Astrofísicos de Princeton desvendam o mistério dos jatos de buracos negros e dos 'sabres de luz' galácticos

Uma equipe de astrofísicos da Universidade de Princeton conseguiu determinar conclusivamente que a energia está próxima daquela Buraco negro M87* empurra para fora, não para dentro, o que é um debate de longa data na área.

A única coisa que todos sabem sobre os buracos negros é que tudo o que está perto deles é sugado para dentro deles.

por muito pouco Tudo, ao que parece.

Elliot Quataert, astrofísico e Charles A. Jovem professor de astronomia na Universidade de Princeton: “Embora os buracos negros sejam conhecidos como objetos dos quais nada pode escapar, uma das previsões surpreendentes da teoria da relatividade de Einstein é que os buracos negros podem, na verdade, perder energia.” Lote da Fundação 1897. “Ele pode girar, e assim como um pião desacelera com o tempo e perde essa energia enquanto gira, um buraco negro em rotação também pode perder energia para o seu entorno.”

Este modelo tem sido amplamente aceito pelos estudiosos desde a década de 1970. Eles sabiam que os campos magnéticos poderiam extrair energia de buracos negros em rotação, mas não sabiam como.

Uma equipa de astrofísicos da Universidade de Princeton determinou conclusivamente que a energia perto do horizonte de eventos do buraco negro M87* está a fluir para fora e não para dentro. (M87 é o nome da galáxia, Messier 87, então o buraco negro no seu centro é chamado M87*.) Quatert disse que os pesquisadores também desenvolveram uma maneira de testar a previsão de que os buracos negros perdem energia rotacional, e para provar isso é que energia que produz os “fluxos incrivelmente poderosos”. Que vemos e que chamamos de jatos.”

Uma animação que mostra como o campo magnético que atravessa o horizonte de eventos do buraco negro é distorcido à medida que o buraco negro gira mais rápido. Um buraco negro de rotação mais rápida gira o campo magnético mais rapidamente, fazendo com que o buraco negro perca mais energia para o seu entorno. Uma equipe de astrofísicos da Universidade de Princeton observou linhas de campo magnético envolventes em imagens do Event Horizon Telescope da polarização linear de buracos negros. Crédito: Vídeo de George Wong, Instituto de Estudos Avançados Universidade de Princeton

Esses jatos de fluxo de energia são “basicamente como um milhão deAno luz“Sabres de luz longos podem se estender 10 vezes mais do que um sabre de luz Jedi”, diz Alexandru Lobsaska, ex-pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Princeton. via Láctea galáxia.

Os resultados do seu trabalho foram recentemente publicados em o Jornal Astrofísico. Andrew Chell, pesquisador associado em astrofísica, é o primeiro autor deste artigo. Ele e o coautor George Wong são membros do Telescópio de horizonte de eventos Eles desempenharam um papel crucial no desenvolvimento dos modelos usados ​​para explicar os buracos negros. Chael, Wong, Lobsaska e Quataert são todos teóricos afiliados à Iniciativa de Gravidade de Princeton.

A equipe atribuiu a Schell o insight vital no cerne do novo artigo: que a direção na qual as linhas do campo magnético sobem revela a direção do fluxo de energia. A partir daí, “o resto se encaixou”, disse Quataert.

O buraco negro M87* (o signo do buraco negro no centro da galáxia M87) chamou a atenção do mundo quando foi descoberto pela primeira vez pelo Telescópio Event Horizon. Desde então, astrofísicos da Universidade de Princeton descobriram que o campo magnético torcido em torno do buraco negro determina o vórtice de polarização observado nas imagens do buraco negro. Em particular, a direção do fluxo de energia (do buraco para o campo ou vice-versa) determina como a polarização é envolvida. Medindo a direção na qual a polarização gira, pode-se inferir se o campo magnético está extraindo energia de spin do buraco ou injetando energia de spin nele. Fonte da imagem: Modelo de Andrew Chell, George Wong, Alexandru Lobsaska e Elliot Quataert, Princeton Gravity Initiative

“Se você pegasse a Terra e transformasse tudo em TNT e a explodisse 1.000 vezes por segundo durante milhões e milhões de anos, essa seria a quantidade de energia que obteríamos do M87”, disse Wong, pesquisador associado da Universidade de Harvard. . Princeton Gravity Initiative e membro do Institute for Advanced Study.

Os cientistas sabem há décadas que quando um buraco negro começa a girar, ele puxa consigo a estrutura do espaço-tempo. As linhas do campo magnético que passam pelo buraco negro são puxadas, desacelerando a rotação, liberando energia.

“Nossa nova e precisa previsão é que sempre que você olhar para um buraco negro astrofísico, se ele tiver linhas de campo magnético ligadas a ele, haverá transferência de energia – quantidades realmente absurdas de transferência de energia”, disse Lobsaska, ex-pesquisador associado da UCLA. . Princeton e agora é professor assistente de física e matemática na Universidade Vanderbilt, pela qual ganhou um prêmio Prêmio Novas Fronteiras na Física 2024 Do Foundation Breakthrough Award por sua pesquisa sobre buracos negros.

Embora o fluxo de energia próximo ao horizonte de eventos de M87* seja direcionado para fora, a equipe disse que o fluxo de energia poderia, teoricamente, ser direcionado para dentro, para um buraco negro diferente. Eles estão confiantes em sua conexão entre o fluxo de energia e a direção das linhas do campo magnético, e sua previsão de que o fluxo de energia vem do buraco negro será testada com o lançamento do “ainda teórico”próxima geração“Telescópio Horizonte de Eventos.

Durante o último ano e meio, investigadores de buracos negros em todo o mundo têm proposto especificações para o futuro instrumento, disse Wong. “Documentos de pesquisa como o nosso podem desempenhar um papel crucial na determinação do que precisamos. Acho que este é um momento muito emocionante.”

Os quatro investigadores sublinharam no seu artigo que não demonstraram conclusivamente que a rotação do buraco negro “realmente alimenta jactos extragalácticos”, embora a evidência certamente se incline nessa direcção. Embora os níveis de potência mostrados por seu modelo sejam consistentes com as necessidades da aeronave, eles não podem descartar a possibilidade de a aeronave ser movida por um giro. plasma Fora do buraco negro. “Penso que é muito provável que o buraco negro seja a fonte de energia do avião, mas não podemos provar isso”, disse Lobsaška. “Até agora.”

Referência: “Medindo a polarização do buraco negro I. Assinatura da extração de energia eletromagnética” por Andrew Chell, Alexandru Lobsaska, George N. Wong e Elliot Quataert, 14 de novembro de 2023, Jornal Astrofísico.
doi: 10.3847/1538-4357/acf92d

A pesquisa foi apoiada pela Princeton Gravity Initiative, uma Taplin Fellowship, a National Science Foundation (Grant No. 2307888) e um Simons Foundation Investigator Award.