Изюминка Эйнштейна: астрофизики из Принстона разгадывают тайну струй черных дыр и галактических «световых мечей»

к Тацуя Накамура
0 комментарий
Black Hole Energy Dynamics

Астрофизики Принстона раскрывают загадку струй черных дыр и галактических «световых мечей», исследованных Эйнштейном

Исследователи из Принстонского университета сделали революционное открытие, касающееся черной дыры M87*, проливая свет на ее интригующую энергетическую динамику и ее роль в формировании колоссальных джетов. Это открытие, прочно укоренившееся в теории относительности Эйнштейна, бросает вызов общепринятым представлениям о черных дырах и открывает захватывающую перспективу для дальнейших исследований с помощью передовых телескопических технологий. Хотя это исследование дает новое понимание механики черных дыр, оно не дает окончательного объяснения источника огромной энергии джетов.

Одним из наиболее широко распространенных убеждений о черных дырах является их ненасытный аппетит, пожирающий все, что оказывается слишком близко.

Однако, похоже, из этого правила есть исключения.

Элиот Кваерт, астрофизик из Принстона и профессор астрономии Чарльза А. Янга из Фонда 1897 года, объясняет: «Несмотря на то, что теория относительности Эйнштейна определена как небесные объекты, от которых ничто не может ускользнуть, одно из удивительных предсказаний теории относительности Эйнштейна заключается в том, что черные дыры могут фактически терять энергию. Подобно тому, как волчок постепенно замедляется и рассеивает свою энергию вращения, вращающаяся черная дыра также может излучать энергию в свое окружение».

Эта концептуальная основа широко используется учеными с 1970-х годов. В нем утверждается, что магнитные поля, вероятно, ответственны за выкачивание энергии из вращающихся черных дыр, хотя точный механизм остается загадкой.

Совершив окончательный прорыв, команда астрофизиков из Принстона теперь подтвердила, что энергия вблизи горизонта событий черной дыры M87* действительно выбрасывается наружу, вопреки традиционным предположениям о том, что энергия течет внутрь. (Обозначение M87* соответствует черной дыре в центре галактики Мессье 87, широко известной как M87.) Кроме того, эти исследователи разработали метод, позволяющий эмпирически проверить представление о том, что черные дыры претерпевают вращательную потерю энергии, явление, непосредственно ответственное за это явление. для создания впечатляющих потоков, в просторечии называемых «струями».

По словам бывшего постдока Принстона Александру Лупсаски, эти струи потока энергии напоминают «световые мечи джедаев длиной в миллион световых лет» и могут простираться на поразительные десять раз длиннее нашей галактики Млечный Путь.

Их новаторские результаты были опубликованы в «Астрофизическом журнале», а Эндрю Чейл стал первым автором статьи. Чейл и его соавтор Джордж Вонг являются членами команды Event Horizon Telescope и сыграли ключевую роль в разработке моделей, имеющих решающее значение для интерпретации явлений черной дыры. Чейл, Вонг, Лупсаска и Кватарт — учёные-теоретики, связанные с Принстонской инициативой по гравитации.

Основная идея Чела, лежащая в основе этого исследования, заключалась в том, что спиральное направление силовых линий магнитного поля показывает ориентацию потока энергии. Это открытие послужило основой для исследований команды.

M87* привлекла внимание всего мира, когда ее впервые наблюдали с помощью телескопа «Горизонт событий». Астрофизики из Принстона впоследствии обнаружили, что закручивающееся магнитное поле, окружающее черную дыру, определяет характерную спираль поляризации, наблюдаемую на изображениях черной дыры. Примечательно, что направление передачи энергии — исходит ли она от черной дыры или направлена к ней — определяет характер поворота поляризации. Тщательно исследуя ориентацию спирали, можно сделать вывод, извлекает ли магнитное поле энергию вращения из черной дыры или вводит в нее энергию вращения.

Джордж Вонг, научный сотрудник Принстонской гравитационной инициативы и Института перспективных исследований, ярко иллюстрирует масштаб этой передачи энергии, сравнивая ее с тем, «если бы вы взяли Землю, превратили ее всю в тротил и взорвали ее 1000 раз». секунду в течение миллионов и миллионов лет».

На протяжении десятилетий ученые признавали, что когда черная дыра начинает вращаться, она оказывает вращательное влияние на ткань окружающего ее пространства-времени. Силовые линии магнитного поля, переплетающиеся с черной дырой, также увлекаются, способствуя замедлению ее вращения и, в свою очередь, генерируя выделение энергии.

