프린스턴 천체물리학자들이 블랙홀 제트와 은하계 '광선'의 미스터리를 풀다

프린스턴 대학의 천체물리학자 팀은 에너지가 그 정도에 가깝다는 것을 결론적으로 확인할 수 있었습니다. 블랙홀 M87*은 안쪽이 아닌 바깥쪽으로 밀어냅니다. 이는 이 분야 내에서 오랜 논쟁거리였습니다.

블랙홀에 대해 모두가 아는 한 가지 사실은 블랙홀 근처에 있는 모든 것이 블랙홀 안으로 빨려 들어간다는 것입니다.

간신히 모든 것이 밝혀졌습니다.

Elliot Quataert, 천체물리학자이자 Charles A. 프린스턴 대학교 천문학과 젊은 교수: “블랙홀은 아무것도 빠져나올 수 없는 물체로 알려져 있지만, 아인슈타인의 상대성 이론의 놀라운 예측 중 하나는 블랙홀이 실제로 에너지를 잃을 수 있다는 것입니다.” 1897년 재단의 배치 “회전할 수 있으며 회전하는 팽이가 시간이 지남에 따라 속도가 느려지고 회전하면서 에너지를 잃는 것처럼 회전하는 블랙홀도 주변으로 에너지를 잃을 수 있습니다.”

이 모델은 1970년대부터 학자들에 의해 널리 받아들여졌습니다. 그들은 자기장이 회전하는 블랙홀에서 에너지를 추출할 수 있다는 것을 알았지만 그 방법은 몰랐습니다.

프린스턴 대학의 천체 물리학자 팀은 블랙홀 M87*의 사건 지평선 근처의 에너지가 내부가 아닌 외부로 돌진하고 있다는 결론을 내렸습니다. (M87은 은하의 이름인 메시에 87이므로 그 중심에 있는 블랙홀을 M87*이라고 부른다.) Quatert는 또한 연구진은 블랙홀이 회전 에너지를 잃을 것이라는 예측을 테스트하고 이를 증명하는 방법을 고안했다고 말했다. “믿을 수 없을 정도로 강력한 유출”을 생성하는 에너지입니다. 우리가 보고 제트라고 부르는 에너지입니다.”

블랙홀이 더 빠르게 회전함에 따라 블랙홀의 사건 지평선을 가로지르는 자기장이 어떻게 뒤틀리는지 보여주는 애니메이션입니다. 더 빠르게 회전하는 블랙홀은 자기장을 더 빠르게 회전시켜 블랙홀이 주변 환경에 더 많은 에너지를 잃게 만듭니다. 프린스턴 대학의 천체 물리학자 팀은 이벤트 호라이즌 망원경으로 촬영한 블랙홀의 선형 편광 이미지에서 자기장 선이 감싸는 것을 관찰했습니다. 출처: 고등연구소(Institute for Advanced Study)의 George Wong 동영상 제공 프린스턴 대학교

이러한 에너지 흐름의 제트는 “기본적으로 백만 개의광년“긴 광선검은 제다이 광선검보다 10배 더 오래 지속될 수 있습니다”라고 프린스턴 대학의 박사후 연구원이었던 Alexandru Lobsaska는 말합니다. 은하수 은하.

그들의 연구 결과는 최근에 출판되었습니다. 그만큼 천체 물리학 저널. 천체 물리학 연구원인 Andrew Chell이 ​​이 논문의 첫 번째 저자입니다. 그와 공동 저자인 George Wong은 둘 다 사건의 지평선 망원경 그들은 블랙홀을 설명하는 데 사용되는 모델을 개발하는 데 중요한 역할을 했습니다. Chael, Wong, Lobsaska 및 Quataert는 모두 다음과 같은 이론가입니다. 프린스턴 중력 이니셔티브.

팀은 새로운 논문의 핵심인 자기장 선이 상승하는 방향이 에너지 흐름의 방향을 드러낸다는 중요한 통찰력을 Schell에게 인정했습니다. 거기서부터 “나머지는 제자리에 있게 되었습니다”라고 Quataert는 말했습니다.

