Чому чорні діри мерехтять? Вчені вивчили 5,000 гігантів-зіркоїдів, щоб дізнатися

Чорні діри це дивні речі навіть за стандартами астрономів. Їхня маса настільки велика, що вона так щільно огинає простір навколо них, що ніщо не може вирватися, навіть саме світло.

І все ж, незважаючи на свою знамениту чорноту, деякі чорних дір досить помітні. Газ і зірки, які поглинають ці галактичні вакууми, засмоктуються в сяючий диск перед їх односторонньою подорожжю в діру, і ці диски можуть сяяти яскравіше, ніж цілі галактики.

Що ще дивніше, ці чорні діри мерехтять. Яскравість сяючих дисків може коливатися день у день, і ніхто до кінця не знає, чому.

Мої колеги та я співпрацювали з зусиллями НАСА щодо захисту від астероїдів, щоб протягом п’яти років спостерігати за понад 5,000 чорних дір, що найшвидше ростуть у небі, намагаючись зрозуміти, чому відбувається це мерехтіння. в нова стаття в Природа астрономії, ми повідомляємо нашу відповідь: свого роду турбулентність, викликана тертям та інтенсивними гравітаційними та магнітними полями.

Гігантські Зіркожири

Ми вивчаємо надмасивні чорні діри, такі, що розташовані в центрах галактик і мають таку ж масу, як мільйони чи мільярди сонць.

Наша власна галактика, Чумацький Шлях, має один із цих гігантів у своєму центрі з масою близько чотирьох мільйонів сонць. Здебільшого близько 200 мільярдів зірок, які складають решту галактики (включаючи наше Сонце), щасливо обертаються навколо чорної діри в центрі.

Однак не у всіх галактиках все так спокійно. Коли пари галактик притягують одна одну через силу тяжіння, багато зірок можуть опинитись надто близько до чорної діри своєї галактики. Це погано закінчується для зірок: їх розривають і пожирають.

Ми впевнені, що це мало статися в галактиках з чорними дірами, вага яких дорівнює мільярдам сонць, тому що ми не можемо уявити, як інакше вони могли вирости такими великими. Це також могло статися в Чумацькому Шляху в минулому.

Чорні діри також можуть харчуватися повільніше, м’якше: всмоктуючи хмари газу, що викидаються геріатричними зірками, відомими як червоні гіганти.

Час годування

У нашому новому дослідженні ми уважно розглянули процес живлення серед 5,000 чорних дір, що найшвидше зростають у Всесвіті.

У попередніх дослідженнях ми виявили чорні діри з найбільш ненажерливим апетитом. Минулого року ми знайшли чорну діру, яка харчується речі вартістю Землі щосекунди. У 2018 році ми знайшли один, який їсть ціле сонце кожні 48 годин.

Але у нас є багато питань щодо їх фактичної харчової поведінки. Ми знаємо, що матеріал на шляху до діри спиралі перетворюється на сяючий «акреційний диск», який може бути достатньо яскравим, щоб затьмарити цілі галактики. Ці видимі чорні діри називаються квазарами.

Більшість цих чорних дір дуже-дуже далеко — надто далеко, щоб ми могли побачити будь-яку деталь диска. У нас є кілька зображень акреційних дисків навколо сусідніх чорних дір, але вони просто вдихають космічний газ, а не ласують зірками.

П'ять років мерехтіння чорних дір

In наша нова робота, ми використали дані телескопа NASA ATLAS на Гаваях. Він сканує все небо щоночі (якщо дозволяє погода), відстежуючи астероїди, які наближаються до Землі з зовнішньої темряви.

Ці сканування всього неба також забезпечують нічний запис світіння голодних чорних дір глибоко на задньому плані. Наша команда зібрала п’ятирічний фільм про кожну з цих чорних дір, показуючи щоденні зміни яскравості, викликані бурлячим і киплячим сяючим виром акреційного диска.

Мерехтіння цих чорних дір може розповісти нам щось про акреційні диски.

У 1998 році астрофізики Стівен Балбус і Джон Хоулі запропонували теорію «магніто-обертальні нестабільності», який описує, як магнітні поля можуть викликати турбулентність у дисках. Якщо це правильна ідея, тоді диски повинні шипіти рівномірно. Вони блиматимуть у випадкових візерунках, які розгортаються, коли диски обертаються. Більші диски обертаються повільніше з повільним мерехтінням, тоді як щільніші та швидші орбіти менших дисків мерехтять швидше.

Але чи диски в реальному світі доведуть це просто, без додаткових складнощів? (Чи «простий» є правильним словом для турбулентності в надщільному, неконтрольованому середовищі, зануреному в інтенсивні гравітаційні та магнітні поля, де сам простір зігнутий до своєї точки розриву, можливо, окреме питання).

Використовуючи статистичні методи, ми виміряли, наскільки світло, випромінюване нашими 5,000 дисками, мерехтіло з часом. Схема мерехтіння в кожному з них виглядала дещо по-різному.

Але коли ми відсортували їх за розміром, яскравістю та кольором, ми почали бачити інтригуючі візерунки. Нам вдалося визначити орбітальну швидкість кожного диска — і коли ви налаштуєте свій годинник на швидкість диска, усі мерехтливі візерунки починають виглядати однаково.

Ця універсальна поведінка дійсно передбачена теорією «магніто-обертальних нестабільностей». Це було втішно! Це означає, що ці карколомні вири все-таки «прості».

І це відкриває нові можливості. Ми вважаємо, що решта тонких відмінностей між акреційними дисками виникають тому, що ми дивимося на них з різних сторін.

Наступний крок — уважніше вивчити ці тонкі відмінності та побачити, чи містять вони підказки для визначення орієнтації чорної діри. Згодом наші майбутні вимірювання чорних дір можуть бути ще точнішими.

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Зображення Фото: Співпраця EHT

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/02/09/why-do-black-holes-twinkle-scientists-studied-5000-star-eating-behemoths-to-find-out/