Οι αστροφυσικοί του Πρίνστον ξετυλίγουν το μυστήριο των πίδακες μαύρης τρύπας και των γαλαξιακών «φωτοσπαθίων»

Μια ομάδα αστροφυσικών στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον μπόρεσε να προσδιορίσει οριστικά ότι η ενέργεια είναι κοντά σε αυτό Μαύρη τρύπα Το M87* ωθεί προς τα έξω, όχι προς τα μέσα, κάτι που είναι μια μακροχρόνια συζήτηση εντός του πεδίου.

Το μόνο πράγμα που όλοι γνωρίζουν για τις μαύρες τρύπες είναι ότι τα πάντα κοντά τους απορροφώνται μέσα τους.

μετά βίας Όλα, αποδεικνύεται.

Ο Elliot Quataert, αστροφυσικός και ο Charles A. Νεαρός καθηγητής Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον: «Αν και οι μαύρες τρύπες ορίζονται ως αντικείμενα από τα οποία τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει, μια από τις εκπληκτικές προβλέψεις της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν είναι ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν πραγματικά να χάσουν ενέργεια». Παρτίδα από το Ίδρυμα του 1897. «Μπορεί να περιστρέφεται, και όπως μια περιστρεφόμενη κορυφή επιβραδύνεται με την πάροδο του χρόνου και χάνει αυτήν την ενέργεια καθώς περιστρέφεται, μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα μπορεί επίσης να χάσει ενέργεια στο περιβάλλον της».

Αυτό το μοντέλο έχει γίνει ευρέως αποδεκτό από τους μελετητές από τη δεκαετία του 1970. Ήξεραν ότι τα μαγνητικά πεδία μπορεί να εξάγουν ενέργεια από τις περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, αλλά δεν ήξεραν πώς.

Μια ομάδα αστροφυσικών στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον έχει οριστικά προσδιορίσει ότι η ενέργεια κοντά στον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας M87* ορμάει προς τα έξω, όχι προς τα μέσα. (M87 είναι το όνομα του γαλαξία, Messier 87, επομένως η μαύρη τρύπα στο κέντρο της ονομάζεται M87*.) Ο Quatert είπε ότι οι ερευνητές επινόησαν επίσης έναν τρόπο να δοκιμάσουν την πρόβλεψη ότι οι μαύρες τρύπες χάνουν περιστροφική ενέργεια και να αποδείξουν ότι είναι ότι ενέργεια που παράγει τις «απίστευτα ισχυρές εκροές». Αυτό που βλέπουμε και που ονομάζουμε πίδακες».

Ένα κινούμενο σχέδιο που δείχνει πώς το μαγνητικό πεδίο που διασχίζει τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας συστρέφεται καθώς η μαύρη τρύπα περιστρέφεται πιο γρήγορα. Μια μαύρη τρύπα που περιστρέφεται πιο γρήγορα περιστρέφει το μαγνητικό πεδίο πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα η μαύρη τρύπα να χάνει περισσότερη ενέργεια στο περιβάλλον της. Μια ομάδα αστροφυσικών στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον παρατήρησε να τυλίγονται γραμμές μαγνητικού πεδίου σε εικόνες από το τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων της γραμμικής πόλωσης των μαύρων οπών. Συντελεστής: Βίντεο από τον George Wong, Institute for Advanced Study πανεπιστήμιο Πρίνσετον

Αυτοί οι πίδακες ροής ενέργειας είναι «βασικά σαν ένα εκατομμύριοΕτος φωτός«Τα μακριά φωτόσπαθα μπορούν να εκτείνονται 10 φορές περισσότερο από ένα φωτόσπαθο Τζεντάι», λέει ο Alexandru Lobsaska, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Γαλαξίας γαλαξίας.

Τα αποτελέσματα της δουλειάς τους δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο ο Astrophysical Journal. Ο Andrew Chell, επιστημονικός συνεργάτης στην αστροφυσική, είναι ο πρώτος συγγραφέας αυτής της εργασίας. Μέλη του είναι και ο ίδιος και ο συν-συγγραφέας George Wong Τηλεσκόπιο ορίζοντα γεγονότων Έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη των μοντέλων που χρησιμοποιούνται για να εξηγήσουν τις μαύρες τρύπες. Οι Chael, Wong, Lobsaska και Quataert είναι όλοι θεωρητικοί που συνδέονται με Princeton Gravity Initiative.

Η ομάδα απέδωσε στον Schell τη ζωτική γνώση στην καρδιά της νέας εργασίας: ότι η κατεύθυνση στην οποία ανεβαίνουν οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου αποκαλύπτει την κατεύθυνση της ροής ενέργειας. Από εκεί, «τα υπόλοιπα μπήκαν στη θέση τους», είπε ο Quataert.

