Et flimmer fra mørket:Læsning mellem linjerne for at modellere vores galaksers centrale sorte hul

Skindet kan bedrage. Lyset fra en glødepære virker stabilt, men det flimrer 120 gange i sekundet. Fordi hjernen kun opfatter et gennemsnit af den information, den modtager, er denne flimren sløret, og opfattelsen af ​​konstant belysning er blot en illusion.

Mens lys ikke kan undslippe et sort hul, har den lyse glød fra hurtigt kredsende gas sin egen unikke flimmer. I et nyligt papir, offentliggjort i Astrophysical Journal Letters , Lena Murchikova, William D. Loughlin Medlem ved Institute for Advanced Study; Chris White fra Princeton University; og Sean Ressler fra University of California Santa Barbara var i stand til at bruge denne subtile flimren til at konstruere den mest nøjagtige model til dato af vores egen galakses centrale sorte hul – Skytten A* (Sgr A*) – og give indsigt i egenskaber som dens struktur og bevægelse.

For første gang har forskere i en enkelt model vist hele historien om, hvordan gas bevæger sig i midten af ​​Mælkevejen - fra at blive blæst af stjerner til at falde ned i det sorte hul. Ved at læse mellem de ordsprogede linjer (eller flimrende lys) konkluderede holdet, at det mest sandsynlige billede af sorte huls føde i det galaktiske centrum involverer direkte indfaldende gas fra store afstande, snarere end en langsom sugning af kredsløbende materiale over en lang periode. tid.

"Sorte huller er gatekeeperne til deres egne hemmeligheder," sagde Murchikova. "For bedre at forstå disse mystiske objekter er vi afhængige af direkte observation og højopløsningsmodellering."

Selvom eksistensen af ​​sorte huller blev forudsagt for omkring 100 år siden af ​​Karl Schwarzschild, baseret på Albert Einsteins nye teori om tyngdekraft, begynder forskere først nu at undersøge dem gennem observationer.

I oktober 2021 udgav Murchikova en artikel i Astrophysical Journal Letters , der introducerer en metode til at studere sort hul-flimmer på en tidsskala på få sekunder i stedet for få minutter. Dette fremskridt muliggjorde en mere nøjagtig kvantificering af Sgr A*'s egenskaber baseret på dets flimren.

White har arbejdet på detaljerne om, hvad der sker med gassen nær sorte huller (hvor de stærke virkninger af generel relativitetsteori er vigtige), og hvordan dette påvirker lyset, der kommer til os. Et astrofysisk tidsskrift publikation tidligere i år opsummerer nogle af hans resultater.

Ressler har brugt år på at forsøge at konstruere de mest realistiske simuleringer til dato af gassen omkring Sgr A*. Han har gjort dette ved at inkorporere observationer af nærliggende stjerner direkte i simuleringerne og omhyggeligt spore det materiale, som de udskiller, når det falder ned i det sorte hul. Hans seneste arbejde kulminerede i et Astrophysical Journal Letters papir i 2020.

Murchikova, White og Ressler gik derefter sammen for at sammenligne det observerede flimrende mønster af Sgr A* med dem, der blev forudsagt af deres respektive numeriske modeller.

"Resultatet viste sig at være meget interessant," forklarede Murchikova. "I lang tid troede vi, at vi stort set kunne se bort fra, hvor gassen omkring det sorte hul kom fra. Typiske modeller forestiller sig en kunstig ring af gas, groft donutformet, i nogen stor afstand fra det sorte hul. Vi fandt ud af, at sådanne modeller producerer flimrende mønstre, der ikke stemmer overens med observationer."

Resslers stjernevindmodel tager en mere realistisk tilgang, hvor den gas, der forbruges af sorte huller, oprindeligt udgydes af stjerner nær det galaktiske centrum. Når denne gas falder ned i det sorte hul, gengiver den det korrekte mønster af flimren. "Modellen blev ikke bygget med den hensigt at forklare dette særlige fænomen. Succes var på ingen måde en garanti," kommenterede Ressler. "Så det var meget opmuntrende at se modellen lykkes så dramatisk efter mange års arbejde."

"Når vi studerer flimren, kan vi se ændringer i mængden af ​​lys, der udsendes af det sorte hul sekund for sekund, hvilket foretager tusindvis af målinger i løbet af en enkelt nat," forklarede White. "Dette fortæller os dog ikke, hvordan gassen er arrangeret i rummet, som et billede i stor skala ville gøre. Ved at kombinere disse to typer observationer er det muligt at afbøde begrænsningerne for hver enkelt og derved opnå det mest autentiske billede." + Udforsk yderligere

NASA-visualisering afrunder de bedst kendte sorte hul-systemer