Zephyrnet-logo

Waarom fonkelen zwarte gaten? Wetenschappers bestudeerden 5,000 sterrenetende kolossen om erachter te komen

Datum:

Zwarte gaten zijn bizarre dingen, zelfs naar de maatstaven van astronomen. Hun massa is zo groot, het buigt de ruimte zo strak om hen heen dat niets kan ontsnappen, zelfs niet het licht zelf.

En toch, ondanks hun beroemde zwartheid, sommigen zwarte gaten zijn goed zichtbaar. Het gas en de sterren die deze galactische vacuüms verslinden, worden in een gloeiende schijf gezogen voordat ze een enkele reis in het gat maken, en deze schijven kunnen helderder schijnen dan hele sterrenstelsels.

Nog vreemder, deze zwarte gaten fonkelen. De helderheid van de gloeiende schijven kan van dag tot dag fluctueren en niemand weet precies waarom.

Mijn collega's en ik hebben meegelift op NASA's asteroïde verdedigingsinspanningen om gedurende vijf jaar meer dan 5,000 van de snelst groeiende zwarte gaten in de lucht te observeren, in een poging te begrijpen waarom deze twinkeling optreedt. In een nieuw papier binnen Natuurastronomie, we rapporteren ons antwoord: een soort turbulentie aangedreven door wrijving en intense zwaartekracht- en magnetische velden.

Gigantische sterreneters

We bestuderen superzware zwarte gaten, het soort dat zich in de centra van sterrenstelsels bevindt en zo massief is als miljoenen of miljarden zonnen.

Ons eigen melkwegstelsel, de Melkweg, heeft een van deze reuzen in het centrum, met een massa van ongeveer vier miljoen zonnen. Voor het grootste deel cirkelen de ongeveer 200 miljard sterren waaruit de rest van de melkweg bestaat (inclusief onze zon) gelukkig rond het zwarte gat in het midden.

In alle sterrenstelsels is het echter niet zo vredig. Wanneer paren sterrenstelsels via de zwaartekracht aan elkaar trekken, kunnen veel sterren te dicht bij het zwarte gat van hun melkwegstelsel worden getrokken. Dit loopt slecht af voor de sterren: ze worden verscheurd en verslonden.

We zijn ervan overtuigd dat dit moet zijn gebeurd in sterrenstelsels met zwarte gaten die wel een miljard zonnen wegen, omdat we ons niet kunnen voorstellen hoe ze anders zo groot kunnen zijn geworden. Mogelijk is het in het verleden ook in de Melkweg gebeurd.

Zwarte gaten kunnen zich ook op een langzamere, zachtere manier voeden: door gaswolken op te zuigen die worden uitgeblazen door oude sterren die bekend staan ​​als rode reuzen.

Voedertijd

In onze nieuwe studie hebben we nauwkeurig gekeken naar het voedingsproces van de 5,000 snelst groeiende zwarte gaten in het universum.

In eerdere studies ontdekten we de zwarte gaten met de meest vraatzuchtige eetlust. Vorig jaar vonden we een zwart gat dat eet elke seconde een wereld aan spullen. In 2018 hebben we er een gevonden die eet elke 48 uur een hele zon.

Maar we hebben veel vragen over hun feitelijke eetgedrag. We weten dat materiaal op weg naar het gat in spiralen verandert in een gloeiende "accretieschijf" die helder genoeg kan zijn om hele sterrenstelsels te overtreffen. Deze zichtbaar voedende zwarte gaten worden quasars genoemd.

De meeste van deze zwarte gaten zijn heel, heel ver weg - veel te ver om enig detail van de schijf te kunnen zien. We hebben enkele afbeeldingen van accretieschijven rond nabijgelegen zwarte gaten, maar ze ademen alleen wat kosmisch gas in in plaats van zich tegoed te doen aan sterren.

Vijf jaar flikkerende zwarte gaten

In ons nieuwe werk, gebruikten we gegevens van de ATLAS-telescoop van NASA op Hawaï. Het scant elke nacht de hele lucht (als het weer het toelaat), en controleert op asteroïden die de aarde naderen vanuit de buitenste duisternis.

Deze scans van de hele hemel bieden toevallig ook een nachtelijke opname van de gloed van hongerige zwarte gaten, diep op de achtergrond. Ons team heeft van elk van die zwarte gaten een vijfjarige film gemaakt, waarin de dagelijkse veranderingen in helderheid te zien zijn die worden veroorzaakt door de borrelende en kokende gloeiende maalstroom van de accretieschijf.

Het fonkelen van deze zwarte gaten kan ons iets vertellen over accretieschijven.

In 1998 stelden astrofysici Steven Balbus en John Hawley een theorie voor van "magneto-rotatie instabiliteitendat beschrijft hoe magnetische velden turbulentie in de schijven kunnen veroorzaken. Als dat het juiste idee is, moeten de schijven in regelmatige patronen sissen. Ze zouden fonkelen in willekeurige patronen die zich ontvouwen terwijl de schijven ronddraaien. Grotere schijven draaien langzamer in een baan met een langzame fonkeling, terwijl strakkere en snellere banen in kleinere schijven sneller twinkelen.

Maar zouden de schijven in de echte wereld zo eenvoudig blijken te zijn, zonder enige verdere complexiteit? (Of 'eenvoudig' het juiste woord is voor turbulentie in een ultradichte, uit de hand gelopen omgeving ingebed in intense zwaartekracht en magnetische velden waar de ruimte zelf tot het breekpunt is gebogen, is misschien een aparte vraag).

Met behulp van statistische methoden hebben we gemeten hoeveel het licht van onze 5,000 schijven in de loop van de tijd flikkerde. Het patroon van flikkering in elk zag er enigszins anders uit.

Maar toen we ze sorteerden op grootte, helderheid en kleur, begonnen we intrigerende patronen te zien. We waren in staat om de omloopsnelheid van elke schijf te bepalen - en toen je eenmaal je klok had ingesteld om op de snelheid van de schijf te lopen, begonnen alle flikkerende patronen er hetzelfde uit te zien.

Dit universele gedrag wordt inderdaad voorspeld door de theorie van "magneto-rotatie-instabiliteiten". Dat was geruststellend! Het betekent dat deze verbijsterende maalstromen toch "eenvoudig" zijn.

En het opent nieuwe mogelijkheden. We denken dat de resterende subtiele verschillen tussen accretieschijven optreden omdat we ze vanuit verschillende oriëntaties bekijken.

De volgende stap is om deze subtiele verschillen nader te onderzoeken en te zien of ze aanwijzingen bevatten om de oriëntatie van een zwart gat te onderscheiden. Uiteindelijk zouden onze toekomstige metingen van zwarte gaten nog nauwkeuriger kunnen zijn.The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Krediet van het beeld: EHT-samenwerking

spot_img

Laatste intelligentie

spot_img