Prinstonas astrofiziķi atklāj melnā cauruma strūklu un galaktisko “gaismas zobenu” noslēpumu

Prinstonas universitātes astrofiziķu komanda ir spējusi pārliecinoši noteikt, ka enerģija ir tuvu tam Melnais caurums M87* virzās uz āru, nevis uz iekšu, kas ir ilgstošas ​​diskusijas šajā jomā.

Vienīgais, ko visi zina par melnajiem caurumiem, ir tas, ka viss, kas atrodas tiem tuvumā, tiek iesūkts tajos.

knapi Viss, izrādās.

Eliots Kvateerts, astrofiziķis un Čārlzs A. Jaunais Prinstonas universitātes astronomijas profesors: “Lai gan melnie caurumi ir pazīstami kā objekti, no kuriem nekas nevar izbēgt, viena no pārsteidzošajām Einšteina relativitātes teorijas prognozēm ir tāda, ka melnie caurumi faktiski var zaudēt enerģiju.” Batch no 1897. gada fonda. “Tas var griezties, un tāpat kā griežamais virsotne laika gaitā palēninās un griežas zaudē enerģiju, arī rotējošs melnais caurums var zaudēt enerģiju apkārtējai videi.”

Šo modeli zinātnieki ir plaši akceptējuši kopš pagājušā gadsimta 70. gadiem. Viņi zināja, ka magnētiskie lauki var iegūt enerģiju no rotējošiem melnajiem caurumiem, bet viņi nezināja, kā.

Prinstonas universitātes astrofiziķu komanda ir pārliecinoši konstatējusi, ka enerģija netālu no melnā cauruma M87* notikumu horizonta steidzas uz āru, nevis uz iekšu. (M87 ir galaktikas nosaukums Mesjē 87, tāpēc melnais caurums tā centrā tiek saukts par M87*.) Quatert teica, ka pētnieki ir arī izstrādājuši veidu, kā pārbaudīt prognozi, ka melnie caurumi zaudē rotācijas enerģiju, un pierādīt to, ka enerģija, kas rada “neticami spēcīgu aizplūšanu.” Ko mēs redzam un ko mēs saucam par strūklu.

Animācija, kas parāda, kā magnētiskais lauks, kas šķērso melnā cauruma notikumu horizontu, tiek savīti, jo melnais caurums griežas ātrāk. Ātrāk griežošs melnais caurums griež magnētisko lauku ātrāk, liekot melnais caurums zaudēt vairāk enerģijas apkārtējai videi. Prinstonas universitātes astrofiziķu komanda novēroja magnētiskā lauka līniju iesaiņošanu attēlos no notikumu horizonta teleskopa, kas attēlo melno caurumu lineāro polarizāciju. Autors: Džordža Vona video, Padziļināto pētījumu institūts Prinstonas universitāte

Šīs enerģijas plūsmas strūklas “būtībā ir kā miljonsGaismas gads“Gari gaismas zobeni var izstiepties 10 reizes garāki nekā Jedi gaismas zobens,” saka Aleksandru Lobsaska, bijusī Prinstonas universitātes pēcdoktorantūras pētniece. piena ceļš galaktika.

Viņu darba rezultāti nesen tika publicēti uz Astrofizikas žurnāls. Andrew Chell, astrofizikas zinātniskais līdzstrādnieks, ir pirmais šī raksta autors. Viņš un līdzautors Džordžs Vongs ir abi dalībnieki Notikumu horizonta teleskops Viņiem bija izšķiroša loma melno caurumu izskaidrošanai izmantoto modeļu izstrādē. Chael, Wong, Lobsaska un Quataert ir visi teorētiķi, kas saistīti ar Prinstonas gravitācijas iniciatīva.

Komanda Schell atzinusi par svarīgo ieskatu jaunā dokumenta pamatā: virziens, kurā magnētiskā lauka līnijas paceļas, atklāj enerģijas plūsmas virzienu. No turienes “pārējais nonāca vietā,” sacīja Kvataerts.

