Princeton astrofizikçileri kara delik jetlerinin ve galaktik 'ışın kılıçlarının' gizemini çözüyor

Princeton Üniversitesi'ndeki astrofizikçilerden oluşan bir ekip, enerjinin buna yakın olduğunu kesin olarak belirlemeyi başardı. Kara delik M87*, alanda uzun süredir devam eden bir tartışma olan içeriye değil dışarıya doğru ilerlemektedir.

Herkesin kara delikler hakkında bildiği tek şey, yakınındaki her şeyin kara delikler tarafından emildiğidir.

neredeyse Her şey ortaya çıkıyor.

Elliot Quataert, astrofizikçi ve Charles A. Princeton Üniversitesi'nden Genç Astronomi Profesörü: “Kara delikler, hiçbir şeyin kaçamayacağı nesneler olarak bilinse de, Einstein'ın görelilik teorisinin şaşırtıcı tahminlerinden biri, kara deliklerin aslında enerji kaybedebileceğidir.” 1897 Vakfı'ndan bir bölüm: “Dönebilir ve tıpkı bir topaçın zamanla yavaşlaması ve dönerken enerjisini kaybetmesi gibi, dönen bir kara delik de çevresine enerji kaybedebilir.”

Bu model 1970'lerden bu yana bilim adamları tarafından geniş çapta kabul görmüştür. Manyetik alanların dönen kara deliklerden enerji çıkarabileceğini biliyorlardı ama nasıl olacağını bilmiyorlardı.

Princeton Üniversitesi'ndeki astrofizikçilerden oluşan bir ekip, M87* kara deliğinin olay ufku yakınındaki enerjinin içeriye doğru değil, dışarıya doğru aktığını kesin olarak belirledi. (M87, galaksinin adı Messier 87'dir, dolayısıyla merkezindeki kara deliğe M87* adı verilir.) Quatert, araştırmacıların ayrıca kara deliklerin dönme enerjisini kaybettiği tahminini test etmek ve bunun öyle olduğunu kanıtlamak için bir yol tasarladıklarını söyledi. Gördüğümüz ve jet dediğimiz “inanılmaz derecede güçlü çıkışlar” üreten enerji.

Kara deliğin olay ufkunu geçen manyetik alanın, kara delik daha hızlı dönerken nasıl büküldüğünü gösteren bir animasyon. Daha hızlı dönen bir kara delik, manyetik alanı daha hızlı döndürerek kara deliğin çevresine daha fazla enerji kaybetmesine neden olur. Princeton Üniversitesi'ndeki astrofizikçilerden oluşan bir ekip, Event Horizon Teleskobu'ndan alınan görüntülerde kara deliklerin doğrusal polarizasyonunu gösteren sarmal manyetik alan çizgilerini gözlemledi. Katkıda bulunanlar: Video: George Wong, İleri Araştırma Enstitüsü Princeton Üniversitesi

Bu enerji akışı jetleri “temelde bir milyona benzer.Işık yılıPrinceton Üniversitesi'nde eski doktora sonrası araştırmacı olan Alexandru Lobsaska, “Uzun ışın kılıçları bir Jedi ışın kılıcından 10 kat daha uzun süre uzayabilir” diyor. Samanyolu gökada.

Çalışmalarının sonuçları yakın zamanda yayınlandı. the Astrofizik Dergisi. Astrofizik alanında araştırma görevlisi olan Andrew Chell bu makalenin ilk yazarıdır. O ve ortak yazar George Wong'un her ikisi de üyesidir. Olay ufku teleskopu Kara delikleri açıklamak için kullanılan modellerin geliştirilmesinde çok önemli bir rol oynadılar. Chael, Wong, Lobsaska ve Quataert'in hepsi bu teoriye bağlı teorisyenlerdir. Princeton Yerçekimi Girişimi.

Ekip, Schell'in yeni makalenin merkezinde yer alan hayati içgörüyü takdir ettiğini belirtti: Manyetik alan çizgilerinin yükseliş yönü, enerji akışının yönünü ortaya koyuyor. Quataert, oradan “geri kalanlar yerine oturdu” dedi.

