|
Почему черные дыры 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 точно не знает, почему. Мы присоединились к усилиям НАСА по защите от астероидов, чтобы в течение пяти лет наблюдать за более чем 5000 самых быстрорастущих черных дыр в небе, пытаясь понять, почему происходит это мерцание. В новой статье в журнале Nature Astronomy мы сообщаем наш ответ: своего рода турбулентность, вызванная трением и интенсивными гравитационными и магнитными полями.
|
|
|
|
Мы изучаем сверхмассивные черные дыры, которые расположены в центрах галактик и имеют массу, равную миллионам или миллиардам солнц. В центре нашей собственной галактики, Млечного Пути, находится один из таких гигантов с массой примерно в четыре миллиона 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 во всех галактиках дела обстоят так мирно. 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 еще они могли вырасти такими большими. Возможно, это также произошло в Млечном Пути в прошлом. Черные дыры также могут питаться более медленным и нежным образом: всасывая облака газа, выброшенные стареющими звездами, известными как красные гиганты. В нашем новом исследовании мы внимательно изучили процесс питания среди 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 реальном пищевом поведении. Мы знаем, что вещество на пути в дыру скручивается в светящийся «аккреционный диск», который может быть достаточно ярким, чтобы затмить целые галактики. Эти явно 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 близлежащих черных дыр, но они просто вдыхают космический газ, а не питаются звездами. В нашей новой работе мы использовали данные телескопа НАСА ATLAS на Гавайях. Каждую ночь (если позволяет погода) он сканирует все небо, отслеживая приближающиеся к Земле астероиды из внешней тьмы.
|
|
|
|
Эти сканирования всего неба также обеспечивают еженощную запись свечения голодных черных дыр глубоко на заднем плане. Наша команда сняла пятилетний фильм о каждой из этих черных дыр, показав ежедневные изменения яркости, вызванные бурлящим и бурлящим водоворотом аккреционного диска. Мерцание этих черных дыр может рассказать нам кое-что об аккреционных дисках. В 1998 году астрофизики Стивен Балбус 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 в обычном порядке. Они будут мерцать в случайных узорах, которые разворачиваются по мере того, как диски вращаются. Большие диски вращаются медленнее с медленным мерцанием, в то время как более узкие и быстрые орбиты меньших дисков мерцают быстрее.
|
|
|
|
Но окажутся ли диски в реальном мире такими простыми, без каких-либо дополнительных сложностей? (Возможно, вопрос о том, подходит ли слово «простой» для обозначения 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, насколько сильно свет, излучаемый нашими 5000 дисками, мерцал с течением времени. Рисунок мерцания в каждом из них выглядел несколько иначе. Но когда мы отсортировали их по размеру, яркости и цвету, то стали замечать интригующие закономерности. Мы смогли определить орбитальную скорость каждого диска, и как только вы настроили часы на скорость диска, все мерцающие узоры стали выглядеть одинаково.
|
|
|
|
Это универсальное поведение действительно предсказывается теорией «магнито-вращательных неустойчивостей». Это было утешительно! Это означает, что эти ошеломляющие водовороты в конце концов «просты». И это открывает новые возможности. Мы думаем, что оставшиеся тонкие различия между аккреционными дисками возникают потому, что мы смотрим на них с разных сторон. Следующий шаг — более внимательно изучить эти тонкие различия и посмотреть, содержат ли они ключ к разгадке ориентации черной дыры. В конце концов, наши будущие измерения черных дыр могут стать еще более точными.
|
|
|
|
Источник
|
