Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvorfor blinker sorte huller?

Denne illustration viser en skive af varm gas, der hvirvler rundt om et sort hul. Gasstrømmen, der strækker sig til højre, er det, der er tilbage af en stjerne, der blev trukket fra hinanden af ​​det sorte hul. NASA/JPL-Caltech

Sorte huller er bizarre ting, selv efter astronomernes standarder. Deres masse er så stor, at den bøjer rummet så tæt omkring dem, at intet kan undslippe, selv lyset selv.

Og alligevel, på trods af deres berømte sorthed, er nogle sorte huller ret synlige. Gassen og stjernerne, som disse galaktiske støvsugere fortærer, bliver suget ind i en glødende skive, før deres envejstur ind i hullet, og disse skiver kan lyse klarere end hele galakser.

Endnu fremmed, disse sorte huller glimter . Lysstyrken på de glødende skiver kan svinge fra dag til dag, og ingen er helt sikre på hvorfor.

Vi støttede NASA's asteroideforsvarsindsats for at se mere end 5.000 af de hurtigst voksende sorte huller på himlen i fem år i et forsøg på at forstå, hvorfor dette glimt opstår. I et papir offentliggjort i Nature Astronomy 2. februar 2023 rapporterede vi vores svar:Det er en slags turbulens drevet af friktion og intense gravitations- og magnetfelter.

Indhold
  1. Sorte huller er gigantiske stjernespisere
  2. Fodringstid for sort hul
  3. Fem år med flimrende sorte huller

Sorte huller er gigantiske stjernespisere

Vi studerer supermassive sorte huller, den slags der sidder i centrum af galakser og er så massive som millioner eller milliarder af sole.

Vores egen galakse, Mælkevejen, har en af ​​disse giganter i centrum med en masse på omkring 4 millioner sole. For det meste kredser de omkring 200 milliarder stjerner, der udgør resten af ​​galaksen (inklusive vores sol), gladeligt omkring det sorte hul i midten.

Det er dog ikke så fredeligt i alle galakser. Når par af galakser trækker på hinanden via tyngdekraften, kan mange stjerner ende med at trække for tæt på deres galakses sorte hul. Dette ender dårligt for stjernerne:De bliver revet fra hinanden og fortæret.

Vi er overbeviste om, at dette må være sket i galakser med sorte huller, der vejer så meget som en milliard sole, for vi kan ikke forestille os, hvordan de ellers kunne have vokset sig så store. Det kan også være sket i Mælkevejen tidligere.

Sorte huller kan også føde på en langsommere, mere skånsom måde:ved at suge gasskyer ind, der blæses ud af geriatriske stjerner kendt som røde kæmper.

Denne sekvens af illustrationer viser, hvordan et sort hul kan fortære en forbipasserende stjerne. 1. En normal stjerne passerer nær et supermassivt sort hul i midten af ​​en galakse. 2. Det sorte hul trækker stjernens ydre gasser til sit gravitationsfelt. 3. Tidevandskræfter river stjernen i stykker og trækker den fra hinanden. 4. Til sidst trækker det sorte hul stjerneresterne ind i en ring i form af en donut. Det vil til sidst blive suget ind i det sorte hul og frigive en enorm mængde lys og højenergistråling. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Sort hul fodringstid

I vores undersøgelse så vi nøje på fodringsprocessen blandt de 5.000 hurtigst voksende sorte huller i universet.

I tidligere undersøgelser opdagede vi de sorte huller med den mest glubske appetit. I 2022 fandt vi et sort hul, der spiser et jordmateriale hvert sekund. I 2018 opdagede vi endnu et sort hul, der æder en hel sol hver 48. time.

Men vi har mange spørgsmål om deres faktiske fodringsadfærd. Vi kender materiale på vej ind i hullet, spiralerer ind i en glødende "tilvækstskive", der kan være lys nok til at overstråle hele galakser. Disse synligt nærende sorte huller kaldes kvasarer.

De fleste af disse sorte huller er langt, langt væk - alt for langt til, at vi kan se nogen detaljer af skiverne. Vi har nogle billeder af tilvækstskiver omkring nærliggende sorte huller, men de indånder blot noget kosmisk gas i stedet for at nyde stjerner.

Fem år med flimrende sorte huller

I denne illustration buer lyset fra et mindre sort hul (venstre) rundt om et større sort hul og danner et næsten spejlbillede på den anden side. Tyngdekraften af ​​et sort hul kan fordreje selve rummets stof, sådan at lys, der passerer tæt på det sorte hul, vil følge en buet bane rundt om det. Caltech-IPAC

I vores seneste arbejde brugte vi data fra NASAs ATLAS-teleskop på Hawaii. Den scanner hele himlen hver nat (hvis vejret tillader det), og overvåger for asteroider, der nærmer sig Jorden fra det ydre mørke.

Disse scanninger af hele himlen giver tilfældigvis også en natlig registrering af gløden fra sultne sorte huller dybt i baggrunden. Vores team sammensatte en femårig film af hvert af disse sorte huller, der viser de daglige ændringer i lysstyrke forårsaget af den boblende og kogende glødende malstrøm fra tilvækstskiven.

Blinket af disse sorte huller kan fortælle os noget om accretion discs.

I 1998 foreslog astrofysikerne Steven Balbus og John Hawley en teori om "magneto-rotationelle ustabiliteter", der beskriver, hvordan magnetiske felter kan forårsage turbulens i skiverne. Hvis det er den rigtige idé, så skal skiverne syde i regelmæssige mønstre. De ville blinke i tilfældige mønstre, der udfolder sig, mens skiverne kredser. Større skiver kredser langsommere med et langsomt glimt, mens strammere og hurtigere baner i mindre skiver blinker hurtigere.

Men ville diskene i den virkelige verden vise sig så enkle, uden yderligere kompleksitet? (Om "simpel" er det rigtige ord for turbulens i et ultra-tæt, ude af kontrol miljø indlejret i intense gravitations- og magnetiske felter, hvor selve rummet er bøjet til bristepunktet, er måske et separat spørgsmål.)

Ved hjælp af statistiske metoder målte vi, hvor meget lyset, der blev udsendt fra vores 5.000 diske, flimrede over tid. Mønstret af flimren i hver af dem så noget anderledes ud.

Men da vi sorterede dem efter størrelse, lysstyrke og farve, begyndte vi at se spændende mønstre. Vi var i stand til at bestemme kredsløbshastigheden for hver skive - og når du først indstillede dit ur til at køre med skivens hastighed, begyndte alle de flimrende mønstre at se ens ud.

Denne universelle adfærd er faktisk forudsagt af teorien om "magneto-rotationelle ustabiliteter." Det var trøstende. Det betyder, at disse forbløffende malstrømme trods alt er "simple".

Og det åbner nye muligheder. Vi tror, ​​at de resterende subtile forskelle mellem accretion discs opstår, fordi vi ser på dem fra forskellige retninger.

Det næste trin er at undersøge disse subtile forskelle nærmere og se, om de har spor til at skelne et sort huls orientering. Til sidst kunne vores fremtidige målinger af sorte huller blive endnu mere nøjagtige.

Christian Wolf er lektor i astronomi og astrofysik ved Australian National University. Han modtager støtte fra Australian Research Council (ARC) og er medlem af Astronomical Society of Australia (ASA).

Denne artikel er genudgivet fra Samtalen under en Creative Commons-licens. Du kan finde original artikel her.




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com