Астрономы изучили более 5000 черных дыр, чтобы выяснить, почему они мерцают - «Наука и техника»

Добавлено 05-фев-2023, 00:00 От Nicholson

Черные дыры очень странные, даже по стандартам астрономов. Их масса настолько велика, что искривляет пространство вокруг них так сильно, что ничто не может вырваться наружу, даже свет. И все же, несмотря на свою знаменитую черноту, некоторые из них вполне заметны. Газ и звезды, поглощаемые этим галактическим вакуумом, всасываются в светящийся диск перед тем, как отправиться в дыру, и этот диск может сиять ярче, чем целые галактики.
Еще более странно, что эти черные дыры мерцают. Яркость светящихся дисков может колебаться изо дня в день, и никто точно не знает, почему.
Исследователи в течение пяти лет наблюдали за более чем 5000 самых быстрорастущих черных дыр в небе, пытаясь понять причины этого мерцания. В новой статье в журнале Nature Astronomy они сообщают свой ответ: во всем виновата турбулентность, вызванная трением и интенсивными гравитационными и магнитными полями.
Ученые изучали сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центрах галактик и имеют массу, равную миллионам или миллиардам солнц. Обычно звезды счастливо вращаются вокруг черной дыры в центре. Однако не всегда все так мирно. Когда пары галактик притягиваются друг к другу, множество звезд может оказаться слишком близко к черной дыре. Это плохо кончается для звезд: их разрывают на части и пожирают.
Черные дыры также могут питаться более медленным и щадящим способом: всасывая облака газа, который выбрасывают красные гиганты.
Исследователи использовали данные с телескопа NASA ATLAS на Гавайях. Он сканирует все небо каждую ночь, отслеживая астероиды, приближающиеся к Земле.
Эти снимки всего неба также дают ночную запись свечения голодных черных дыр на заднем плане. Исследователи собрали пятилетний фильм о каждой из этих черных дыр, показывающий ежедневные изменения яркости.
Мерцание этих черных дыр может рассказать кое-что об их аккреционных дисках.
В 1998 году астрофизики Стивен Бальбус 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 мерцать по регулярной схеме.
Они будут мерцать в случайных узорах, которые раскрываются по мере вращения дисков. Большие диски вращаются медленнее с медленным мерцанием, в то время как меньшие диски вращаются и мерцают быстрее.
Используя статистические методы, исследователи измерили, как сильно мерцал свет, излучаемый дисками, с течением времени. Рисунок мерцания каждого из них выглядел по-разному.
Но когда ученые отсортировали их по размеру, яркости и цвету, то начали видеть интригующие узоры. Они смогли определить орбитальную скорость каждого диска. Оказалось, что как только исследователи стали учитывать скорость диска, все образцы мерцания стали выглядеть одинаково.
Это универсальное поведение предсказывает теория магнито-вращательной нестабильности. И это открывает новые возможности.
Следующий шаг ученых — более внимательно изучить тонкие различия между дисками. В конечном счете, будущие измерения черных дыр могли бы быть еще более точными.

Черные дыры очень странные, даже по стандартам астрономов. Их масса настолько велика, что искривляет пространство вокруг них так сильно, что ничто не может вырваться наружу, даже свет. И все же, несмотря на свою знаменитую черноту, некоторые из них вполне заметны. Газ и звезды, поглощаемые этим галактическим вакуумом, всасываются в светящийся диск перед тем, как отправиться в дыру, и этот диск может сиять ярче, чем целые галактики. Еще более странно, что эти черные дыры мерцают. Яркость светящихся дисков может колебаться изо дня в день, и никто точно не знает, почему. Исследователи в течение пяти лет наблюдали за более чем 5000 самых быстрорастущих черных дыр в небе, пытаясь понять причины этого мерцания. В новой статье в журнале Nature Astronomy они сообщают свой ответ: во всем виновата турбулентность, вызванная трением и интенсивными гравитационными и магнитными полями. Ученые изучали сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центрах галактик и имеют массу, равную миллионам или миллиардам солнц. Обычно звезды счастливо вращаются вокруг черной дыры в центре. Однако не всегда все так мирно. Когда пары галактик притягиваются друг к другу, множество звезд может оказаться слишком близко к черной дыре. Это плохо кончается для звезд: их разрывают на части и пожирают. Черные дыры также могут питаться более медленным и щадящим способом: всасывая облака газа, который выбрасывают красные гиганты. Исследователи использовали данные с телескопа NASA ATLAS на Гавайях. Он сканирует все небо каждую ночь, отслеживая астероиды, приближающиеся к Земле. Эти снимки всего неба также дают ночную запись свечения голодных черных дыр на заднем плане. Исследователи собрали пятилетний фильм о каждой из этих черных дыр, показывающий ежедневные изменения яркости. Мерцание этих черных дыр может рассказать кое-что об их аккреционных дисках. В 1998 году астрофизики Стивен Бальбус 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 мерцать по регулярной схеме. Они будут мерцать в случайных узорах, которые раскрываются по мере вращения дисков. Большие диски вращаются медленнее с медленным мерцанием, в то время как меньшие диски вращаются и мерцают быстрее. Используя статистические методы, исследователи измерили, как сильно мерцал свет, излучаемый дисками, с течением времени. Рисунок мерцания каждого из них выглядел по-разному. Но когда ученые отсортировали их по размеру, яркости и цвету, то начали видеть интригующие узоры. Они смогли определить орбитальную скорость каждого диска. Оказалось, что как только исследователи стали учитывать скорость диска, все образцы мерцания стали выглядеть одинаково. Это универсальное поведение предсказывает теория магнито-вращательной нестабильности. И это открывает новые возможности. Следующий шаг ученых — более внимательно изучить тонкие различия между дисками. В конечном счете, будущие измерения черных дыр могли бы быть еще более точными.