Gli astrofisici di Princeton svelano il mistero dei getti del buco nero e delle “spade laser” galattiche

Un team di astrofisici dell'Università di Princeton è stato in grado di determinare in modo definitivo che l'energia è vicina a quella Buco nero M87* spinge verso l’esterno, non verso l’interno, il che è un dibattito di lunga data nel settore.

L'unica cosa che tutti sanno sui buchi neri è che tutto ciò che li circonda viene risucchiato al loro interno.

appena Tutto, si scopre.

Elliot Quataert, astrofisico e Charles A. Giovane professore di astronomia all'Università di Princeton: “Sebbene i buchi neri siano conosciuti come oggetti dai quali nulla può sfuggire, una delle previsioni sorprendenti della teoria della relatività di Einstein è che i buchi neri possono effettivamente perdere energia.” Lotto dalla Fondazione del 1897. “Può ruotare, e proprio come una trottola rallenta nel tempo e perde energia mentre gira, anche un buco nero rotante può perdere energia verso l'ambiente circostante.”

Questo modello è stato ampiamente accettato dagli studiosi a partire dagli anni ’70. Sapevano che i campi magnetici potevano estrarre energia dai buchi neri rotanti, ma non sapevano come.

Un team di astrofisici dell’Università di Princeton ha stabilito in modo definitivo che l’energia vicino all’orizzonte degli eventi del buco nero M87* si sta dirigendo verso l’esterno, non verso l’interno. (M87 è il nome della galassia, Messier 87, quindi il buco nero al suo centro si chiama M87*.) Quatert ha detto che i ricercatori hanno anche escogitato un modo per testare la previsione secondo cui i buchi neri perdono energia rotazionale, e per dimostrarlo è questo energia che produce “efflussi incredibilmente potenti” che vediamo e che chiamiamo getti.

Un'animazione che mostra come il campo magnetico che attraversa l'orizzonte degli eventi del buco nero viene distorto mentre il buco nero gira più velocemente. Un buco nero che ruota più velocemente fa ruotare il campo magnetico più velocemente, facendo sì che il buco nero perda più energia nell’ambiente circostante. Un team di astrofisici dell’Università di Princeton ha osservato le linee del campo magnetico avvolgente nelle immagini dell’Event Horizon Telescope della polarizzazione lineare dei buchi neri. Credito: video di George Wong, Institute for Advanced Study università di Princeton

Questi getti di flusso energetico sono “sostanzialmente come un milione diAnno luce“Le spade laser lunghe possono estendersi 10 volte più a lungo di una spada laser Jedi”, afferma Alexandru Lobsaska, ex ricercatore post-dottorato presso l'Università di Princeton. via Lattea galassia.

I risultati del loro lavoro sono stati recentemente pubblicati in IL Giornale astrofisico. Andrew Chell, ricercatore associato in astrofisica, è il primo autore di questo articolo. Lui e il coautore George Wong sono entrambi membri di Telescopio dell'orizzonte degli eventi Hanno svolto un ruolo cruciale nello sviluppo dei modelli utilizzati per spiegare i buchi neri. Chael, Wong, Lobsaska e Quataert sono tutti teorici affiliati Iniziativa sulla gravità di Princeton.

Il team ha attribuito a Schell l’intuizione fondamentale alla base del nuovo articolo: che la direzione in cui salgono le linee del campo magnetico rivela la direzione del flusso di energia. Da lì, “il resto è andato a posto”, ha detto Quataert.

Il buco nero M87* (il segno zodiacale del buco nero al centro della galassia M87) catturò l'attenzione del mondo quando fu scoperto per la prima volta dall'Event Horizon Telescope. Da allora, gli astrofisici dell’Università di Princeton hanno scoperto che la torsione del campo magnetico attorno al buco nero determina il vortice di polarizzazione osservato nelle immagini del buco nero. In particolare, la direzione del flusso energetico (dalla buca al campo o viceversa) determina come viene avvolta la polarizzazione. Misurando la direzione in cui ruota la polarizzazione, si può dedurre se il campo magnetico sta estraendo energia di spin dal foro o iniettando energia di spin al suo interno. Fonte immagine: modello di Andrew Chell, George Wong, Alexandru Lobsaska ed Elliot Quataert, Princeton Gravity Initiative

“Se prendessimo la Terra e la trasformassimo tutta in tritolo e la facessimo esplodere 1.000 volte al secondo per milioni e milioni di anni, questa sarebbe la quantità di energia che otterremmo da M87”, ha detto Wong, ricercatore associato presso l'Università di Harvard. . Princeton Gravity Initiative e membro dell'Institute for Advanced Study.

Gli scienziati sanno da decenni che quando un buco nero inizia a ruotare, trascina con sé il tessuto dello spazio-tempo. Le linee del campo magnetico che passano attraverso il buco nero vengono tirate, rallentando la rotazione, rilasciando energia.

“La nostra nuova, precisa previsione è che ogni volta che si osserva un buco nero astrofisico, se ha linee di campo magnetico collegate ad esso, si verificherà un trasferimento di energia – quantità di trasferimento di energia davvero pazzesca”, ha affermato Lobsaska, ex ricercatore associato presso l’UCLA. . Princeton ed è ora assistente professore di fisica e matematica alla Vanderbilt University, per la quale ha vinto un premio Premio Nuove Frontiere della Fisica 2024 Dalla Foundation Breakthrough Award per le sue ricerche sui buchi neri.

Mentre il flusso di energia vicino all’orizzonte degli eventi di M87* è diretto verso l’esterno, il team ha affermato che il flusso di energia potrebbe teoricamente essere diretto verso l’interno, verso un diverso buco nero. Sono fiduciosi che la loro connessione tra il flusso di energia e la direzione delle linee del campo magnetico, e la loro previsione che il flusso di energia provenga dal buco nero sarà testata con il lancio del progetto “ancora teorico”prossima generazione“Telescopio Orizzonte degli Eventi.

Nell’ultimo anno e mezzo, i ricercatori sui buchi neri di tutto il mondo hanno proposto le specifiche per il futuro strumento, ha detto Wong. “I documenti di ricerca come il nostro possono svolgere un ruolo cruciale nel determinare ciò di cui abbiamo bisogno. Penso che questo sia un momento molto emozionante.”

I quattro ricercatori hanno sottolineato nel loro articolo di non aver dimostrato in modo conclusivo che la rotazione del buco nero “alimenta effettivamente i getti extragalattici”, anche se le prove tendono certamente in quella direzione. Sebbene i livelli di potenza mostrati dal loro modello siano coerenti con ciò di cui l’aereo ha bisogno, non possono escludere la possibilità che l’aereo venga alimentato da una rotazione. plasma Fuori dal buco nero. “Penso che sia molto probabile che il buco nero sia la fonte di energia per l'aereo, ma non possiamo dimostrarlo”, ha detto Lobsaška. “Finora.”

Riferimento: “Misurazione della polarizzazione del buco nero I. Firma dell'estrazione di energia elettromagnetica” di Andrew Chell, Alexandru Lobsaska e George N. Wong, Elliot Quataert, 14 novembre 2023, Giornale astrofisico.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

Questa ricerca è stata sostenuta dalla Princeton Gravity Initiative, da una Taplin Fellowship, dalla National Science Foundation (grant n. 2307888) e da un Simons Foundation Investigator Award.