Melnais caurums M87* (melnā cauruma zvaigznes zīme galaktikas M87 centrā) piesaistīja pasaules uzmanību, kad to pirmo reizi atklāja teleskops Event Horizon. Kopš tā laika Prinstonas universitātes astrofiziķi ir atklājuši, ka griežošais magnētiskais lauks ap melno caurumu nosaka melnā cauruma attēlos novēroto polarizācijas virpuli. Jo īpaši enerģijas plūsmas virziens (no cauruma uz lauku vai otrādi) nosaka, kā tiek iesaiņota polarizācija. Izmērot virzienu, kurā polarizācija griežas, var secināt, vai magnētiskais lauks iegūst spina enerģiju no cauruma vai ievada tajā griešanās enerģiju. Attēla avots: Endrjū Čela, Džordža Vona, Aleksandru Lobsaskas un Eliota Kvataerta modele, Princeton Gravity Initiative

“Ja jūs paņemtu Zemi un pārvērstu to visu par TNT un uzspridzinātu to 1000 reižu sekundē miljoniem un miljoniem gadu, tas ir enerģijas daudzums, ko mēs iegūtu no M87,” sacīja Vongs, Hārvardas universitātes zinātniskais līdzstrādnieks. . Prinstonas gravitācijas iniciatīva un Padziļināto pētījumu institūta loceklis.

Zinātnieki gadu desmitiem ir zinājuši, ka tad, kad melnais caurums sāk griezties, tas velk sev līdzi laika telpas audumu. Magnētiskā lauka līnijas, kas iet caur melno caurumu, tiek vilktas, palēninot rotāciju, atbrīvojot enerģiju.

“Mūsu jaunā, asā prognoze ir tāda, ka ikreiz, kad skatāties uz astrofizisku melno caurumu, ja tam ir pievienotas magnētiskā lauka līnijas, notiks enerģijas pārnešana — patiešām traki enerģijas pārneses apjoms,” sacīja Lobsaska, bijusī UCLA zinātniskā līdzstrādniece. . Prinstona un tagad ir fizikas un matemātikas docents Vanderbiltas universitātē, par ko viņš ieguva balvu 2024. gada balva Jaunas robežas fizikā No fonda Breakthrough Award balvas par melno caurumu pētījumiem.

Lai gan enerģijas plūsma netālu no M87 * notikumu horizonta ir vērsta uz āru, komanda teica, ka enerģijas plūsma teorētiski varētu tikt novirzīta uz iekšu citā melnajā caurumā. Viņi ir pārliecināti par savu saistību starp enerģijas plūsmu un magnētiskā lauka līniju virzienu, un viņu prognoze, ka enerģijas plūsma nāk no melnā cauruma, tiks pārbaudīta, uzsākot “joprojām teorētisko”Nākošā paaudze“Notikumu horizonta teleskops.

Pēdējo pusotru gadu melno caurumu pētnieki visā pasaulē ir ierosinājuši nākotnes instrumenta specifikācijas, sacīja Vongs. “Pētniecības dokumentiem, piemēram, mūsu var būt izšķiroša nozīme, nosakot, kas mums nepieciešams. Manuprāt, šis ir ļoti aizraujošs laiks.”

Četri pētnieki savā dokumentā uzsvēra, ka viņi nav pārliecinoši pierādījuši, ka melnā cauruma rotācija “faktiski nodrošina ekstragalaktiskās strūklas”, lai gan pierādījumi noteikti ir šajā virzienā. Lai gan to modeļa parādītie jaudas līmeņi atbilst lidmašīnas vajadzībām, tie nevar izslēgt iespēju, ka gaisa kuģis tiek darbināts ar griešanos. plazma Ārpus melnā cauruma. “Manuprāt, ļoti iespējams, ka melnais caurums ir lidmašīnas enerģijas avots, taču mēs to nevaram pierādīt,” sacīja Lobsaška. “Līdz šim brīdim.”

Atsauce: “Melnā cauruma polarizācijas mērījums I. Elektromagnētiskās enerģijas ekstrakcijas paraksts”, autori Endrjū Čels, Aleksandru Lobsaska un Džordžs N. Wong, Elliot Quataert, 2023. gada 14. novembris, Astrofizikas žurnāls.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

Šo pētījumu atbalstīja Princeton Gravity Initiative, Taplin stipendija, Nacionālais zinātnes fonds (granta Nr. 2307888) un Simons Foundation Investigator Award.