プリンストン天体物理学者たちがブラックホールジェットと銀河系「光線剣」の謎を解く

プリンストン天体物理学者チームは、エネルギーが次のように結論付けました。 ブラックホール M87*は、その分野内で長く続いてきた議論を内部ではなく外部に推進しています。

ブラックホールについて誰もが知っている一つの事実は、近くにあるすべてがブラックホールの中に吸い込まれるということです。

ほぼ すべてが明らかになった。

「ブラックホールは何も逃げることができないオブジェクトとして定義されていますが、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」と、プリンストン大学のCharles A. Young天文学教授であり、エレクトQuataertは言います。 1897年の基礎クラス。 「彼らは回転することができ、回転する膨脹が時間の経過とともに遅くなり、回転しながらエネルギーを失うように、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。」

科学者たちは1970年代からこのモデルを広く受け入れてきました。 彼らは磁場がおそらく回転するブラックホールからエネルギーを抽出す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。

プリンストン天体物理学者チームは、ブラックホールM87*のイベント地平線に近いエネルギーが内側ではなく外側に押し出されているという結論を下しました。 （M87は銀河の名前メッシュで87なので、その中心にあるブラックホールはM87 *と指定されています。） 「私たちがジェット機と呼ぶ信じられないほど強力な流出」を生み出すエネルギーです。

ブラックホールが急速に回転するにつれて、ブラックホールのイベント地平線を横切る磁場がどのように歪むかを示すアニメーションです。 より速く回転するブラックホールは、磁場をより早く「巻く」、ブラックホールが周囲の環境でより多くのエネルギーを失うようにします。 プリンストン天体物理学者チームは、イベントホライゾン望遠鏡で撮影したブラックホールの直線偏光画像で磁場線が巻き付けられる現象を観察しました。 ソース: George Wong, Institute for Advanced Study and プリンストン大学

これらのエネルギー流出ジェットは、「基本的に百万光年「ロングジェダイ光線剣」と元プリンストン博士後研究者Alexandre Lupsascaが語った。 天の川 銀河。

彼らの研究は最近出版されました。 それだけ 天体物理学ジャーナル。 天体物理学の副研究員であるAndrew Chaelがこの論文の最初の著者です。 彼と共著者のジョージ・ウォン 事件の地平線望遠鏡 チームがブラックホールを解釈するために使用するモデルを開発する上で重要な役割を果たしてきました。 Chael、Wong、Lupsasca、Quataertはすべて次の理論家です。 プリンストン重力イニシアチブ。

チームは、新しい論文の中核で磁場線がらせん状に変化する方向がエネルギー流の方向を明らかにするという重要な洞察について、チャエルにボールを回した。 それから「残りの部分はある程度の場所をとりました」とQuataertは言いました。

ブラックホールM87 *（星印は銀河M87の中央にあるブラックホールを表します）は、イベントホライゾン望遠鏡（Event Horizo​​n Telescope）によって最初に発見されたときに世界の注目を集めました。 それ以来、プリンストンの天体物理学者たちは、ブラックホールの周りのねじれた磁場がブラックホールの画像に見られる隠れない偏光スパイラルを決定することを発見しました。 特に、エネルギー流の方向（穴からフィールドへ、またはその逆）によって、分極がねじれる方法が決まります。 分極がどの方向にらせん状に現れるかを測定することによって、磁場が正孔からスピンエネルギーを抽出するのか、正孔にスピンエネルギーをポンピングするのかを推定することができます。 ソース: モデル: Andrew Chael, George Wong, Alexandru Lupsasca および Eliot Quataert, Princeton Gravity Initiative

「もし地球をTNTに変え、毎秒1,000回ずつ何百万年もの間爆発させると、M87から出てくるエネルギーの量に相当します」と副研究員であるWongは言いました。 プリンストン重力イニシアチブ（Princeton Gravity Initiative）および高等研究所のメンバーです。

科学者たちは、ブラックホールが回転し始めると時空間構造も一緒に引き寄せられるという事実を数十年間知っていました。 ブラックホールを通る磁界線は引き寄せられ、回転速度が遅くなり、エネルギーが放出される。

「私たちの新しく鋭い予測は、天体物理学のブラックホールを見るたびに磁場線が付着しているとエネルギー伝達があるということです。本当に膨大な量のエネルギー伝達です」 プリンストンは現在、バンダービルト大学で物理学と数学の助教授として在職しており、 2024年物理学のニューホライズンズ賞 ブラックホール研究でBreakthrough Prize Foundationで授与される賞です。

M87 *のイベント地平線に近いエネルギーの流れが外側に流れている間、チームはエネルギーの流れが理論的に別のブラックホールから内側に流れることができると述べました。 彼らはエネルギーの流れと磁場線の方向との間の関連性を確信しており、エネルギーの流れがブラックホールから出ているという彼らの予測は依然として理論的です」次世代イベントホライゾン望遠鏡。

過去1年半の間、世界中のブラックホールの研究者たちは将来の機器の仕様を提案してきたとWongは言いました。 「私たちのような論文は、私たちが必要とするものを決定する上で重要な役割を果たすかもしれません。 本当に興味深い時間だと思います。」

4人の研究者たちは、彼らの論文で、ブラックホールの回転が「実際に銀河のジェットに力を与える」という事実を決定的に示さなかったと強調した。 しかし、証拠は確かにその方向に傾いています。 彼らのモデルが示すエネルギーレベルがジェットに必要なエネルギーレベルに対応していても、ジェットが回転して動力を得る可能性を排除することはできませんでした。 血漿 ブラックホールの外。 Lupsascaは、「ブラックホールがジェットに動力を供給する可能性が非常に高いと思いますが、これを証明することはできません」と述べました。 「まだ」。

参照：Andrew Chael、Alexandre Lupsasca、George N. Wong、およびEliot Quataertによる「ブラックホール偏光測定I.電磁エネルギー抽出の署名」、2023年11月14日、 天体物理学ジャーナル。
DOI: 10.3847/1538-4357/acf92d

この研究は、プリンストングラビティイニシアティブ、タプリンフェローシップ、国立科学財団（補助金2307888）、およびSimons Foundation Investigatorの支援を受けています。