Tại sao lỗ đen lấp lánh? Các nhà khoa học đã nghiên cứu 5,000 sinh vật khổng lồ ăn sao để tìm ra câu trả lời

Tại sao lỗ đen lấp lánh? Các nhà khoa học đã nghiên cứu 5,000 sinh vật khổng lồ ăn sao để tìm ra câu trả lời

Dấu thời gian: ngày 9 tháng 2023 năm 10 00:XNUMX sáng

Lỗ đen là những thứ kỳ lạ, thậm chí theo tiêu chuẩn của các nhà thiên văn học. Khối lượng của chúng rất lớn, nó uốn cong không gian xung quanh chúng chặt đến mức không thứ gì có thể thoát ra được, kể cả ánh sáng.

Tuy nhiên, bất chấp màu đen nổi tiếng của họ, một số lỗ đen là khá dễ thấy. Khí và các ngôi sao mà các chân không thiên hà này nuốt chửng bị hút vào một đĩa phát sáng trước khi chúng đi vào lỗ một chiều và những đĩa này có thể tỏa sáng rực rỡ hơn toàn bộ các thiên hà.

Kỳ lạ hơn nữa, những lỗ đen này lấp lánh. Độ sáng của các đĩa phát sáng có thể dao động từ ngày này sang ngày khác và không ai hoàn toàn chắc chắn tại sao.

Các đồng nghiệp của tôi và tôi đã ủng hộ nỗ lực phòng thủ tiểu hành tinh của NASA để theo dõi hơn 5,000 lỗ đen phát triển nhanh nhất trên bầu trời trong XNUMX năm, nhằm tìm hiểu lý do tại sao sự lấp lánh này lại xảy ra. TRONG một bài báo mới trong Thiên văn học Thiên văn, chúng tôi báo cáo câu trả lời của mình: một loại nhiễu loạn do ma sát, lực hấp dẫn và từ trường cực mạnh.

Những kẻ ăn sao khổng lồ

Chúng tôi nghiên cứu các lỗ đen siêu lớn, loại nằm ở trung tâm của các thiên hà và có khối lượng tương đương hàng triệu hoặc hàng tỷ mặt trời.

Thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà, có một trong những người khổng lồ này ở trung tâm, với khối lượng khoảng bốn triệu mặt trời. Phần lớn, khoảng 200 tỷ ngôi sao tạo nên phần còn lại của thiên hà (bao gồm cả mặt trời của chúng ta) quay quanh lỗ đen ở trung tâm một cách hạnh phúc.

Tuy nhiên, mọi thứ không yên bình như vậy trong tất cả các thiên hà. Khi các cặp thiên hà kéo nhau thông qua lực hấp dẫn, nhiều ngôi sao có thể bị kéo quá gần lỗ đen của thiên hà. Điều này kết thúc tồi tệ cho các ngôi sao: chúng bị xé nát và nuốt chửng.

Chúng tôi tin rằng điều này hẳn đã xảy ra trong các thiên hà có lỗ đen nặng bằng một tỷ mặt trời, bởi vì chúng tôi không thể tưởng tượng được bằng cách nào khác chúng có thể phát triển lớn như vậy. Nó cũng có thể đã xảy ra trong Dải Ngân hà trong quá khứ.

Các lỗ đen cũng có thể cung cấp năng lượng theo cách chậm hơn, nhẹ nhàng hơn: bằng cách hút các đám mây khí do các ngôi sao già được gọi là sao khổng lồ đỏ thổi ra.

Giờ cho ăn

Trong nghiên cứu mới của mình, chúng tôi đã xem xét kỹ lưỡng quá trình nạp năng lượng của 5,000 lỗ đen phát triển nhanh nhất trong vũ trụ.

Trong những nghiên cứu trước đó, chúng tôi đã phát hiện ra những lỗ đen có sự thèm ăn phàm ăn nhất. Năm ngoái, chúng tôi tìm thấy một hố đen ăn một thứ có giá trị bằng trái đất mỗi giây. Vào năm 2018, chúng tôi đã tìm thấy một con ăn toàn bộ mặt trời cứ sau 48 giờ.

Nhưng chúng tôi có rất nhiều câu hỏi về hành vi kiếm ăn thực tế của chúng. Chúng ta biết vật chất trên đường đi vào lỗ xoắn ốc thành một “đĩa bồi tụ” phát sáng có thể đủ sáng để chiếu sáng toàn bộ thiên hà. Những lỗ đen ăn rõ ràng này được gọi là chuẩn tinh.

