Астрофизиците от Принстън разкриват мистерията на струите на черни дупки и галактическите „светлинни мечове“

Екип от астрофизици от Принстънския университет сега окончателно идентифицира тази близка енергия Черна дупка M87* се насочва навън, а не навътре, което е дългогодишен дебат в тази област.

Единственото нещо, което всеки знае за черните дупки е, че всичко близо до тях се засмуква в тях.

едва Всичко, оказва се.

Елиът Куатерт, астрофизик и Чарлз А. Млад професор по астрономия в Принстънския университет: „Въпреки че черните дупки са известни като обекти, от които нищо не може да избяга, едно от удивителните предсказания на теорията на относителността на Айнщайн е, че черните дупки всъщност могат да губят енергия.“ Партида от фондация 1897. „Тя може да се върти и точно както въртящият се връх се забавя с течение на времето и губи тази енергия, докато се върти, въртящата се черна дупка също може да загуби енергия от заобикалящата я среда.“

Този модел е широко приет от учените от 1970 г. насам. Те знаеха, че магнитните полета могат да извличат енергия от въртящи се черни дупки, но не знаеха как.

Екип от астрофизици от Принстънския университет окончателно установи, че енергията близо до хоризонта на събитията на черната дупка M87* се втурва навън, а не навътре. (M87 е името на галактиката, Messier 87, така че черната дупка в нейния център се нарича M87*.) Quatert каза, че изследователите също така са измислили начин да тестват прогнозата, че черните дупки губят ротационна енергия, и да докажат, че енергия, която произвежда „невероятно мощни изходящи потоци“, които виждаме и които наричаме струи.

Анимация, показваща как магнитното поле, пресичащо хоризонта на събитията на черната дупка, се изкривява, докато черната дупка се върти по-бързо. По-бързо въртяща се черна дупка върти магнитното поле по-бързо, което кара черната дупка да губи повече енергия към заобикалящата я среда. Екип от астрофизици от Принстънския университет наблюдава обвиване на линиите на магнитното поле в изображения от телескопа Event Horizon на линейна поляризация на черни дупки. Кредит: Видео от Джордж Уонг, Институт за напреднали изследвания Принстънския университет

Тези струи енергиен поток са „по същество като милион-Светлинна година„Може да се удължи 10 пъти по-дълго от дългите светлинни мечове на Принстън“, казва Александру Лобсаска, бивш постдокторантски изследовател в Принстънския университет. млечен път галактика.

Резултатите от тяхната работа бяха публикувани наскоро в на Астрофизичен вестник. Андрю Чел, научен сътрудник по астрофизика, е първият автор на тази статия. Той и съавторът Джордж Уонг са членове на Телескоп за хоризонт на събитията Те изиграха решаваща роля в разработването на моделите, използвани за обяснение на черните дупки. Chael, Wong, Lobsaska и Quataert са всички теоретици, свързани с Принстънска инициатива за гравитация.

Екипът приписва на Шел жизненоважното прозрение в основата на новата статия: че посоката, в която линиите на магнитното поле се издигат, разкрива посоката на енергийния поток. Оттам нататък „останалото си дойде на мястото“, каза Quataert.

Черната дупка M87* (звездният знак на черната дупка в центъра на галактиката M87) привлече вниманието на света, когато беше открита за първи път от телескопа Event Horizon. Оттогава астрофизиците от Принстънския университет откриха, че въртящото се магнитно поле около черната дупка определя поляризационния вихър, наблюдаван в изображенията на черната дупка. По-специално, посоката на енергийния поток (от дупка към поле или обратно) определя как се увива поляризацията. Чрез измерване на посоката, в която се извива поляризацията, може да се заключи дали магнитното поле извлича спинова енергия от дупката или инжектира спинова енергия в нея. Източник на изображението: Модел от Андрю Чел, Джордж Уонг, Александру Лобсаска и Елиът Куаерт, Принстънска инициатива за гравитация

„Ако вземете Земята и я превърнете цялата в TNT и я взривите 1000 пъти в секунда за милиони и милиони години, това е количеството енергия, което ще извлечем от M87“, каза Уонг, научен сътрудник в Харвардския университет . Принстънска инициатива за гравитация и член на Института за напреднали изследвания.

Учените знаят от десетилетия, че когато черна дупка започне да се върти, тя дърпа тъканта на пространство-времето със себе си. Линиите на магнитното поле, преминаващи през черната дупка, се изтеглят, забавяйки въртенето, освобождавайки енергия.

„Нашето ново, ясно предсказание е, че всеки път, когато погледнете астрофизична черна дупка, ако към нея са прикрепени линии на магнитно поле, ще има трансфер на енергия – наистина луди количества трансфер на енергия“, каза Лобсаска, бивш научен сътрудник в UCLA . Принстън и сега е асистент професор по физика и математика в университета Вандербилт, за което спечели награда Награда за нови граници във физиката за 2024 г От наградата за пробив на Фондацията за изследванията му върху черните дупки.

Докато енергийният поток близо до хоризонта на събитията на M87* е насочен навън, екипът каза, че енергийният поток теоретично може да бъде насочен навътре в различна черна дупка. Те са уверени в тяхната връзка между потока на енергия и посоката на линиите на магнитното поле и тяхната прогноза, че потокът на енергия идва от черната дупка, ще бъде тествана с пускането на „все още теоретичния“следващото поколение„Телескоп Event Horizon.

През последната година и половина изследователите на черни дупки по целия свят предлагат спецификации за бъдещия инструмент, каза Уонг. „Изследователски статии като нашите могат да изиграят решаваща роля при определянето на това, от което се нуждаем. Мисля, че това е много вълнуващо време.“

Четиримата изследователи подчертаха в своята статия, че не са показали категорично, че въртенето на черната дупка „всъщност задвижва извънгалактични струи“, въпреки че доказателствата със сигурност клонят в тази посока. Въпреки че нивата на мощност, показани от техния модел, съответстват на нуждите на самолета, те не могат да изключат възможността самолетът да се захранва от въртене. плазма Извън черната дупка. „Мисля, че е много вероятно черната дупка да е източникът на енергия за самолета, но не можем да докажем това“, каза Лобсашка. „Досега.“

Справка: „Измерване на поляризацията на черната дупка I. Сигнатура на извличането на електромагнитна енергия“ от Андрю Чел, Александру Лобсаска и Джордж Н. Wong, Elliot Quataert, 14 ноември 2023 г., Астрофизичен вестник.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

Това изследване беше подкрепено от Принстънската инициатива за гравитация, стипендия на Таплин, Националната научна фондация (безвъзмездна помощ № 2307888) и награда за изследовател на фондация Саймънс.