Η μαύρη τρύπα M87* (το αστρικό ζώδιο της μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία M87) τράβηξε την προσοχή του κόσμου όταν ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από το τηλεσκόπιο Event Horizon. Από τότε, οι αστροφυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον ανακάλυψαν ότι το μαγνητικό πεδίο γύρω από τη μαύρη τρύπα καθορίζει τη δίνη πόλωσης που παρατηρείται στις εικόνες της μαύρης τρύπας. Συγκεκριμένα, η κατεύθυνση της ροής ενέργειας (από τρύπα σε πεδίο ή αντίστροφα) καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο περιτυλίγεται η πόλωση. Μετρώντας την κατεύθυνση στην οποία στρίβει η πόλωση, μπορεί κανείς να συμπεράνει εάν το μαγνητικό πεδίο εξάγει ενέργεια σπιν από την οπή ή εγχέει ενέργεια σπιν σε αυτήν. Πηγή εικόνας: Μοντέλο των Andrew Chell, George Wong, Alexandru Lobsaska και Elliot Quataert, Princeton Gravity Initiative

«Αν παίρνατε τη Γη και τη μετατρέψατε όλη σε TNT και την ανατινάζατε 1.000 φορές το δευτερόλεπτο για εκατομμύρια και εκατομμύρια χρόνια, αυτή είναι η ποσότητα ενέργειας που θα βγάζαμε από το M87», είπε ο Wong, επιστημονικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. . Princeton Gravity Initiative και μέλος του Institute for Advanced Study.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν εδώ και δεκαετίες ότι όταν μια μαύρη τρύπα αρχίζει να περιστρέφεται, τραβάει μαζί της το ύφασμα του χωροχρόνου. Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου που διέρχονται από τη μαύρη τρύπα έλκονται, επιβραδύνοντας την περιστροφή, απελευθερώνοντας ενέργεια.

«Η νέα, απότομη πρόβλεψή μας είναι ότι κάθε φορά που κοιτάζετε μια αστροφυσική μαύρη τρύπα, εάν έχει γραμμές μαγνητικού πεδίου συνδεδεμένες σε αυτήν, θα υπάρξει μεταφορά ενέργειας – πραγματικά τρελά ποσά μεταφοράς ενέργειας», δήλωσε ο Lobsaska, πρώην επιστημονικός συνεργάτης στο UCLA. . Πρίνστον και τώρα είναι επίκουρος καθηγητής φυσικής και μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο Vanderbilt, για το οποίο κέρδισε βραβείο Βραβείο New Frontiers in Physics 2024 Από το Foundation Breakthrough Award για την έρευνά του στις μαύρες τρύπες.

Ενώ η ροή ενέργειας κοντά στον ορίζοντα γεγονότων του M87* κατευθύνεται προς τα έξω, η ομάδα είπε ότι η ροή ενέργειας θεωρητικά θα μπορούσε να κατευθυνθεί προς τα μέσα σε μια διαφορετική μαύρη τρύπα. Είναι σίγουροι για τη σύνδεσή τους μεταξύ της ροής της ενέργειας και της κατεύθυνσης των γραμμών του μαγνητικού πεδίου και η πρόβλεψή τους ότι η ροή της ενέργειας προέρχεται από τη μαύρη τρύπα θα δοκιμαστεί με την εκτόξευση του “ακόμα θεωρητικού”επόμενη γενιά«Τηλεσκόπιο Event Horizon.

Τον τελευταίο ενάμιση χρόνο, ερευνητές μαύρης τρύπας σε όλο τον κόσμο έχουν προτείνει προδιαγραφές για το μελλοντικό όργανο, είπε ο Wong. “Ερευνητικές εργασίες όπως η δική μας μπορούν να διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στον καθορισμό του τι χρειαζόμαστε. Νομίζω ότι αυτή είναι μια πολύ συναρπαστική στιγμή.”

Οι τέσσερις ερευνητές τόνισαν στο έγγραφό τους ότι δεν έχουν δείξει οριστικά ότι η περιστροφή της μαύρης τρύπας «στην πραγματικότητα τροφοδοτεί εξωγαλαξιακούς πίδακες», αν και τα στοιχεία σίγουρα κλίνουν προς αυτή την κατεύθυνση. Παρόλο που τα επίπεδα ισχύος που δείχνουν το μοντέλο τους είναι συνεπή με αυτό που χρειάζονται τα αεροσκάφη, δεν μπορούν να αποκλείσουν την πιθανότητα το αεροσκάφος να τροφοδοτείται με περιστροφή. πλάσμα αίματος Έξω από τη μαύρη τρύπα. «Πιστεύω ότι είναι πολύ πιθανό η μαύρη τρύπα να είναι η πηγή ενέργειας για το αεροπλάνο, αλλά δεν μπορούμε να το αποδείξουμε αυτό», είπε ο Lobsaška. “Μέχρι τώρα.”

Παραπομπή: “Measurement of Black Hole Polarization I. Signature of Electromagnetic Energy Extraction” από τους Andrew Chell, Alexandru Lobsaska και George N. Wong και Elliot Quataert, 14 Νοεμβρίου 2023, Astrophysical Journal.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

Η έρευνα υποστηρίχθηκε από την Πρωτοβουλία Gravity του Princeton, μια υποτροφία Taplin, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (Αριθ. Επιχορήγησης 2307888) και ένα Βραβείο Ερευνητή του Ιδρύματος Simons.