Tím astrofyzikov z Princetonskej univerzity dokázal presvedčivo určiť, že energia je tomu blízka Čierna diera M87* tlačí von, nie dovnútra, čo je v tejto oblasti dlhotrvajúca diskusia.

Jediná vec, ktorú každý vie o čiernych dierach, je, že všetko v ich blízkosti sa do nich nasáva.

sotva Všetko, ukazuje sa.

Elliot Quataert, astrofyzik a Charles A. Mladý profesor astronómie na Princetonskej univerzite: „Hoci čierne diery sú známe ako objekty, z ktorých nič nemôže uniknúť, jednou z prekvapivých predpovedí Einsteinovej teórie relativity je, že čierne diery môžu skutočne stratiť energiu.“ Batch od Nadácie z roku 1897. „Môže sa točiť a tak ako sa vretenica časom spomaľuje a stráca túto energiu, keď sa točí, aj rotujúca čierna diera môže strácať energiu pre svoje okolie.“

Tento model bol medzi vedcami široko akceptovaný od 70. rokov 20. storočia. Vedeli, že magnetické polia môžu získavať energiu z rotujúcich čiernych dier, ale nevedeli ako.

Tím astrofyzikov z Princetonskej univerzity presvedčivo zistil, že energia v blízkosti horizontu udalostí čiernej diery M87* sa rúti smerom von, nie dovnútra. (M87 je názov galaxie, Messier 87, takže čierna diera v jej strede sa nazýva M87*.) Quatert povedal, že výskumníci tiež navrhli spôsob, ako otestovať predpoveď, že čierne diery strácajú rotačnú energiu, a dokázať, že je to tak. energie, ktorá produkuje „neuveriteľne silné výlevy.“ ktoré vidíme a ktoré nazývame trysky.

Animácia ukazuje, ako sa magnetické pole prechádzajúce horizontom udalostí čiernej diery krúti, keď sa čierna diera točí rýchlejšie. Rýchlejšie rotujúca čierna diera otáča magnetické pole rýchlejšie, čo spôsobuje, že čierna diera stráca viac energie do svojho okolia. Tím astrofyzikov z Princetonskej univerzity pozoroval obaľovanie siločiar magnetického poľa na obrázkoch z ďalekohľadu Event Horizon Telescope lineárnej polarizácie čiernych dier. Poďakovanie: Video od Georgea Wonga, Institute for Advanced Study Princetonská univerzita

Tieto prúdy energie sú „v podstate ako miliónSvetelný rok„Dlhé svetelné meče sa môžu predĺžiť 10-krát dlhšie ako svetelný meč Jedi,“ hovorí Alexandru Lobsaska, bývalý postdoktorandský výskumník na Princetonskej univerzite. mliečna dráha galaxie.

Výsledky ich práce boli nedávno publikované v r a Astrofyzikálny časopis. Andrew Chell, vedecký pracovník v astrofyzike, je prvým autorom tohto článku. On a spoluautor George Wong sú obaja členmi skupiny Ďalekohľad horizontu udalostí Zohrali kľúčovú úlohu pri vývoji modelov používaných na vysvetlenie čiernych dier. Chael, Wong, Lobsaska a Quataert sú všetci teoretici spriaznení s Princetonská gravitačná iniciatíva.

Tím pripísal Schellovi zásadný pohľad na jadro nového článku: že smer, ktorým magnetické siločiary stúpajú, odhaľuje smer toku energie. Odtiaľ „zvyšok zapadol na miesto,“ povedal Quataert.

Čierna diera M87* (hviezdne znamenie čiernej diery v strede galaxie M87) upútala pozornosť sveta, keď ju prvýkrát objavil ďalekohľad Event Horizon Telescope. Odvtedy astrofyzici z Princetonskej univerzity zistili, že krútiace sa magnetické pole okolo čiernej diery určuje polarizačný vír pozorovaný na obrázkoch čiernej diery. Najmä smer toku energie (z diery do poľa alebo naopak) určuje, ako je polarizácia zabalená. Meraním smeru, v ktorom sa polarizácia krúti, je možné odvodiť, či magnetické pole odoberá spinovú energiu z diery alebo do nej vháňa spinovú energiu. Zdroj obrázkov: Model od Andrew Chell, George Wong, Alexandru Lobsaska a Elliot Quataert, Princeton Gravity Initiative

„Ak by ste vzali Zem a premenili ju na TNT a vyhodili ju do vzduchu 1000-krát za sekundu na milióny a milióny rokov, také množstvo energie by sme dostali z M87,“ povedal Wong, výskumný pracovník z Harvardskej univerzity. . Princeton Gravity Initiative a členom Inštitútu pre pokročilé štúdium.

Vedci už desaťročia vedia, že keď sa čierna diera začne točiť, stiahne so sebou aj tkanivo časopriestoru. Magnetické siločiary prechádzajúce čiernou dierou sú ťahané, čím sa spomaľuje rotácia a uvoľňuje sa energia.

„Naša nová, ostrá predpoveď je, že kedykoľvek sa pozriete na astrofyzikálnu čiernu dieru, ak sú k nej pripojené magnetické siločiary, dôjde k prenosu energie – skutočne šialeným množstvám prenosu energie,“ povedal Lobsaska, bývalý výskumný pracovník na UCLA. . Princeton a teraz je odborným asistentom fyziky a matematiky na Vanderbilt University, za čo získal ocenenie Cena za nové hranice vo fyzike 2024 Od Foundation Breakthrough Award za výskum čiernych dier.

Zatiaľ čo tok energie v blízkosti horizontu udalostí M87* smeruje von, tím povedal, že tok energie by teoreticky mohol smerovať dovnútra do inej čiernej diery. Sú si istí svojim spojením medzi tokom energie a smerom magnetických siločiar a ich predpoveď, že tok energie pochádza z čiernej diery, bude testovaná spustením „stále teoretického“ďalšia generácia„Udalosť Horizon Telescope.“

Za posledný rok a pol výskumníci čiernych dier na celom svete navrhovali špecifikácie pre budúci nástroj, povedal Wong. „Výskumné dokumenty, ako sú tie naše, môžu hrať kľúčovú úlohu pri určovaní toho, čo potrebujeme. Myslím si, že toto je veľmi vzrušujúce obdobie.“

Štyria výskumníci vo svojej práci zdôraznili, že nepreukázali presvedčivo, že rotácia čiernej diery „v skutočnosti poháňa extragalaktické výtrysky“, hoci dôkazy sa určite prikláňajú týmto smerom. Hoci úrovne výkonu zobrazené ich modelom zodpovedajú tomu, čo lietadlá potrebujú, nemôžu vylúčiť možnosť, že lietadlo bude poháňané rotáciou. plazma Mimo čiernej diery. „Myslím si, že je veľmi pravdepodobné, že čierna diera je zdrojom energie pre lietadlo, ale nemôžeme to dokázať,“ povedal Lobsaška. „Do teraz.“

Odkaz: „Measuring Black Hole Polarization I. Signature of Electromagnetic Energy Extraction“ od Andrew Chell, Alexandru Lobsaska, George N. Wong a Elliot Quataert, 14. novembra 2023, Astrofyzikálny časopis.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

Výskum podporili Princeton Gravity Initiative, Taplin Fellowship, National Science Foundation (Grant č. 2307888) a Simons Foundation Investigator Award.