Pirmasis šviesos aptikimas už juodosios skylės

Stebėti rentgeno spindulių srautą į visatą per supermasą Juodoji skylė Už 800 milijonų šviesmečių esančios galaktikos centre Stanfordo universiteto astrofizikas Danas Wilkinsas pastebėjo įdomų modelį. Jis pastebėjo daugybę ryškių rentgeno spindulių – įdomių, bet dar nematytų precedentų – ir tada teleskopai užfiksavo kažką netikėto: papildomus rentgeno blyksnius, kurie buvo mažesni, vėliau ir su skirtingomis „spalvomis“ nei ryškios liepsnos.

Remiantis teorija, šie šviesos atgarsiai atitiko rentgeno spindulius, atsispindinčius už juodosios skylės, tačiau net ir pagrindinis juodųjų skylių supratimas mums sako, kad tai yra keista vieta, iš kurios sklinda šviesa.

sakė Wilkinsas, Stanfordo nacionalinės greitintuvo laboratorijos ir SLAC Kavli astrofizikos ir kosmologijos instituto mokslininkas. Tačiau dar viena keista juodosios skylės savybė leidžia tai pastebėti. „Priežastis, dėl kurios galime tai pamatyti, yra ta, kad juoda skylė iškreipia erdvę, lenkia šviesą ir apgaubia magnetinius laukus aplink save“, – paaiškino Wilkinsas.

Iliustracija, kaip šviesa aidi už juodosios skylės. Kreditas: ESA

Keistas atradimas, aprašytas šiandien (2021 m. Liepos 28 d.) Paskelbtame tyrime gamta, Tai pirmasis tiesioginis šviesos stebėjimas iš juodosios skylės – scenarijus, numatytas Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos, bet dar nepatvirtintas.

„Prieš penkiasdešimt metų, kai astrofizikai pradėjo spėlioti, kaip magnetinis laukas elgsis šalia juodosios skylės, jie nė nenumanė, kad vieną dieną mes galime turėti būdų, kaip jį tiesiogiai stebėti ir pamatyti bendrą Einšteino reliatyvumo teoriją veikime“, – sakė jis. . Straipsnio bendraautorius Rogeris Blandfordas yra humanitarinių mokslų koledžo profesorius Luke Blossom, Stanfordo universiteto ir SLAC fizikos ir SLAC profesorius.

Kaip matai juodąją skylę?

Pradinė šio tyrimo motyvacija buvo daugiau sužinoti apie paslaptingą kai kurių juodųjų skylių, vadinamų vainiku, bruožą. Medžiaga, patekusi į supermasyvią juodąją skylę, tiekia ryškiausius nuolatinius šviesos šaltinius visatoje, o tai darydama aplink juodąją skylę suformuoja aureolę. Šią šviesą – rentgeno spindulius – galima analizuoti, kad būtų galima nustatyti ir apibūdinti juodąją skylę.

Animacija, rodanti, kaip šviesa sklinda iš už juodosios skylės. Kreditas: ESA

Pagrindinė teorija apie tai, kas yra vainikinė, prasideda dujoms praslystant į juodąją skylę, kur jos temperatūra pakyla iki milijonų laipsnių. Esant tokiai temperatūrai, elektronai atsiskiria nuo atomų, formuodami magnetizaciją plazma. Įstrigęs galingame juodosios skylės sukime, magnetinis laukas taip aukštai lenkiasi virš juodosios skylės ir sukasi tiek, kad galiausiai visiškai suyra – situacija taip primena tai, kas vyksta aplink mūsų saulę, kad pasiskolino „vainiko“ pavadinimą.

„Šis magnetinis laukas, kuris yra suvaržytas ir tada užfiksuojamas šalia juodosios skylės, kaitina viską aplinkui ir gamina šiuos didelės energijos elektronus, kurie paskui gamina rentgeno spindulius“, – sakė Wilkinsas.

Kai Wilkinsas atidžiau panagrinėjo žybsnių kilmę, jis pamatė mažesnių blyksnių seriją. Mokslininkai nustatė, kad jie yra tokie patys kaip rentgeno raketos, tačiau juos atspindi atgal Iš disko – pirmas žvilgsnis į tolimą juodosios skylės pusę.

„Keletą metų kūriau teorines prognozes, kaip šie aidai mums gali skambėti“, – sakė Wilkinsas. „Aš jau mačiau juos kurdama teoriją, todėl vos pamačiusi juos teleskopo stebėjimuose, galėjau išsiaiškinti ryšį“.

būsimi užrašai

Hurono charakterizavimo ir supratimo užduotis tęsiasi ir turės būti toliau stebima. Šios ateities dalis bus Europos kosmoso agentūros rentgeno observatorija „Athena“ (pažangus didelės energijos astrofizikos teleskopas). Būdamas Steve’o Alleno laboratorijos nariu, Stanfordo universiteto fizikos ir SLAC dalelių fizikos bei astrofizikos profesoriumi, Wilkinsas padeda sukurti Atėnų plataus lauko vaizdo detektoriaus dalį.

„Jame yra daug didesnis veidrodis, nei kada nors buvo rentgeno teleskope, ir tai leis mums gauti didesnės raiškos vaizdus per daug trumpesnį stebėjimo laiką“, – sakė Wilkinsas. „Taigi vaizdas, kurį šiuo metu pradedame gauti iš duomenų, bus daug aiškesnis su šiomis naujomis observatorijomis.”

Nuoroda: 2021 m. Liepos 28 d., gamta.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03667-0

Šio tyrimo bendraautoriai yra iš Šv. Marijos universiteto (Kanada), Nyderlandų kosmoso tyrimų instituto (SRON), Amsterdamo universiteto ir Penn State universiteto.

Šį darbą palaikė NASA „NuSTAR“ ir „XMM-Newton“ svečių stebėtojų programos, Kavli stipendija Stanfordo universitete ir VM Willaman Endowment Penn State universitete.