Галактические «световые мечи»: ответы на извечные вопросы о струях, исходящих из черных дыр

едва Всё, оказывается.

«Хотя черные дыры известны как объекты, из которых ничто не может ускользнуть, одно из поразительных предсказаний теории относительности Эйнштейна заключается в том, что черные дыры действительно могут терять энергию», — говорит Эллиот Кватарт, астрофизик и профессор астрономии Чарльза Янга в Принстонском университете. . Батч из Фонда 1897 года: «Она может вращаться, и точно так же, как волчок со временем замедляется и теряет энергию при вращении, вращающаяся черная дыра также может терять энергию в своем окружении».

Эта модель получила широкое признание учёных с 1970-х годов. Они знали, что магнитные поля могут извлекать энергию из вращающихся черных дыр, но не знали, как это сделать.

Команда астрофизиков из Принстонского университета окончательно определила, что энергия вблизи горизонта событий черной дыры M87* устремляется наружу, а не внутрь. (M87 — это название галактики Мессье 87, поэтому черная дыра в ее центре называется M87*.) Кватерт сказал, что исследователи также разработали способ проверить предсказание о том, что черные дыры теряют энергию вращения, и доказать, что это энергия, которая производит «невероятно мощные потоки», которые мы видим и которые называем струями».

Эти энергетические джеты «по сути подобны световым мечам джедаев длиной в миллион световых лет» и могут простираться в 10 раз длиннее Млечного Пути, сказал Александру Лобсаска, бывший исследователь из Принстонского университета.

Результаты их работы опубликованы в текущем номере журнала. Астрофизический журнал. Эндрю Челл, научный сотрудник в области астрофизики, является первым автором этой статьи. Он и соавтор Джордж Вонг являются членами команды Event Horizon Telescope и сыграли решающую роль в разработке моделей, используемых для объяснения черных дыр. Чел, Вонг, Лобсаска и Кваерт — все теоретики, связанные с Принстонской инициативой по гравитации.

Команда выразила благодарность Шеллу за важное открытие, лежащее в основе новой статьи: направление, в котором поднимаются линии магнитного поля, указывает направление потока энергии. После этого «остальное встало на свои места», — сказал Кватарт.

«Если бы вы взяли Землю, превратили ее всю в тротил и взрывали ее 1000 раз в секунду в течение миллионов и миллионов лет, именно такое количество энергии мы получили бы из M87», — сказал Вонг, научный сотрудник Гарвардского университета. . Принстонская инициатива гравитации и член Института перспективных исследований.

Ученым уже несколько десятилетий известно, что когда черная дыра начинает вращаться, она тянет за собой ткань пространства-времени. Линии магнитного поля, проходящие через черную дыру, притягиваются, замедляя вращение и высвобождая энергию.

«Наш новый, точный прогноз заключается в том, что всякий раз, когда вы смотрите на астрофизическую черную дыру, если с ней связаны линии магнитного поля, будет происходить передача энергии — действительно сумасшедшие объемы передачи энергии», — сказал Лобсаска, бывший научный сотрудник. в Принстоне, а сейчас является доцентом кафедры физики и математики в Университете Вандербильта, получившим в 2024 году премию «Новые горизонты» в области физики от Фонда премии «Прорыв» за исследования черных дыр.

Хотя поток энергии вблизи горизонта событий M87* направлен наружу, команда заявила, что поток энергии теоретически может быть направлен внутрь, в другую черную дыру. Они уверены в связи между потоком энергии и направлением силовых линий магнитного поля, а их предсказание о том, что поток энергии исходит из черной дыры, будет проверено с запуском пока еще теоретического телескопа горизонта событий «следующего поколения».

По словам Вонга, последние полтора года исследователи черных дыр по всему миру предлагали характеристики будущего инструмента. «Исследовательские работы, подобные нашей, могут сыграть решающую роль в определении того, что нам нужно. Я думаю, что сейчас очень интересное время».

Четыре исследователя подчеркнули в своей статье, что они не доказали убедительно, что вращение черной дыры «на самом деле приводит в действие внегалактические струи», хотя данные, безусловно, склоняются в этом направлении. Хотя уровни энергии, показанные их моделью, соответствуют потребностям джетов, они не могут исключить возможность того, что джет питается циркулирующей плазмой вне черной дыры. «Я думаю, весьма вероятно, что черная дыра была источником энергии для самолета, но мы не можем этого доказать», — сказал Лобсашка. «До настоящего времени.»