블랙홀 M87*(은하 M87 중심에 있는 블랙홀의 별자리)은 이벤트 호라이즌 망원경으로 처음 발견되었을 때 세계의 주목을 받았습니다. 그 이후로 프린스턴 대학의 천체물리학자들은 블랙홀 주변의 비틀린 자기장이 블랙홀 이미지에서 관찰되는 편광 소용돌이를 결정한다는 사실을 발견했습니다. 특히, 에너지 흐름 방향(정공에서 필드로 또는 그 반대로)에 따라 분극이 래핑되는 방식이 결정됩니다. 분극이 비틀리는 방향을 측정함으로써 자기장이 정공에서 스핀 에너지를 추출하는지 아니면 스핀 에너지를 주입하는지 유추할 수 있습니다. 이미지 출처: 모델: Andrew Chell, George Wong, Alexandru Lobsaska 및 Elliot Quataert, Princeton Gravity Initiative

하버드 대학교 연구원인 웡은 “지구를 TNT로 바꾸고 초당 1,000번씩 수백만 년 동안 날려버린다면 M87에서 얻을 수 있는 에너지의 양과 맞먹는다”고 말했다. . 프린스턴 중력 이니셔티브(Princeton Gravity Initiative) 및 고등연구소(Institute for Advanced Study) 회원.

과학자들은 블랙홀이 회전하기 시작하면 시공간 구조도 끌어당긴다는 사실을 수십 년 동안 알고 있었습니다. 블랙홀을 통과하는 자기력선이 당겨지면서 회전 속도가 느려지고 에너지가 방출됩니다.

“우리의 새롭고 예리한 예측은 천체 물리학적 블랙홀을 볼 때마다 자기장 선이 부착되어 있으면 에너지 전달이 있을 것이라는 것입니다. 정말 엄청난 양의 에너지 전달이 있을 것입니다.”라고 전 UCLA 연구원인 Lobsaska는 말했습니다. . 프린스턴 출신으로 현재 밴더빌트 대학교에서 물리학 및 수학 조교수로 재직하고 있으며 이로 인해 상을 받았습니다. 2024년 물리학의 새로운 개척상 블랙홀 연구로 재단 혁신상을 받았습니다.

M87*의 사건 지평선 근처의 에너지 흐름은 바깥쪽으로 향하지만, 팀은 이론적으로 에너지 흐름이 다른 블랙홀 안쪽으로 향할 수 있다고 말했습니다. 그들은 에너지의 흐름과 자기장선의 방향 사이의 연관성을 확신하고 있으며, 에너지의 흐름이 블랙홀에서 나온다는 그들의 예측은 “여전히 이론적인”의 출시로 테스트될 것입니다.다음 세대“사건의 지평선 망원경.

지난 1년 반 동안 전 세계 블랙홀 연구자들은 미래 장비에 대한 사양을 제안해 왔다고 Wong은 말했습니다. “우리와 같은 연구 논문은 우리에게 필요한 것이 무엇인지 결정하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 지금은 매우 흥미로운 시기라고 생각합니다.”

네 명의 연구자들은 그들의 논문에서 증거가 확실히 그 방향으로 기울어져 있음에도 불구하고 블랙홀의 회전이 “실제로 은하외 제트에 힘을 실어준다”는 것을 결정적으로 보여주지 못했다고 강조했습니다. 그들의 모델이 보여주는 출력 수준은 항공기에 필요한 출력 수준과 일치하지만 항공기가 스핀에 의해 동력을 얻을 가능성을 배제할 수는 없습니다. 혈장 블랙홀 외부. Lobsaška는 “블랙홀이 비행기의 동력원일 가능성이 매우 높다고 생각하지만 이를 증명할 수는 없습니다.”라고 말했습니다. “지금까지.”

참고 자료: Andrew Chell, Alexandru Lobsaska 및 George N.의 “블랙홀 분극 측정 I. 전자기 에너지 추출의 서명” Wong, Elliot Quataert, 2023년 11월 14일, 천체 물리학 저널.
도이: 10.3847/1538-4357/acf92d

이 연구는 Princeton Gravity Initiative, Taplin Fellowship, National Science Foundation(Grant No. 2307888) 및 Simons Foundation Investigator Award의 지원을 받았습니다.