プリンストンの天体物理学者がブラックホールジェットと銀河の「ライトセーバー」の謎を解明

プリンストン大学の天体物理学者のチームは、エネルギーがそれに近いものであると最終的に判断することができました。 ブラックホール M87* は内側ではなく外側に押し出されますが、これはこの分野で長年の議論です。

ブラックホールについて誰もが知っていることの一つは、近くにあるものはすべてブラックホールに吸い込まれるということです。

かろうじて すべてが判明しました。

天体物理学者エリオット・クォータートとチャールズ A. プリンストン大学の若き天文学教授：「ブラック ホールは何も逃れられない物体として知られていますが、アインシュタインの相対性理論の驚くべき予測の 1 つは、ブラック ホールが実際にエネルギーを失う可能性があるということです。」 1897 年財団のバッチ「それは回転することができますが、コマが時間の経過とともに減速し、回転するにつれてエネルギーを失うのと同じように、回転するブラックホールも周囲にエネルギーを失う可能性があります。」

このモデルは 1970 年代以来学者によって広く受け入れられてきました。 彼らは、磁場が回転するブラックホールからエネルギーを抽出する可能性があることを知っていましたが、その方法は知りませんでした。

プリンストン大学の天体物理学者チームは、ブラックホール M87* の事象の地平線近くのエネルギーが内側ではなく外側に向かって噴出していると最終的に判断しました。 (M87 は銀河の名前、メシエ 87 であるため、その中心にあるブラック ホールは M87* と呼ばれます。) 研究者らはまた、ブラック ホールが回転エネルギーを失うという予測を検証し、それが正しいことを証明する方法も考案したとクアート氏は述べています。 「信じられないほど強力な流出」を生み出すエネルギーであり、それを私たちは目にし、ジェットと呼んでいます。

ブラック ホールの自転が速くなると、ブラック ホールの事象の地平線を横切る磁場がどのようにねじれるかを示すアニメーション。 ブラックホールの回転が速くなると、磁場の回転も速くなり、ブラックホールは周囲により多くのエネルギーを失います。 プリンストン大学の天体物理学者チームは、イベント ホライズン テレスコープからのブラック ホールの直線偏光の画像に磁力線が巻き付いていることを観察しました。 クレジット: George Wong によるビデオ、高等研究所 プリンストン大学

これらのエネルギーの流れのジェットは「基本的には百万のようなものです。光年「長いライトセーバーは、ジェダイのライトセーバーよりも 10 倍長く伸ばすことができます」とプリンストン大学の元博士研究員アレクサンドル・ロブサスカは言う。 天の川 銀河。

彼らの研究結果は最近、 の 天体物理ジャーナル。 天体物理学の研究員である Andrew Chell がこの論文の筆頭著者です。 彼と共著者のジョージ・ウォンはともに、 イベントホライズン望遠鏡 彼らは、ブラックホールを説明するために使用されるモデルの開発において重要な役割を果たしました。 Chael、Wong、Lobsaska、Quataert は全員、次の理論家です。 プリンストン・グラビティ・イニシアチブ。

研究チームは、磁力線が上昇する方向がエネルギーの流れの方向を明らかにするという、新しい論文の核心となる重要な洞察をシェル氏に与えたと評価した。 そこから、「残りはうまくいきました」とクアタルト氏は語った。

ブラック ホール M87* (銀河 M87 の中心にあるブラック ホールの星座) は、イベント ホライゾン望遠鏡によって初めて発見されたとき、世界の注目を集めました。 それ以来、プリンストン大学の天体物理学者たちは、ブラック ホールの周囲のねじれた磁場が、ブラック ホールの画像で観察される偏光渦を決定していることを発見しました。 特に、エネルギーの流れの方向 (ホールからフィールドへ、またはその逆) によって、分極がどのようにラップされるかが決まります。 分極のねじれの方向を測定することにより、磁場がホールからスピンエネルギーを抽出しているのか、それともホールにスピンエネルギーを注入しているのかを推測することができます。 画像出典: Andrew Chell、George Wong、Alexandru Lobsaska、Elliot Quataert によるモデル、Princeton Gravity Initiative

ハーバード大学のウォン研究員は、「地球をすべてTNTに変え、何百万年もの間1秒間に1000回爆破したとしたら、それがM87から得られるエネルギーの量だ」と語った。 。 プリンストン重力イニシアティブおよび高等研究所のメンバー。

科学者たちは、ブラックホールが回転し始めると、時空の構造も一緒に引っ張ることを何十年も前から知っていました。 ブラックホールを通過する磁力線が引っ張られて回転が遅くなり、エネルギーが放出されます。

「私たちの新しい鋭い予測は、天体物理学のブラックホールを見るときはいつでも、そこに磁力線が付着している場合、エネルギーの移動が起こるということです。本当に途方もない量のエネルギーの移動です」と、UCLAの元研究員であるロブサスカ氏は述べた。 。 プリンストン大学に勤務し、現在はヴァンダービルト大学で物理学と数学の助教授を務めており、その功績で賞を受賞しています。 2024 年物理学ニューフロンティア賞 ブラックホールの研究に対して財団ブレークスルー賞を受賞。

M87*の事象の地平面付近のエネルギーの流れは外側に向けられているが、理論的にはエネルギーの流れが内側に向けて別のブラックホールに向かう可能性があると研究チームは述べた。 彼らは、エネルギーの流れと磁力線の方向との関係に自信を持っており、エネルギーの流れがブラックホールから来るという彼らの予測は、「まだ理論的な」ものの打ち上げによって検証されることになるだろう。次世代「イベント・ホライゾン・テレスコープ。

過去1年半にわたり、世界中のブラックホール研究者が将来の装置の仕様を提案してきたとウォン氏は述べた。 「私たちのような研究論文は、私たちが何を必要としているかを決定する上で重要な役割を果たすことができます。今は非常にエキサイティングな時代だと思います。」

4人の研究者は論文の中で、証拠は確かにその方向に傾いているものの、ブラックホールの回転が「実際に銀河系外ジェットに動力を供給している」ということは決定的には示されていないと強調した。 彼らのモデルが示す出力レベルは航空機が必要とするものと一致していますが、航空機がスピンによって動力を得ている可能性を排除することはできません。 プラズマ ブラックホールの外側。 「ブラックホールが飛行機の動力源である可能性は非常に高いと思いますが、それを証明することはできません」とロブサシュカ氏は語った。 “今まで。”

参考文献: 「ブラック ホール偏光の測定 I. 電磁エネルギー抽出の署名」Andrew Chell、Alexandru Lobsaska、George N. Wong、Elliot Quataert 著、2023 年 11 月 14 日、 天体物理ジャーナル。
土井: 10.3847/1538-4357/acf92d

この研究は、プリンストン重力イニシアチブ、タプリンフェローシップ、国立科学財団 (助成金番号 2307888)、およびサイモンズ財団研究者賞によって支援されました。