migotanie ciemności

Pozory mylą. Światło z żarówki wydaje się być stałe, ale w rzeczywistości miga 120 razy na sekundę. Ponieważ mózg widzi tylko średnią informacji, które otrzymuje, to migotanie jest rozmyte. Postrzeganie światła ciągłego jest iluzją.

Podczas gdy światło nie może uciec z czarnej dziury, jasna poświata szybko wirującego gazu (przypomnijmy zdjęcia czarnej dziury M87 z 2019 r.) ma swoje unikalne migotanie. w ostatni artykuł Przesłano do Astrophysical Journal Letters, University of California, Santa Barbara Shawn ResslerLena Morchikova z Institute for Advanced Study i Chris White z Princeton University byli w stanie wykorzystać ten precyzyjny błysk do zbudowania jak dotąd najdokładniejszego modelu centralnej czarnej dziury w naszej galaktyce – Strzelca A* (Sgr A*) – zapewniając wgląd we właściwości takie jak jak jego struktura i ruch.

Ostatnio i nie bez powodu nowy obraz czarnej dziury w centrum naszej galaktyki wzbudził wiele emocji. „Ale tylko jedno zdjęcie mówi część historii”, powiedział Ressler, badacz z tytułem doktora w Instytucie Fizyki Teoretycznej Kavli (KITP) przy UCSF. Ressler jest wspierany przez grant KITP z Fundacji Gordona i Betty Moore.

Zaznaczył, że wideo byłoby idealne, ale na razie możemy tworzyć tylko rozmazane i migoczące obrazy. Na szczęście wzór migotania koduje wiele informacji. „Wykazaliśmy tutaj, że nasz model gazu opadającego do wewnątrz z pobliskich gwiazd odtwarza ten sam wzór znacznie lepiej niż poprzednie modele” – dodał Ressler.

Po raz pierwszy naukowcy pokazali w jednym modelu pełną historię tego, jak gaz podróżuje w centrum Drogi Mlecznej – od wybuchających gwiazd po wpadnięcie do czarnej dziury. Czytając między przysłowiowymi liniami (lub słabym światłem), zespół doszedł do wniosku, że najbardziej prawdopodobny obraz zasilania czarnej dziury w centrum Galaktyki to gaz spadający bezpośrednio z dużych odległości, a nie powolna chmura materii na długiej orbicie. okres czasu.

„Czarne dziury są strażnikami ich tajemnic”, powiedziała Morchikova. „Aby lepiej zrozumieć te tajemnice, polegamy na bezpośredniej obserwacji i modelowaniu w wysokiej rozdzielczości”.

Carl Schwarzschild przewidział istnienie czarnych dziur około 100 lat temu w oparciu o nową teorię grawitacji Alberta Einsteina. Jednak naukowcy dopiero teraz zaczynają je badać za pomocą obserwacji.

Ressler spędził lata próbując zbudować jak najbardziej realistyczną symulację gazu wokół Sgr A*. Zrobił to, włączając obserwacje pobliskich gwiazd bezpośrednio do symulacji i dokładnie śledząc materiał, który zrzucały, gdy okrążał czarną dziurę. Jego ostatnia praca zakończyła się listem w The Astrophysical Journal papier w roku 2020.

W październiku 2021 opublikował Murchikova papier W Astrophysical Journal Letters przedstawia metodę badania błysku czarnej dziury w skali kilku sekund, a nie kilku minut. Postęp ten umożliwił dokładniejsze ilościowe oszacowanie właściwości Sgr A* na podstawie jego fluorescencji.

White, były badacz podoktorancki w KITP, pracuje nad szczegółami tego, co dzieje się z gazem w pobliżu czarnych dziur – gdzie ważne są silne efekty ogólnej teorii względności – i jak to wpływa na docierające do nas światło. Dziennik astrofizyczny wydawniczy na początku tego roku podsumowując niektóre z jego ustaleń.

Murchikova, White i Ressler współpracowali, aby porównać obserwowany wzór migotania Sgr A* z przewidywanym przez ich odpowiednie modele numeryczne.

„Wynik był bardzo interesujący” – wyjaśniła Morchikova. „Przez długi czas myśleliśmy, że możemy zignorować źródło gazu otaczającego czarną dziurę. Modele wyobrażają sobie sztuczny pierścień gazu o mniej więcej okrągłym kształcie, w dużej odległości od czarnej dziury. Odkryliśmy, że takie modele powodują migotanie wzorce niezgodne z obserwacjami”.

Model wiatru gwiazdowego Resslera przyjmuje bardziej realistyczne podejście, w którym gaz pierwotnie konsumowany przez czarne dziury jest uwalniany przez gwiazdy w pobliżu centrum galaktyki. W tej symulacji spadający gaz odtwarza prawidłowy wzór migotania. „Model nie został zbudowany z zamiarem wyjaśnienia tego konkretnego zjawiska. Sukces w żadnym wypadku nie był gwarancją”, powiedział Ressler. „Tak więc bardzo zachęcające było widzieć, jak model odniósł tak dramatyczny sukces po latach pracy”.

„Kiedy badamy migotanie, widzimy zmiany w ilości światła emitowanego przez czarną dziurę sekunda po sekundzie, co skutkuje tysiącem pomiarów wykonanych w ciągu jednej nocy” – wyjaśnił White. Nie mówi nam to jednak, jak gaz jest ułożony w przestrzeni, tak jakby obraz był duży. Łącząc te dwa rodzaje obserwacji, można rozluźnić ograniczenia każdej z nich, a tym samym uzyskać najbardziej autentyczny obraz.”

(Współautor tej wersji Lee Sandberg W Instytucie Studiów Zaawansowanych)