Исследователи из Принстонского университета обнаружили, что черная дыра M87* выделяет энергию наружу, способствуя образованию массивных джетов. Открытие, основанное на теории относительности Эйнштейна, бросает вызов традиционным представлениям о черных дырах и может быть дополнительно проверено с использованием современных телескопов. Исследование открывает новые возможности для понимания динамики черной дыры, хотя и не объясняет явно источник энергии джета.

Одна вещь, которую все знают о черных дырах, это то, что все, что находится поблизости, засасывается. Команда астрофизиков из Принстона теперь определила, что энергия вблизи черной дыры M87* выталкивается наружу, а не внутрь, и это давняя дискуссия в этой области.

«Хотя черная дыра определяется как объект, из которого ничто не может ускользнуть, удивительным предсказанием теории относительности Эйнштейна является то, что черные дыры на самом деле теряют энергию», — сказал астрофизик Элиот Кватарт, выпускник 1897 года, профессор астрономии Принстонского университета, профессор Чарльза А. Янга. «Они могут вращаться, и точно так же, как волчок со временем замедляется и теряет энергию при вращении, вращающиеся черные дыры также теряют энергию для своего окружения».

Эта модель получила широкое признание учёных с 1970-х годов. Они знали, что магнитные поля могут извлекать энергию из вращающихся черных дыр, но не знали, как это сделать.

Команда астрофизиков из Принстона теперь окончательно определила, что энергия вблизи горизонта событий черной дыры M87* выталкивается наружу, а не внутрь. (M87 — это название галактики Мессье 87, поэтому черная дыра в центре галактики называется M87*). Исследователи также придумали способ проверить предсказание о том, что черная дыра теряет энергию вращения, и определили, что именно эта энергия производит «мощные потоки, которые мы видим, которые мы называем джетами», — сказал Кватарт.

Анимация показывает, как магнитное поле, пересекающее горизонт событий черной дыры, искажается по мере того, как черная дыра вращается быстрее. Черная дыра с более быстрым вращением будет быстрее «раскручивать» магнитное поле, в результате чего черная дыра будет терять больше энергии в свое окружение. Команда астрофизиков из Принстона наблюдала скручивание силовых линий магнитного поля на линейно поляризованных изображениях черной дыры, полученных телескопом «Горизонт событий». Фото/видео снято Джорджем Вонгом из Института перспективных исследований Принстонского университета.

Александру Лупсаска, бывший постдок Принстонского университета, сказал, что эти струи потока энергии «по сути подобны световым мечам джедаев возрастом в миллион световых лет» и в 10 раз длиннее Млечного Пути.

Их результаты были недавно опубликованы в The Astrophysical Journal. Эндрю Чел, младший научный сотрудник в области астрофизики, является первым автором статьи. Он и соавтор Джордж Вонг, оба члены команды Horizon Event Telescope, сыграли ключевую роль в разработке модели, используемой для объяснения черных дыр. Чейл, Вонг, Лупсаска и Кватарт — теоретики, связанные с Принстонским проектом гравитации.

Команда благодарит Чара за важное открытие, лежащее в основе новой статьи: спиральное направление линий магнитного поля показывает направление потока энергии.

Черная дыра M87* (звездочкой обозначена черная дыра, расположенная в центре галактики M87) привлекла внимание мира, когда ее впервые обнаружил телескоп Horizon Event. С тех пор астрофизики Принстонского университета обнаружили, что искривленное магнитное поле, окружающее черную дыру, определяет спираль поляризации, наблюдаемую на изображениях черной дыры. В частности, направление потока энергии (от черной дыры к магнитному полю или от магнитного поля к черной дыре) определяет, насколько искажается поляризация. Измеряя направление спирали поляризации, мы можем сделать вывод, извлекает ли магнитное поле энергию вращения из черной дыры или вводит энергию вращения в черную дыру. Источник: Модели Принстонского проекта гравитации Эндрю Чара, Джорджа Хуанга, Александру Лупушаски и квартета Эллиотта.

Джордж Хуанг, младший научный сотрудник Принстонской программы гравитации и член Института перспективных исследований, сказал: «Если превратить Землю в тротиловую взрывчатку и взрывать ее 1000 раз в секунду в течение миллионов лет, именно такую ​​энергию мы получим от M87».

Ученым уже несколько десятилетий известно, что когда черная дыра начинает вращаться, она увлекает за собой ткань пространства-времени. Линии магнитного поля, проходящие через черную дыру, затягиваются, замедляя вращение и вызывая выделение энергии.

Лупушаска, бывший научный сотрудник Принстонского университета, а в настоящее время доцент кафедры физики и математики в Университете Вандербильта, получил премию «Новые горизонты» в области физики 2024 года от Фонда премии «Прорыв» за свои исследования черных дыр.

Исследовательская группа заявила, что, хотя поток энергии вблизи горизонта событий M87* течет наружу, теоретически поток энергии может течь внутрь в различных черных дырах. Они уверены в связи между потоком энергии и направлением силовых линий магнитного поля, и их предсказание о том, что поток энергии исходит от черных дыр, будет подтверждено запуском телескопа горизонта событий «следующего поколения», который все еще находится на теоретической стадии.

Исследователи черных дыр по всему миру предлагали характеристики будущих инструментов в течение последних полутора лет, и четверо исследователей подчеркнули в своей статье, что они еще не доказали окончательно, что вращение черной дыры «на самом деле приводит в действие внегалактические струи», хотя данные определенно склоняются в этом направлении. Хотя уровни энергии, показанные их моделью, соизмеримы с энергией, необходимой джетам, они не могут исключить возможность того, что джеты питаются вращающейся плазмой вне черной дыры. «Я думаю, что весьма вероятно, что черные дыры приводят в движение джеты, но мы не можем этого доказать», — сказал Лупсаска. "Еще нет."

Источник составления: ScitechDaily.