Dlaczego czarne dziury migają? Aby się tego dowiedzieć, przebadaliśmy 5000 gigantycznych pożeraczy gwiazd

Czarne dziury to dziwne rzeczy, nawet jak na standardy astronomów. Jego masa jest tak wielka, że ​​zakrzywia przestrzeń wokół siebie tak bardzo, że nic nie może uciec, nawet samo światło.

Jednak pomimo ich słynnej czerni, niektóre czarne dziury są doskonale widoczne. Gaz i gwiazdy, które pożerają te galaktyczne pustki, są zasysane do świecącego dysku przed ich jednokierunkową podróżą do dziury, a dyski te mogą świecić jaśniej niż całe galaktyki.

Co jeszcze dziwniejsze, te czarne dziury błyszczą. Jasność świecących dysków może zmieniać się z dnia na dzień i nikt dokładnie nie wie, dlaczego.

Jesteśmy wspierani przez wysiłki obrony asteroid NASA, aby obserwować ponad 5000 najszybciej rosnących czarnych dziur na niebie przez pięć lat, próbując zrozumieć, dlaczego ten błysk ma miejsce. w Nowy artykuł z astronomii naturalnejpodajemy naszą odpowiedź: rodzaj turbulencji wywołanej tarciem oraz intensywnymi polami grawitacyjnymi i magnetycznymi.

Gigantyczni zjadacze gwiazd

Badamy supermasywne czarne dziury, które znajdują się w centrach galaktyk i mają masę milionów lub miliardów słońc.

Nasza galaktyka, Droga Mleczna, zawiera w swoim centrum jednego z tych olbrzymów, którego masa wynosi około czterech milionów słońc. W większości około 200 miliardów gwiazd tworzących resztę galaktyki (w tym nasze Słońce) krąży szczęśliwie wokół czarnej dziury w centrum.

Czytaj więcej:
Czy czarne dziury to wehikuły czasu? Tak, ale jest problem

Jednak nie we wszystkich galaktykach panuje spokój. Kiedy pary galaktyk przyciągają się grawitacyjnie, wiele gwiazd może znaleźć się bardzo blisko czarnej dziury w swojej galaktyce. To się źle kończy dla gwiazd: zostają rozdarte i pożarte.

Jesteśmy pewni, że zdarzyło się to w galaktykach z czarnymi dziurami ważącymi nawet miliard słońc, ponieważ nie możemy sobie wyobrazić, jak te dziury mogły urosnąć do takich rozmiarów. Mogło się to również zdarzyć w Drodze Mlecznej w przeszłości.

Czarne dziury mogą również żywić się w wolniejszy, łagodniejszy sposób: zasysając obłoki gazu ze starzejących się gwiazd zwanych czerwonymi olbrzymami.

Czas zjeść

W naszym nowym badaniu dokładnie przyjrzeliśmy się procesowi odżywiania 5000 najszybciej rosnących czarnych dziur we wszechświecie.

W poprzednich badaniach odkryliśmy czarne dziury, które są bardziej żarłoczne dla jedzenia. W zeszłym roku znaleźliśmy pożerającą czarną dziurę Rzeczy warte każdej sekundy Ziemi. W 2018 roku znaleźliśmy takiego, który je Pełne słońce co 48 godzin.

Ale mamy wiele pytań dotyczących ich rzeczywistych zachowań żywieniowych. Wiemy, że materia w drodze do krateru wiruje w świecącym „dysku akrecyjnym”, który może być wystarczająco jasny, aby przyćmić całe galaktyki. Te pozornie karmiące się czarne dziury nazywane są kwazarami.

Większość z tych czarnych dziur znajduje się bardzo daleko – zbyt daleko, abyśmy mogli zobaczyć jakikolwiek szczegół dysku. Mamy kilka zdjęć dysków akrecyjnych wokół pobliskich czarnych dziur, ale one po prostu wdychają trochę kosmicznego gazu zamiast cieszyć się gwiazdami.

Pięć lat migających czarnych dziur

w Nasz nowy biznesWykorzystaliśmy dane z teleskopu NASA Atlas na Hawajach. Skanuje całe niebo każdej nocy (jeśli pozwala na to pogoda), obserwując asteroidy zbliżające się do Ziemi z zewnętrznych ciemności.

Te skany całego nieba dostarczają również nocnego zapisu blasku głodnych czarnych dziur głęboko w tle. Nasz zespół stworzył pięcioletni film przedstawiający każdą z tych czarnych dziur, pokazujący codzienne zmiany jasności spowodowane świecącymi wirami bąbelków i wrzeniem dysku akrecyjnego.

Błyski tych czarnych dziur mogą nam powiedzieć coś o dyskach akrecyjnych.

W 1998 roku astrofizycy Stephen Balbus i John Hawley zaproponowali „Niestabilność magnetyzacji rotacyjnejktóry opisuje, w jaki sposób pola magnetyczne mogą powodować turbulencje w dyskach. Jeśli jest to właściwy pomysł, dyski powinny emitować regularne sygnały dźwiękowe. Będą migać w przypadkowych wzorach, które rozwijają się w miarę obracania się dysków. Większe dyski obracają się wolniej z wolnym błyskiem , podczas gdy Ciaśniejsze, szybsze orbity w mniejszych dyskach migają szybciej.

Ale czy rzeczywiste dyski dowodzą tego w prosty sposób, bez dalszych komplikacji? (To, czy „proste” jest właściwym słowem dla zakłócenia w niezwykle gęstym, wymykającym się spod kontroli środowisku, osadzonym w intensywnych polach grawitacyjnych i magnetycznych, gdzie sama przestrzeń jest wygięta do granic wytrzymałości, jest prawdopodobnie osobnym pytaniem.)

Za pomocą metod statystycznych zmierzyliśmy ilość światła emitowanego przez nasze 5000 dysków w czasie. Migoczący wzór na każdym z nich wyglądał nieco inaczej.

Ale kiedy posortowaliśmy je według rozmiaru, jasności i koloru, zaczęliśmy dostrzegać interesujące wzory. Udało nam się określić prędkość orbitalną każdego dysku – a kiedy ustawiłeś zegarek na działanie z prędkością dysku, wszystkie migoczące wzory zaczęły wyglądać tak samo.

To globalne zachowanie jest już przewidywane przez teorię „magnetycznej niestabilności spinu”.

To było uspokajające! Oznacza to, że ci zadziwiający szturmowcy są mimo wszystko „prosti”.

Otwiera nowe możliwości. Uważamy, że subtelne różnice między dyskami akrecyjnymi występują, ponieważ patrzymy na nie z różnych kierunków.

Następnym krokiem jest dokładniejsze zbadanie tych subtelnych różnic i sprawdzenie, czy zawierają wskazówki do rozróżnienia orientacji czarnej dziury. Ostatecznie nasze przyszłe pomiary czarnych dziur mogą być jeszcze dokładniejsze.