Astrofizicienii de la Princeton dezvăluie misterul jeturilor cu găuri negre și al „sabiilor de lumină” galactice

Cercetătorii de la Universitatea Princeton au descoperit că gaura neagră M87* expulzează energie în exterior, contribuind la formarea de jeturi masive. Descoperirea, înrădăcinată în teoria relativității a lui Einstein, provoacă opiniile tradiționale despre găurile negre și ar putea fi testată în continuare folosind telescoape avansate. Studiul deschide noi orizonturi pentru înțelegerea dinamicii găurilor negre, deși se oprește înainte de a explica în mod concludent sursa puterii jeturilor. Credit: SciTechDaily.com

O echipă de astrofizicieni de la Universitatea Princeton a reușit să determine în mod concludent că energia este aproape de aceea Gaură neagră M87* împinge spre exterior, nu spre interior, ceea ce este o dezbatere de lungă durată în domeniu.

Singurul lucru pe care toată lumea îl știe despre găurile negre este că tot ce este în apropierea lor este absorbit în ele.

de abia Totul, se dovedește.

Elliot Quataert, astrofizician și Charles A. Tânăr profesor de astronomie la Universitatea Princeton: „Deși găurile negre sunt cunoscute ca obiecte din care nimic nu poate scăpa, una dintre predicțiile uimitoare ale teoriei relativității a lui Einstein este că găurile negre pot pierde energie.” Lotul de la Fundația din 1897. „Se poate învârti și, așa cum o blat încetinește în timp și își pierde acea energie pe măsură ce se învârte, o gaură neagră care se rotește poate pierde energie în jurul său.”

Acest model a fost larg acceptat de cercetători încă din anii 1970. Ei știau că câmpurile magnetice ar putea extrage energie din găurile negre în rotație, dar nu știau cum.

O echipă de astrofizicieni de la Universitatea Princeton a stabilit în mod concludent că energia din apropierea orizontului de evenimente al găurii negre M87* se grăbește spre exterior, nu spre interior. (M87 este numele galaxiei, Messier 87, deci gaura neagră din centrul ei se numește M87*.) Quatert a spus că cercetătorii au conceput, de asemenea, o modalitate de a testa predicția că găurile negre pierd energie de rotație și pentru a demonstra că este că energie care produce „ieșirile incredibil de puternice.” Pe care le vedem și pe care le numim jeturi.”

O animație care arată cum câmpul magnetic care traversează orizontul de evenimente al găurii negre este răsucit pe măsură ce gaura neagră se învârte mai repede. O gaură neagră care se învârte mai repede învârte câmpul magnetic mai repede, determinând ca gaura neagră să piardă mai multă energie în mediul înconjurător. O echipă de astrofizicieni de la Universitatea Princeton a observat înfășurarea liniilor de câmp magnetic în imaginile de la Telescopul Event Horizon de polarizare liniară a găurilor negre. Credit: Video de George Wong, Institutul pentru Studii Avansate Universitatea Princeton

Aceste jeturi de energie sunt „practic ca un milion deAn lumină„Sabiile laser lungi se pot extinde de 10 ori mai mult decât o sabie laser Jedi”, spune Alexandru Lobsaska, fost cercetător postdoctoral la Universitatea Princeton. calea lactee galaxie.

Rezultatele muncii lor au fost publicate recent în cel Jurnalul de astrofizică. Andrew Chell, cercetător asociat în astrofizică, este primul autor al acestei lucrări. El și coautorul George Wong sunt ambii membri Telescopul pentru orizont de evenimente Ei au jucat un rol crucial în dezvoltarea modelelor folosite pentru a explica găurile negre. Chael, Wong, Lobsaska și Quataert sunt toți teoreticieni afiliați Princeton Gravity Initiative.

Echipa l-a creditat pe Schell cu percepția vitală din centrul noii lucrări: că direcția în care liniile câmpului magnetic urcă dezvăluie direcția fluxului de energie. De acolo, „restul a căzut la loc”, a spus Quataert.