M87* kara deliği (M87 galaksisinin merkezindeki kara deliğin yıldız işareti), Olay Ufku Teleskobu tarafından ilk keşfedildiğinde dünyanın dikkatini çekti. O zamandan beri Princeton Üniversitesi'ndeki astrofizikçiler, kara deliğin etrafındaki bükülen manyetik alanın, kara delik görüntülerinde gözlemlenen polarizasyon girdabını belirlediğini keşfettiler. Özellikle enerji akışının yönü (delikten alana veya tam tersi) polarizasyonun nasıl sarıldığını belirler. Polarizasyonun bükülme yönü ölçülerek, manyetik alanın delikten spin enerjisi mi çıkardığı yoksa ona spin enerjisi mi enjekte ettiği çıkarılabilir. Resim kaynağı: Andrew Chell, George Wong, Alexandru Lobsaska ve Elliot Quataert'in modeli, Princeton Gravity Initiative

Harvard Üniversitesi'nden araştırma görevlisi Wong, “Dünyayı alıp hepsini TNT'ye çevirirseniz ve milyonlarca yıl boyunca saniyede 1000 kez patlatırsanız, bu M87'den elde edeceğimiz enerji miktarıdır” dedi. . Princeton Yerçekimi Girişimi ve İleri Araştırma Enstitüsü üyesi.

Bilim insanları onlarca yıldır bir kara deliğin dönmeye başladığında uzay-zaman dokusunu da kendisiyle birlikte çektiğini biliyor. Kara deliğin içinden geçen manyetik alan çizgileri çekilerek dönüşü yavaşlatır ve enerji açığa çıkar.

UCLA'nın eski araştırma görevlisi Lobsaska, “Yeni ve keskin tahminimiz, astrofiziksel bir kara deliğe baktığınızda, eğer ona bağlı manyetik alan çizgileri varsa, enerji aktarımı olacağıdır; gerçekten çılgın miktarlarda enerji aktarımı” dedi. . Princeton'da çalışıyor ve şu anda ödül kazandığı Vanderbilt Üniversitesi'nde fizik ve matematik alanında yardımcı doçent olarak görev yapıyor. 2024 Fizikte Yeni Sınırlar Ödülü Kara delikler üzerine yaptığı araştırma nedeniyle Vakıf Çığır Açan Ödülü'nden.

M87*'nin olay ufku yakınındaki enerji akışı dışarıya doğru yönlendirilirken, ekip enerji akışının teorik olarak içeriye, farklı bir kara deliğe yönlendirilebileceğini söyledi. Enerji akışı ile manyetik alan çizgilerinin yönü arasındaki bağlantıdan eminler ve enerji akışının kara delikten geldiğine dair tahminleri “hala teorik” olan deneyin başlatılmasıyla test edilecek.gelecek nesil“Olay Ufku Teleskobu.

Wong, son bir buçuk yıldır dünyanın dört bir yanındaki kara delik araştırmacılarının gelecekteki aygıt için özellikler önerdiğini söyledi. “Bizimki gibi araştırma makaleleri neye ihtiyacımız olduğunu belirlemede çok önemli bir rol oynayabilir. Bunun çok heyecan verici bir zaman olduğunu düşünüyorum.”

Dört araştırmacı, makalelerinde, kara deliğin dönüşünün “gerçekte galaksi dışı jetlere güç verdiğini” kesin olarak göstermediklerini vurguladı; ancak kanıtlar kesinlikle bu yönde. Modellerinin gösterdiği güç seviyeleri uçağın ihtiyaç duyduğu güçle tutarlı olsa da, uçağın bir dönüşle çalıştırılma olasılığını göz ardı edemezler. plazma Kara deliğin dışında. Lobsaška, “Kara deliğin uçağın güç kaynağı olabileceğini düşünüyorum ancak bunu kanıtlayamayız” dedi. “Şu ana kadar.”

Referans: Andrew Chell, Alexandru Lobsaska ve George N. Wong, Elliot Quataert, 14 Kasım 2023, Astrofizik Dergisi.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

Bu araştırma Princeton Yerçekimi Girişimi, Taplin Bursu, Ulusal Bilim Vakfı (Grant No. 2307888) ve Simons Vakfı Araştırmacı Ödülü tarafından desteklenmiştir.