Лупсаска, который сейчас работает доцентом кафедры физики и математики в Университете Вандербильта и получил премию «Новые горизонты в физике» 2024 года от Фонда премии «Прорыв» за исследования черных дыр, отмечает революционный характер их открытия. Он утверждает: «Наше новое, точное предсказание утверждает, что всякий раз, когда кто-то внимательно изучает астрофизическую черную дыру, переплетенную линиями магнитного поля, будет происходить существенная передача энергии — поистине астрономических масштабов».

Хотя их исследование недвусмысленно демонстрирует поток энергии наружу вблизи горизонта событий M87*, исследователи признают теоретическую возможность внутреннего потока энергии в различных черных дырах. Их уверенность во взаимосвязи между потоком энергии и ориентацией линий магнитного поля вскоре будет подвергнута испытанию с помощью гипотетического телескопа горизонта событий «следующего поколения».

В течение последних полутора лет мировое сообщество исследователей черных дыр активно предлагало характеристики этого будущего инструмента. Джордж Вонг прогнозирует: «Такие статьи, как наша, могут сыграть решающую роль в формировании этих спецификаций. Это чрезвычайно захватывающая эпоха».

Стоит отметить, что исследователи, хотя их модель решительно поддерживает идею о том, что вращение черной дыры питает внегалактическую струю, воздерживаются от однозначных заявлений. Уровни энергии, выявленные их моделью, соответствуют энергетическим потребностям наблюдаемых джетов, но они допускают возможность того, что джет может питаться вращающейся плазмой, расположенной за пределами черной дыры. Как говорит Лупсаска: «Я считаю весьма вероятным, что черная дыра приводит в движение струю, но на данном этапе мы не можем предоставить неопровержимых доказательств».

Ссылка: «Поляриметрия черной дыры I. Признак извлечения электромагнитной энергии», Эндрю Чел, Александру Лупсаска, Джордж Н. Вонг и Элиот Кваерт, 14 ноября 2023 г., Астрофизический журнал.
DOI: 10.3847/1538-4357/acf92d

Это исследование получило поддержку со стороны Принстонской инициативы по гравитации, стипендии Тэплина, Национального научного фонда (грант 2307888) и премии Фонда Саймонса для исследователей.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о динамике энергии черной дыры

Что астрофизики Принстона открыли о черных дырах?

Астрофизики из Принстона обнаружили, что энергия вблизи горизонта событий черной дыры M87* выбрасывается наружу, бросая вызов распространенному мнению о том, что энергия течет внутрь.

Как это открытие связано с теорией относительности Эйнштейна?

Это открытие основано на теории относительности Эйнштейна, которая предсказывает, что вращающиеся черные дыры могут терять энергию, подобно тому, как вращающийся волчок со временем замедляется.

Каковы последствия этого открытия для исследования черных дыр?

Это открытие открывает новые возможности для понимания динамики черных дыр и предполагает, что черные дыры могут быть источниками невероятно мощных потоков, известных как «джеты».

Как исследователи определяют направление потока энергии?

Направление потока энергии определяется путем анализа спиральной ориентации силовых линий магнитного поля вблизи черной дыры, что позволяет понять, извлекает ли черная дыра или перекачивает спиновую энергию.

Может ли это открытие объяснить источник энергии наблюдаемых джетов?

Хотя исследование решительно поддерживает идею о том, что вращение черной дыры приводит в движение внегалактические струи, исследователи не делают однозначных заявлений, оставляя место для возможности того, что вращающаяся плазма вне черной дыры может сыграть свою роль.

Как это открытие будет проверяться в дальнейшем?

Предсказание о том, что черные дыры теряют энергию вращения из-за передачи энергии, будет проверено с запуском теоретического телескопа горизонта событий «следующего поколения», который будет изучать больше черных дыр.

Какие награды и поддержку получили исследователи за свою работу?

Александру Лупсаска получил премию «Новые горизонты в физике» 2024 года от фонда Breakthrough Prize Foundation за исследования черных дыр. Исследование получило поддержку со стороны Принстонской инициативы по гравитации, стипендии Тэплина, Национального научного фонда (грант 2307888) и премии Фонда Саймонса для исследователей.

Подробнее о динамике энергии черной дыры

Вам также может понравиться

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский