Черная дыра M87* (звездочкой обозначена черная дыра в центре галактики M87) привлекла внимание всего мира, когда ее впервые обнаружил телескоп «Горизонт событий». С тех пор астрофизики Принстона обнаружили, что закручивающееся магнитное поле вокруг черной дыры определяет характерную спираль поляризации, наблюдаемую на изображениях черной дыры. В частности, направление потока энергии (от дырки к полю или наоборот) определяет, как закручивается поляризация. Измеряя, в каком направлении закручиваются спирали поляризации, можно сделать вывод, извлекает ли магнитное поле энергию вращения из дыры или перекачивает в нее энергию вращения. Авторы и права: Модель Эндрю Чела, Джорджа Вонга, Александру Лупсаски и Элиота Катарта, Princeton Gravity Initiative.
Единственное, что всем известно о черных дырах, это то, что в них засасывается абсолютно все, что находится поблизости. Оказывается, почти все.
«Несмотря на то, что черные дыры определяются как объекты, из которых ничто не может ускользнуть, одно из удивительных предсказаний теории относительности Эйнштейна заключается в том, что черные дыры действительно могут терять энергию», — говорит астрофизик Элиот Кватерт, профессор астрономии Чарльза А. Янга из Принстона. Выпуск 1897 года Фонда. «Они могут вращаться, и точно так же, как волчок со временем замедляется и теряет энергию при вращении, вращающаяся черная дыра также может отдавать энергию своему окружению».
Ученые широко приняли эту модель с 1970-х годов. Они знали, что магнитные поля, вероятно, извлекают энергию из вращающихся черных дыр, но они не знали, как это сделать.
Команда астрофизиков из Принстона теперь окончательно определила, что энергия вблизи горизонта событий черной дыры M87* движется наружу, а не внутрь. (M87 — это название галактики Мессье 87, поэтому черная дыра в ее центре обозначается M87*.) Исследователи также создали способ проверить предсказание о том, что черные дыры теряют энергию вращения, сказал Кватарт, и установить ее та энергия, которая производит «невероятно мощные потоки, которые мы видим и называем струями».
Эти струи потока энергии «по сути похожи на световые мечи джедаев длиной в миллион световых лет», — сказал бывший постдок Принстона Александру Лупсаска, и они могут простираться в 10 раз длиннее, чем галактика Млечный Путь.
Результаты их работы опубликованы в текущем выпуске The Astrophysical Journal. Эндрю Чел, научный сотрудник в области астрофизики, является первым автором статьи. Он и соавтор Джордж Вонг являются членами команды Event Horizon Telescope и сыграли решающую роль в разработке моделей, которые используются для интерпретации черных дыр. Чел, Вонг, Лупсаска и Кваерт — все теоретики, связанные с Принстонской инициативой по гравитации.
Команда отдала должное Челу за жизненно важную идею, лежащую в основе новой статьи: направление, в котором спиралевидные линии магнитного поля закручиваются, показывает направление потока энергии. После этого «остальное как бы встало на свои места», — сказал Кваерт.
«Если вы взяли Землю, превратили ее всю в тротил и взрывали ее 1000 раз в секунду в течение миллионов и миллионов лет, именно такое количество энергии мы получаем от M87», — сказал Вонг, научный сотрудник М87. Принстонской инициативы по гравитации и член Института перспективных исследований.
Простая модель черной дыры. Авторы и права: Эндрю Чел, Джордж Вонг, Александру Лупсаска и Элиот Катарт, Princeton Gravity Initiative
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, что замедляет вращение, что приводит к выделению энергии.
«Наш новый, точный прогноз заключается в том, что всякий раз, когда вы смотрите на астрофизическую черную дыру, если к ней прикреплены линии магнитного поля, будет происходить передача энергии — поистине безумные объемы передачи энергии», — сказал Лупсаска, бывший научный сотрудник Принстон, который сейчас является доцентом кафедры физики и математики в Университете Вандербильта и выиграл премию «Новые горизонты в физике» 2024 года от Фонда премии «Прорыв» за свои исследования черных дыр.
Хотя поток энергии вблизи горизонта событий M87* течет наружу, команда заявила, что теоретически поток энергии может идти внутрь, в другую черную дыру. Они уверены в своей связи между потоком энергии и направлением силовых линий магнитного поля, и их предсказание о том, что поток энергии исходит из черной дыры, будет проверено с запуском пока еще теоретического телескопа «Следующего поколения» Event Horizon.
Суперкомпьютерная 3D-моделация M87*. Авторы и права: Эндрю Чел, Джордж Вонг, Александру Лупсаска и Элиот Катарт, Princeton Gravity Initiative
По словам Вонга, последние полтора года исследователи черных дыр по всему миру предлагали характеристики будущего инструмента. «Такие газеты, как наша, могут сыграть решающую роль в определении того, что нам нужно. Я думаю, что это невероятно захватывающее время».
Четверо исследователей подчеркнули в своей статье, что они не доказали окончательно, что вращение черной дыры «действительно приводит в движение внегалактическую струю», хотя данные определенно склоняются в этом направлении. Несмотря на то, что уровни энергии, которые показывает их модель, соизмеримы с тем, что нужно джетам, они не могли исключить возможность того, что джет может питаться вращающейся плазмой вне черной дыры. «Я думаю, что весьма вероятно, что черная дыра питает реактивный самолет, но мы не можем этого доказать», — сказал Лупсаска. «Еще.»
Информация от: Принстонским университетом
