Wydaje się, że czarna dziura po kultowym obrazie się trzęsie

Naukowcy uczą się ważnych nowych rzeczy na temat pierwszej w historii bezpośrednio zobrazowanej czarnej dziury, w tym zachowań zgodnych z teorią Einsteina, ale to również pokazuje nieoczekiwana funkcja w formie bardzo chwiejnego pierścienia.

Niby dawno temu, ale w końcu mogliśmy nacieszyć oczy pozornie nieprzewidzianym w kwietniu 2019 roku, kiedy to niesamowity obraz po raz pierwszy została uwolniona supermasywna czarna dziura. Oczywiście tak naprawdę nie możemy „zobaczyć” czarnej dziury, ponieważ jak każdy 6-letni z radością Ci powie, czarne dziury mają zwyczaj zasysania światła. Obraz przedstawia jednak asymetryczny pierścień, zwany cieniem czarnej dziury, z przegrzanego gazu wirującego wokół horyzontu zdarzeń czarnej dziury – granicy, poza którą światło nie może uciec.

Ta konkretna czarna dziura z masą 6,5 miliarda Słońc znajduje się w odległości 55 milionówlat w galaktyce Messier 87 lub w skrócie M87. Czarna dziura, oznaczona jako M87 *, została sfotografowana przez teleskop Event Horizon w kwietniu 2019 r., w czym był plik historyczne osiągnięcie naukowe. Obraz przedstawia statyczny widok M87 *, ale nowy Badania opublikowana w tym tygodniu w The Astrophysical Journal pokazuje, że obecnie można badać fizyczne zmiany tej czarnej dziury i jej otoczenia w czasie.

Astronomowie z projektu EHT obserwowali M87 * przez jeden-tydzień w kwietniu 2017 r., co nie dawało im wystarczająco dużo czasu na śledzenie dynamicznych aspektów systemu, takich jak zmiany w jego kształcie. Ale naukowcy zrobili dokładnie to, studiując archiwalne dane EHT powrót do 2009 roku.

„Jeśli chcesz zobaczyć, jak czarna dziura ewoluowała w ciągu dekady, nic nie zastąpi dziesięciolecia danych”, powiedziany Maciek Wielgus, astronom w Center for Astrophysics at Harvard & Smithsonian i główny autor nowej pracy, w informacja prasowa.

EHT to duży zestaw teleskopów złożony z anten radiowych strategicznie rozmieszczonych na całym świecie. System osiągnął pełną moc operacyjną w 2017 r., z naczyniami w pięciu różnych miejscach dało to swego rodzaju „antenę radiową wielkości Ziemi” opisane w komunikacie prasowym opublikowanym przez Max Planck Institute for Radio Astronomy. Co jednak ważne, wczesny prototyp macierzy EHT zbierał ważne informacje astronomiczne podczas budowy systemu. Dokładniej rzecz biorąc, obserwacje potwornej czarnej dziury zostały zebrane w latach 2009-2012 z trzech miejsc, aw 2013 roku z czterech.

„Chociaż te obserwacje nie zawierają wystarczającej ilości informacji, aby wytworzyć obrazy, wystarczają one do ograniczenia prostych modeli geometrycznych” – napisali autorzy w nowym badaniu.

Technika modelowania statystycznego oraz pewne wyedukowane zgadywanie pozwoliły naukowcom nakreślić zmiany w systemie w czasie, w procesie obejmującym obserwacje zebrane przez EHT do 2019 roku.

Jak pokazały modele, ogólny kształt tego urządzenia pozostał niezmienny przez ostatnie 10 lat, co jest dobrą wiadomością, jeśli jesteś fanem Alberta Einsteina. Stała średnica półksiężyca czarnej dziury tej wielkości zgadza się z przewidywaniami zaczerpniętymi z jego słynnej teorii ogólnej teorii względności.

„W tym badaniu pokazujemy, że ogólna morfologia lub obecność asymetrycznego pierścienia najprawdopodobniej utrzymuje się w skali czasowej kilku lat” – powiedział Kazu Akiyama, naukowiec z MIT i współautor badania z Harvard & Komunikat prasowy Smithsonian. „To ważne potwierdzenie oczekiwań teoretycznych jako konsekwencji [of multiple observations] daje nam większą niż kiedykolwiek pewność co do natury M87 * i pochodzenia cienia ”.

Pomijając tę ​​stałość, astronomowie zauważyli dużą różnicę, ponieważ asymetryczny pierścień wydaje się chybotać w znacznym stopniu. Kształt pierścienia nie zmienił się w ciągu ostatniej dekady, ale uległ zmianie.

„Właściwie widzimy tam sporo różnic” – powiedział Wielgus.

Thomas Krichbaum, astronom z MPIfRA i współautor badania, powiedział, że „analiza danych sugeruje, że orientacja i drobna struktura pierścienia zmienia się w czasie”, co jest ważne, ponieważ zapewnia „pierwsze wrażenie na temat struktury dynamicznej przepływu akrecji, który otacza horyzont zdarzeń ”, jak wyjaśnił w komunikacie prasowym Maxa Plancka.

Przepływ akrecji – szybkość przepływu materiału do czarnej dziury – dla M87 * wydaje się być zmienna. Jak spekulują autorzy, świecący gaz w pierścieniu jest w stanie silnie turbulentnym, będącym skutkiem działania pól magnetycznych, i to właśnie powoduje zmianę wyglądu czarnej dziury w czasie. To bardzo ekscytujące, ponieważ „dynamika tego chybotania nam na to pozwoli [measure] przepływ akrecji – powiedział Anatua.

Za pomocą tego artykułu weszliśmy w nową erę badania intymnych obszarów wokół czarnych dziur. Astronomowie mogą śledzić zmiany w tych egzotycznych systemach w czasie i powinni umieć badać nie tylko przepływ akrecyjny ale także zjawiska pokrewne, takie jak relatywistyczne dżety. Fizyczne cechy relatywistycznych dżetów – wypływy wysokoenergetycznych cząstek – są „kluczem do zrozumienia interakcji z otaczającym ośrodkiem w macierzystej galaktyce czarnej dziury” – powiedział Richard Anantua, studium współautor, w wydaniu. Obserwacje przepływu akrecji dostarczą również innego sposób dla naukowców na przetestowanie ogólnej teorii względności, teorii, która jak dotąd sprawdza się całkiem nieźle.