Hầu hết các lỗ đen này ở rất xa, rất xa—quá xa để chúng ta có thể nhìn thấy bất kỳ chi tiết nào của đĩa. Chúng tôi có một số hình ảnh về các đĩa bồi tụ xung quanh các lỗ đen gần đó, nhưng chúng chỉ đang hít vào một số loại khí vũ trụ hơn là ăn các vì sao.

Năm năm lỗ đen nhấp nháy

In công việc mới của chúng tôi, chúng tôi đã sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng ATLAS của NASA ở Hawaii. Nó quét toàn bộ bầu trời mỗi đêm (nếu thời tiết cho phép), theo dõi các tiểu hành tinh tiếp cận Trái đất từ ​​bóng tối bên ngoài.

Những lần quét toàn bộ bầu trời này cũng tình cờ cung cấp một bản ghi hàng đêm về ánh sáng rực rỡ của các lỗ đen đói khát, nằm sâu trong nền. Nhóm của chúng tôi đã tập hợp một bộ phim dài XNUMX năm về mỗi lỗ đen đó, cho thấy sự thay đổi hàng ngày về độ sáng gây ra bởi vùng xoáy phát sáng sủi bọt và sôi sục của đĩa bồi tụ.

Sự lấp lánh của những lỗ đen này có thể cho chúng ta biết điều gì đó về đĩa bồi tụ.

Năm 1998, các nhà vật lý thiên văn Steven Balbus và John Hawley đề xuất một lý thuyết về “bất ổn định từ quay” mô tả cách từ trường có thể gây ra nhiễu loạn trong đĩa. Nếu đó là ý kiến ​​​​đúng, thì các đĩa sẽ kêu xèo xèo theo kiểu thông thường. Chúng sẽ lấp lánh theo các kiểu ngẫu nhiên mở ra khi các đĩa quay quanh. Các đĩa lớn hơn quay chậm hơn với ánh sáng nhấp nháy chậm, trong khi các quỹ đạo chặt hơn và nhanh hơn trong các đĩa nhỏ hơn nhấp nháy nhanh hơn.

Nhưng liệu những chiếc đĩa trong thế giới thực có chứng minh được điều này đơn giản mà không cần thêm bất kỳ sự phức tạp nào không? (Liệu “đơn giản” có phải là từ thích hợp để chỉ nhiễu loạn trong một môi trường cực kỳ dày đặc, mất kiểm soát được nhúng trong các trường hấp dẫn và từ trường cực mạnh nơi bản thân không gian bị bẻ cong tới điểm phá vỡ có lẽ là một câu hỏi riêng).

Sử dụng các phương pháp thống kê, chúng tôi đã đo mức độ nhấp nháy ánh sáng phát ra từ 5,000 đĩa của chúng tôi theo thời gian. Mô hình nhấp nháy trong mỗi cái trông hơi khác nhau.

Nhưng khi chúng tôi sắp xếp chúng theo kích thước, độ sáng và màu sắc, chúng tôi bắt đầu thấy những mẫu hấp dẫn. Chúng tôi có thể xác định tốc độ quỹ đạo của từng đĩa—và khi bạn đặt đồng hồ của mình chạy ở tốc độ của đĩa, tất cả các mẫu nhấp nháy bắt đầu trông giống nhau.

Hành vi phổ quát này thực sự được dự đoán bởi lý thuyết về “sự bất ổn định quay của nam châm”. Điều đó thật an ủi! Điều đó có nghĩa là những vòng xoáy rối rắm này xét cho cùng là “đơn giản”.

Và nó mở ra những khả năng mới. Chúng tôi nghĩ rằng sự khác biệt tinh tế còn lại giữa các đĩa bồi tụ xảy ra bởi vì chúng tôi đang xem xét chúng từ các hướng khác nhau.

Bước tiếp theo là kiểm tra kỹ hơn những khác biệt tinh tế này và xem liệu chúng có nắm giữ manh mối để phân biệt hướng của lỗ đen hay không. Cuối cùng, các phép đo lỗ đen trong tương lai của chúng ta có thể còn chính xác hơn nữa.Conversation

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: Hợp tác EHT

Dấu thời gian:

Thêm từ Trung tâm cá biệt