้างส่วนที่เหลือของกาแลคซี (รวมถึงดวงอาทิตย์ของเรา) โคจรรอบหลุมดำที่ใจกลางอย่างมีความสุข

อย่างไรก็ตาม สิ่งต่าง ๆ ไม่ได้สงบสุขในทุกกาแลคซี เมื่อกาแลคซีคู่หนึ่งดึงเข้าหากันด้วยแรงโน้มถ่วง ดาวหลายดวงอาจถูกดึงเข้าใกล้หลุมดำของกาแลคซีมากเกินไป สิ่งนี้จบลงอย่างเลวร้ายสำหรับดวงดาว: พวกมันถูกฉีกเป็นชิ้น ๆ และถูกกลืนกิน

เรามั่นใจว่าสิ่งนี้ต้องเกิดขึ้นในกาแลคซีที่มีหลุมดำที่มีน้ำหนักเท่ากับดวงอาทิตย์หนึ่งพันล้านดวง เพราะเราไม่สามารถจินตนาการได้ว่าพวกมันจะเติบโตขนาดใหญ่ได้อย่างไร มันอาจจะเกิดขึ้นในทางช้างเผือกในอดีต

หลุมดำสามารถป้อนอาหารช้าลงและนุ่มนวลขึ้นได้โดยการดูดเมฆก๊าซที่ถูกพัดพาออกมาจากดาวฤกษ์อายุมากที่เรียกว่าดาวยักษ์แดง

เวลาให้อาหาร

ในการศึกษาใหม่ของเรา เราได้พิจารณาอย่างใกล้ชิดถึงกระบวนการให้อาหารของหลุมดำ 5,000 แห่งที่เติบโตเร็วที่สุดในเอกภพ

ในการศึกษาก่อนหน้านี้ เราค้นพบหลุมดำที่มีความอยากอาหารมากที่สุด ปีที่แล้วเราพบหลุมดำที่กิน สิ่งที่มีค่าต่อโลกทุกวินาที. ในปี 2018 เราพบสิ่งที่กินได้ ดวงอาทิตย์ทุก 48 ชั่วโมง.

แต่เรามีคำถามมากมายเกี่ยวกับพฤติกรรมการให้อาหารที่แท้จริงของพวกมัน เรารู้ว่าวัสดุที่กำลังเข้าสู่รูนั้นหมุนวนเป็น "แผ่นเพิ่มมวล" ที่เรืองแสงได้ ซึ่งสว่างพอที่จะส่องสว่างกว่ากาแลคซีทั้งหมด หลุมดำที่ป้อนอาหารให้มองเห็นได้เหล่านี้เรียกว่าควาซาร์

หลุมดำเหล่านี้ส่วนใหญ่อยู่ไกลออกไปมาก ไกลเกินกว่าที่เราจะมองเห็นรายละเอียดของแผ่นดิสก์ได้ เรามีภาพของจานสะสมมวลรอบๆ หลุมดำใกล้ๆ แต่พวกมันแค่หายใจเอาก๊าซคอสมิกเข้าไปแทนที่จะดูดกินดวงดาว

ห้าปีแห่งหลุมดำริบหรี่

In งานใหม่ของเราเราใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ ATLAS ของ NASA ในฮาวาย มันสแกนท้องฟ้าทุกคืน (ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ) เฝ้าดูดาวเคราะห์น้อยที่เข้าใกล้โลกจากความมืดภายนอก

การสแกนท้องฟ้าทั้งหมดเหล่านี้เกิดขึ้นเพื่อให้บันทึกทุกคืนของการเรืองแสงของหลุมดำที่หิวโหยซึ่งอยู่ลึกเข้าไปในพื้นหลัง ทีมงานของเราได้รวบรวมภาพยนตร์ระยะเวลา XNUMX ปีของหลุมดำแต่ละหลุมเหล่านั้น โดยแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของความสว่างแบบวันต่อวันซึ่งเกิดจากฟองสบู่และฟองเดือดที่เร่าร้อนของจานสะสมมวลสาร

การกระพริบของหลุมดำเหล่านี้สามารถบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับจานสะสม

ในปี 1998 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ Steven Balbus และ John Hawley ได้เสนอทฤษฎีของความไม่เสถียรของแม่เหล็กหมุน” ที่อธิบายว่าสนามแม่เหล็กทำให้เกิดความปั่นป่วนในแผ่นดิสก์ได้อย่างไร หากเป็นความคิดที่ถูกต้อง แผ่นดิสก์ควรส่งเสียงดังฉ่าในรูปแบบปกติ พวกเขาจะกระพริบตาในรูปแบบสุ่มที่แฉเมื่อแผ่นดิสก์โคจร ดิสก์ที่ใหญ่กว่าจะโคจรช้ากว่าด้วยการกระพริบตาที่ช้า ในขณะที่การโคจรที่แน่นกว่าและเร็วกว่าในดิสก์ที่เล็กกว่าจะกะพริบเร็วกว่า

แต่แผ่นดิสก์ในโลกแห่งความเป็นจริงจะพิสูจน์ให้เห็นถึงความเรียบง่ายนี้โดยปราศจากความซับซ้อนใดๆ อีกหรือไม่? (คำว่า "ง่าย" เป็นคำที่ถูกต้องสำหรับความปั่นป่วนในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นสูงและควบคุมไม่ได้ซึ่งฝังตัวอยู่ในสนามแรงโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็กที่รุนแรงซึ่งอวกาศถูกหักงอจนเป็นจุดแตกหักหรือไม่ อาจเป็นคำถามแยกต่างหาก)

เราใช้วิธีทางสถิติเพื่อวัดปริมาณแสงที่เปล่งออกมาจากแผ่นดิสก์ 5,000 แผ่นของเราที่กะพริบเมื่อเวลาผ่านไป รูปแบบการกะพริบในแต่ละอันดูแตกต่างกันบ้าง

แต่เมื่อเราจัดเรียงตามขนาด ความสว่าง และสี เราเริ่มเห็นรูปแบบที่น่าสนใจ เราสามารถระบุความเร็วการโคจรของแผ่นดิสก์แต่ละแผ่นได้ และเมื่อคุณตั้งค่านาฬิกาให้ทำงานที่ความเร็วของแผ่นดิสก์ รูปแบบการกะพริบทั้งหมดจะเริ่มดูเหมือนเดิม

พฤติกรรมสากลนี้ได้รับการทำนายโดยทฤษฎี "ความไม่เสถียรของการหมุนของแม่เหล็ก" นั่นทำให้สบายใจ! หมายความว่าห้วงมหึมาที่น่าเหลือเชื่อเหล่านี้นั้น "เรียบง่าย" หลังจากทั้งหมด

และเปิดโอกาสใหม่ๆ เราคิดว่าความแตกต่างเล็กน้อยที่เหลืออยู่ระหว่างจานสะสมเกิดขึ้นเนื่องจากเรามองจากทิศทางที่แตกต่างกัน

ขั้นตอนต่อไปคือการตรวจสอบความแตกต่างที่ลึกซึ้งเหล่านี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้น และดูว่าพวกมันมีเงื่อนงำในการแยกแยะทิศทางของหลุมดำหรือไม่ ในที่สุด การวัดหลุมดำในอนาคตของเราอาจแม่นยำยิ่งขึ้นไปอีกสนทนา

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

เครดิตภาพ: การทำงานร่วมกันของ EHT

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์