Астрономы изучили более 5000 черных дыр, чтобы выяснить, почему они мерцают

Черные дыры — странные вещи даже по меркам астрономов. Их масса настолько велика, что искривляет пространство вокруг себя так туго, что ничто не может ускользнуть, даже сам свет.

И все же, несмотря на их знаменитую черноту, некоторые черные дыры вполне видны. Газ и звезды, которые поглощают эти галактические вакуумы, всасываются в светящийся диск перед тем, как отправиться в дыру в один конец, и эти диски могут сиять ярче, чем целые галактики.

Что еще более странно, эти черные дыры мерцают. Яркость светящихся дисков может колебаться изо дня в день, и никто не знает точно, почему.

Мы объединили усилия НАСА по защите от астероидов, чтобы наблюдать за более чем 5000 самых быстрорастущих черных дыр в космосе. небо в течение пяти лет, пытаясь понять, почему происходит это мерцание.

В новой статье в Nature Astronomy мы сообщаем наш ответ: своего рода турбулентность, вызванная трением и интенсивными гравитационными и магнитными полями.

Гигантские пожиратели звезд

Мы изучаем сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах галактик и имеющие массу, равную миллионам или миллиардам Солнц.

Наши В собственной галактике, Млечном Пути, в центре находится один из таких гигантов с массой около четырех миллионов Солнц. По большей части 200 миллиардов или около того звезд, составляющих остальную часть галактики (включая наше Солнце), счастливо вращаются вокруг черной дыры в центре.

Однако не все так мирно. галактики. Когда пары галактик притягиваются друг к другу под действием гравитации, многие звезды могут оказаться притянутыми слишком близко к черной дыре своей галактики. Это плохо кончается для звезд: их разрывают на части и пожирают.

Мы уверены, что это должно было произойти в галактиках с черными дырами, которые весят столько же, сколько миллиард солнц, потому что мы не можем представить, как иначе они могли вырасти такими большими. Это также могло происходить в Млечном Пути в прошлом.

Черные дыры также могут питаться более медленным и нежным образом: всасывая облака газа, выброшенные гериатрическими звездами, известными как красные гиганты.

Время питания

В нашем новом исследовании мы внимательно изучили процесс питания 5000 самых быстрорастущих черных дыр во Вселенной.

В более ранних исследованиях мы обнаружили черные дыры с самым ненасытным аппетитом. В прошлом году мы нашли черную дыру, которая каждую секунду съедает столько земного материала. В 2018 году мы нашли одного, который съедает целое Солнце каждые 48 часов.

Но у нас есть много вопросов об их фактическом питании. Мы знаем, что материал на пути в дыру скручивается в светящийся «аккреционный диск», который может быть достаточно ярким, чтобы затмить целые галактики. Эти видимо питающиеся черные дыры называются квазарами.

Большинство этих черных дыр находятся очень-очень далеко — слишком далеко, чтобы мы могли увидеть какие-либо детали диска. У нас есть несколько изображений аккреционных дисков вокруг черных дыр, но они просто вдыхают космический газ, а не питаются звездами.

Пять лет мерцающих черных дыр

В нашем новом В работе мы использовали данные телескопа НАСА ATLAS на Гавайях. Он сканирует все небо каждую ночь (если позволяет погода), отслеживая астероиды, приближающиеся к Земле из внешней тьмы.

Эти сканирования всего неба также обеспечивают еженощную запись свечения голодных черных дыр, глубоких на заднем фоне. Наша команда сняла пятилетний фильм о каждой из этих черных дыр, показав ежедневные изменения яркости, вызванные бурлящим и кипящим светящимся водоворотом аккреционного диска.

Мерцание этих черных дыр черные дыры могут рассказать нам кое-что об аккреционных дисках.

В 1998 году астрофизики Стивен Бальбус и Джон Хоули предложили теорию «магнито-вращательной нестабильности», которая описывает, как магнитные поля могут вызывать турбулентность в дисках. Если это правильная идея, то диски должны шипеть по регулярной схеме.

Они будут мерцать по случайной схеме, которая разворачивается по мере того, как диски вращаются по орбите. Большие диски вращаются медленнее с медленным мерцанием, в то время как более узкие и быстрые орбиты меньших дисков мерцают быстрее.

Но докажут ли диски в реальном мире это просто, без каких-либо дополнительных сложностей? (Возможно, вопрос о том, подходит ли слово «простой» для турбулентности в сверхплотной, неконтролируемой среде, окруженной интенсивными гравитационными и магнитными полями, где само пространство согнуто до предела, — это, пожалуй, отдельный вопрос.)

Используя статистические методы, мы измерили мерцание света, излучаемого нашими 5000 дисками, с течением времени. Рисунок мерцания в каждом из них выглядел несколько иначе.

Но когда мы отсортировали их по размеру, яркости и цвету, мы начали видеть интригующие узоры. Мы смогли определить орбитальную скорость каждого диска, и как только вы настроили часы на скорость диска, все образцы мерцания стали выглядеть одинаково.

Это универсальное поведение действительно предсказывается теория «магнито-вращательных неустойчивостей».

Это было утешительно! Это означает, что эти умопомрачительные водовороты в конце концов «просты».

И это открывает новые возможности. Мы думаем, что оставшиеся тонкие различия между аккреционными дисками возникают из-за того, что мы смотрим на них с разных сторон.

Следующий шаг — более внимательно изучить эти тонкие различия и посмотреть, содержат ли они подсказки для определения ориентации черной дыры. . В конце концов, наши будущие измерения черных дыр могут быть еще более точными. распространитель = переиздать-lightbox-basic» alt=»Разговор» width=»1″ height=»1″ style=»border: none !important; box-shadow: none !important; margin: 0 !important; max-height : 1px !важно; максимальная ширина: 1px !важно; минимальная высота: 1px !важно; минимальная ширина: 1px !важно; непрозрачность: 0 !важно; контур: нет !важно; отступ: 0 !важно;» referrerpolicy=»no-referrer-when-downgrade»>

Кристиан Вольф, доцент кафедры астрономии и астрофизики, Австралийский национальный университет

Эта статья перепечатана с Разговор под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.