Gaura neagră M87* (semnul stelar al găurii negre din centrul galaxiei M87) a captat atenția lumii atunci când a fost descoperită pentru prima dată de Telescopul Event Horizon. De atunci, astrofizicienii de la Universitatea Princeton au descoperit că câmpul magnetic răsucit în jurul găurii negre determină vortexul de polarizare observat în imaginile găurii negre. În special, direcția fluxului de energie (de la gaură la câmp sau invers) determină modul în care este înfășurată polarizarea. Măsurând direcția în care se răsucește polarizarea, se poate deduce dacă câmpul magnetic extrage energie de spin din gaură sau injectează energie de spin în ea. Sursa imagine: Model de Andrew Chell, George Wong, Alexandru Lobsaska și Elliot Quataert, Princeton Gravity Initiative

„Dacă ai lua Pământul și ai transforma totul în TNT și l-ai arunca în aer de 1.000 de ori pe secundă timp de milioane și milioane de ani, aceasta este cantitatea de energie pe care am obține-o din M87”, a spus Wong, asociat de cercetare la Universitatea Harvard. . Princeton Gravity Initiative și membru al Institutului pentru Studii Avansate.

Oamenii de știință știu de zeci de ani că atunci când o gaură neagră începe să se rotească, trage cu ea materialul spațiu-timp. Liniile de câmp magnetic care trec prin gaura neagră sunt trase, încetinind rotația, eliberând energie.

„Noua noastră predicție clară este că, ori de câte ori te uiți la o gaură neagră astrofizică, dacă are linii de câmp magnetic atașate de ea, va exista transfer de energie – cantități cu adevărat nebunești de transfer de energie”, a spus Lobsaska, fost asociat de cercetare la UCLA. . Princeton și acum este profesor asistent de fizică și matematică la Universitatea Vanderbilt, pentru care a câștigat un premiu Premiul Noi frontiere în fizică 2024 De la Foundation Breakthrough Award pentru cercetarea sa asupra găurilor negre.

În timp ce fluxul de energie din apropierea orizontului de evenimente al lui M87* este îndreptat spre exterior, echipa a spus că fluxul de energie ar putea fi, teoretic, direcționat spre interior, într-o altă gaură neagră. Ei sunt încrezători în legătura lor dintre fluxul de energie și direcția liniilor câmpului magnetic, iar predicția lor că fluxul de energie provine din gaura neagră va fi testată odată cu lansarea „încă teoretică”generație următoare„Telescopul Event Horizon.

În ultimul an și jumătate, cercetătorii despre găurile negre din întreaga lume au propus specificații pentru viitorul instrument, a spus Wong. „Lucrările de cercetare ca a noastră pot juca un rol crucial în determinarea de ce avem nevoie. Cred că acesta este un moment foarte interesant”.

Cei patru cercetători au subliniat în lucrarea lor că nu au demonstrat în mod concludent că rotația găurii negre „alimentează de fapt jeturile extragalactice”, deși dovezile se înclină cu siguranță în această direcție. Deși nivelurile de putere afișate de modelul lor sunt în concordanță cu ceea ce are nevoie aeronava, nu pot exclude posibilitatea ca aeronava să fie alimentată de o rotire. plasmă În afara găurii negre. „Cred că este foarte probabil ca gaura neagră să fie sursa de energie pentru avion, dar nu putem dovedi asta”, a spus Lobsaška. „Până acum.”

Referință: „Măsurarea polarizării găurii negre I. Semnătura extracției energiei electromagnetice” de Andrew Chell, Alexandru Lobsaska și George N. Wong, Elliot Quataert, 14 noiembrie 2023, Jurnalul de astrofizică.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

Această cercetare a fost susținută de Princeton Gravity Initiative, o bursă Taplin, Fundația Națională pentru Știință (grant nr. 2307888) și un premiu pentru investigator al Fundației Simons.