Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Waarom fonkelen zwarte gaten?

Deze illustratie toont een schijf van heet gas dat rond een zwart gat wervelt. De gasstroom die zich naar rechts uitstrekt, is het overblijfsel van een ster die door het zwarte gat uit elkaar werd getrokken. NASA/JPL-Caltech

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

En toch zijn sommige zwarte gaten, ondanks hun beroemde zwartheid, behoorlijk zichtbaar. Het gas en de sterren die deze galactische stofzuigers verslinden, worden vóór hun enkele reis naar het gat in een gloeiende schijf gezogen, 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.

We hebben meegelift op NASA's asteroïde verdedigingsinspanningen om vijf jaar lang meer dan 5.000 van de snelst groeiende zwarte gaten aan de hemel te observeren, in een poging te begrijpen waarom dit fonkelen plaatsvindt. In een artikel dat op 2 februari 2023 in Nature Astronomy werd gepubliceerd, rapporteerden we ons antwoord:het is een soort turbulentie die wordt veroorzaakt door wrijving en intense zwaartekracht- en magnetische velden.

Inhoud
  1. Zwarte gaten zijn gigantische sterreneters
  2. Voedingstijd voor zwarte gaten
  3. Vijf jaar flikkerende zwarte gaten

Zwarte gaten zijn gigantische sterreneters

We bestuderen superzware zwarte gaten, de soorten die zich in de centra van sterrenstelsels bevinden en zo massief zijn als miljoenen of miljarden zonnen.

Ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, heeft een van deze reuzen in het centrum, met een massa van ongeveer 4 miljoen zonnen. De ongeveer 200 miljard sterren waaruit de rest van het sterrenstelsel bestaat (inclusief onze zon) draaien voor het grootste deel vrolijk rond het zwarte gat in het centrum.

De zaken zijn echter niet in alle sterrenstelsels zo vredig. Wanneer paren sterrenstelsels door de zwaartekracht aan elkaar trekken, kunnen veel sterren te dicht bij het zwarte gat van hun sterrenstelsel terechtkomen. 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 hadden kunnen worden. Mogelijk is dit 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 zijn uitgeblazen door geriatrische sterren die bekend staan ​​als rode reuzen.

Deze reeks illustraties laat zien hoe een zwart gat een omzeilende ster kan verslinden. 1. Een normale ster passeert nabij een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel. 2. Het zwarte gat trekt de buitenste gassen van de ster naar zijn zwaartekrachtveld. 3. Getijdenkrachten versnipperen de ster en trekken hem uit elkaar. 4. Ten slotte trekt het zwarte gat de stellaire overblijfselen in een donutvormige ring eromheen. Dat zal uiteindelijk in het zwarte gat worden gezogen, waardoor een enorme hoeveelheid licht en hoogenergetische straling vrijkomt. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Voedertijd zwart gat

In ons onderzoek hebben we nauwkeurig gekeken naar het voedingsproces van de 5.000 snelst groeiende zwarte gaten in het universum.

In eerdere onderzoeken ontdekten we de zwarte gaten met de meest vraatzuchtige honger. In 2022 vonden we een zwart gat dat elke seconde een hoeveelheid materiaal ter waarde van de aarde opeet. In 2018 ontdekten we nog een zwart gat dat elke 48 uur een hele zon opvreet.

Maar we hebben veel vragen over hun daadwerkelijke voedingsgedrag. We weten dat materiaal dat het gat binnendringt, in een gloeiende ‘accretieschijf’ terechtkomt, die helder genoeg kan zijn om hele sterrenstelsels te overschaduwen. Deze zichtbaar voedende zwarte gaten worden quasars genoemd.

De meeste van deze zwarte gaten bevinden zich ver weg – veel te ver voor ons om enig detail van de schijven te zien. We hebben enkele afbeeldingen van accretieschijven rond nabijgelegen zwarte gaten, maar deze ademen slechts wat kosmisch gas in in plaats van zich te vergasten aan sterren.

Vijf jaar flikkerende zwarte gaten

In deze illustratie buigt het licht van een kleiner zwart gat (links) rond een groter zwart gat en vormt aan de andere kant een bijna spiegelbeeld. De zwaartekracht van een zwart gat kan het weefsel van de ruimte zelf vervormen, zodat licht dat dichtbij het zwarte gat passeert een gebogen pad eromheen zal volgen. Caltech-IPAC

In ons laatste werk hebben we gegevens gebruikt van NASA's ATLAS-telescoop op Hawaï. Het scant elke nacht de hele hemel (als het weer het toelaat) en let op asteroïden die de aarde naderen vanuit de buitenste duisternis.

Deze scans van de hele hemel bieden toevallig ook nachtelijke registraties van de gloed van hongerige zwarte gaten diep op de achtergrond. Ons team heeft van elk van deze zwarte gaten een vijf jaar durende film gemaakt, waarin de dagelijkse veranderingen in helderheid worden getoond 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-instabiliteiten" die 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 en fonkelen langzaam, terwijl strakkere en snellere banen in kleinere schijven sneller fonkelen.

Maar zouden de schijven in de echte wereld zo eenvoudig blijken te zijn, zonder 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 een breekpunt is gebogen, is misschien een aparte vraag.)

Met behulp van statistische methoden hebben we gemeten hoeveel het licht van onze 5000 schijven in de loop van de tijd flikkerde. Het patroon van flikkeringen zag er bij elke lamp enigszins anders uit.

Maar toen we ze sorteerden op grootte, helderheid en kleur, begonnen we intrigerende patronen te zien. We konden de omloopsnelheid van elke schijf bepalen — en zodra je je klok op de snelheid van de schijf had ingesteld, 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 ontstaan ​​omdat we ze vanuit verschillende oriëntaties bekijken.

De volgende stap is om deze subtiele verschillen nader te onderzoeken en te kijken 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.

Christelijke Wolf is universitair hoofddocent astronomie en astrofysica aan de Australian National University. Hij ontvangt financiering van de Australian Research Council (ARC) en is lid van de Astronomical Society of Australia (ASA).

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf Het gesprek onder een Creative Commons-licentie. Je kunt de vinden origineel artikel hier.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe kruipen mieren op muren? Een bioloog legt hun kleverige, stekelige, zwaartekracht tartende greep uit
  2. Akoestische monitoring geeft een holistisch beeld van de biodiversiteit
  3. Wetenschappers ontdekken fossielen van gigantische zeehagedis die 66 miljoen jaar geleden over de oceanen heerste
  4. Wetenschappers roepen de VS op om onderzoek naar potmedicijnen voor huisdieren toe te staan
  5. Vergelijking & identificatie van kikkers en menselijke bloedcellen
  6. Drie redenen waarom de celdeling belangrijk is
  7. Verschil tussen transcriptie en DNA-replicatie
  8. Een mogelijke manier om TR4-schimmelresistentie te verlenen aan Cavendish-bananen
  9. Knaagdieren zijn reservoirs voor levensbedreigende ziekten, vindt nieuwe studie

Wetenschap