• Một nghiên cứu mới có thể giúp giải quyết câu hỏi nhanh như thế nào dải Ngân Hàlớn lao Hố đen Quay.
• Lỗ đen, được gọi là Sagittarius A* (Sgr A*), có khối lượng gấp khoảng 4 triệu lần Mặt trời.
• Sử dụng NASANghiên cứu này từ Đài quan sát tia X Chandra của NSF và Very Large Array của NSF cho thấy Sagittarius Sgr A* đang quay rất nhanh.
• Vòng quay cao này làm biến dạng không thời gian xung quanh Nhân Mã A*, do đó nó có hình dạng giống như một quả bóng đá Mỹ.

Hình minh họa của nghệ sĩ này mô tả kết quả của một nghiên cứu mới về lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta có tên là Sagittarius A* (viết tắt Sgr A*). Phát hiện này cho thấy Nhân Mã A* đang quay nhanh đến mức nó làm biến dạng không thời gian – tức là thời gian và ba chiều của không gian – để nó có thể trông giống một quả bóng đá hơn.

Những kết quả này thu được bằng cách sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA và Mảng cực lớn Karl J. Jansky (VLA) của NSF. Một nhóm các nhà nghiên cứu đã áp dụng một phương pháp mới được sử dụng tia X Và dữ liệu vô tuyến để xác định tốc độ quay của Sgr A* dựa trên cách vật chất chảy vào và ra khỏi lỗ đen. Họ phát hiện ra rằng Nhân Mã A* quay với vận tốc góc khoảng 60% giá trị tối đa có thể có và với xung lượng góc khoảng 90% giá trị tối đa có thể có.

Các lỗ đen có hai đặc tính cơ bản: khối lượng của chúng (chúng nặng bao nhiêu) và độ quay của chúng (chúng quay nhanh như thế nào). Việc xác định một trong hai giá trị này cho các nhà khoa học biết rất nhiều điều về bất kỳ lỗ đen nào và cách nó hoạt động. Trước đây, các nhà thiên văn học đã đưa ra một số ước tính khác về tốc độ quay của Nhân Mã A* bằng các kỹ thuật khác nhau, với các kết quả khác nhau, từ Nhân Mã A* hoàn toàn không quay cho đến nó quay với tốc độ gần như tối đa.

Nghiên cứu mới cho thấy Sagittarius A* trên thực tế đang quay rất nhanh, nén không thời gian xung quanh nó. Hình minh họa cho thấy mặt cắt ngang của Arc A* và vật liệu quay quanh nó trong đĩa. Quả cầu đen ở trung tâm tượng trưng cho cái gọi là chân trời sự kiện của lỗ đen, điểm không thể quay trở lại mà không gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra.

Khi nhìn một lỗ đen đang quay từ một phía, như trong hình minh họa này, không thời gian xung quanh nó có hình dạng giống như một quả bóng đá. Tốc độ quay càng cao thì quả bóng càng phẳng.

Chất liệu màu vàng cam ở hai bên tượng trưng cho khí xoáy quanh Nhân Mã A*. Vật chất này chắc chắn sẽ lao vào lỗ đen và vượt qua chân trời sự kiện một khi nó rơi vào dạng hình cầu. Do đó, khu vực bên trong hình quả bóng đá nhưng bên ngoài chân trời sự kiện được mô tả như một cái hộp. Các chấm màu xanh biểu thị các tia bắn ra từ các cực của lỗ đen đang quay. Nếu chúng ta nhìn lỗ đen từ trên cao, dọc theo vòi phun tia, chúng ta thấy rằng không thời gian có dạng hình tròn.

Ảnh X-quang Chandra của Nhân Mã A* và khu vực xung quanh. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA/CXC/Đại học. Từ Wisconsin / Y.Bai và cộng sự.

Sự quay của lỗ đen có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng quan trọng. Các lỗ đen siêu lớn tạo ra các dòng chảy giống như tia phản lực song song khi năng lượng quay của chúng bị rút ra, đòi hỏi ít nhất một số vật chất ở vùng lân cận của lỗ đen. Do nguồn nhiên liệu xung quanh Sagittarius A* có hạn, lỗ đen này tương đối yên tĩnh trong vài nghìn năm qua với các tia phản lực tương đối yếu. Tuy nhiên, công trình này cho thấy điều này có thể thay đổi nếu lượng vật liệu gần Sgr A* tăng lên.

Để xác định độ xoáy* của lỗ đen, các tác giả đã sử dụng một kỹ thuật dựa trên thực nghiệm được gọi là “phương pháp dòng chảy” để mô tả chi tiết mối quan hệ giữa độ xoáy và khối lượng của lỗ đen, tính chất của vật chất gần lỗ đen và tính chất của vật chất gần lỗ đen. dòng chảy ra. Dòng chảy song song hướng ra ngoài tạo ra sóng vô tuyến, trong khi đĩa khí bao quanh lỗ đen chịu trách nhiệm phát ra tia X. Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã kết hợp dữ liệu từ Chandra và VLA với các ước tính độc lập về khối lượng của lỗ đen từ các kính thiên văn khác để hạn chế chuyển động quay của lỗ đen.

Bài báo mô tả những phát hiện này, dẫn đầu bởi Ruth Daly (Đại học bang Pennsylvania), được xuất bản trên tạp chí số tháng 1 năm 2024 Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.

Tham khảo: “Các giá trị spin lỗ đen mới cho Nhân Mã A* thu được bằng phương pháp dòng chảy ra” của Ruth A Daly, Megan Donahue, Christopher P O'Dea, Biny Sebastian, Daryl Haggard và Anan Lu, ngày 21 tháng 10 năm 2023, Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
doi: 10.1093/mnras/stad3228

Các tác giả khác là Penny Sebastian (Đại học Manitoba, Canada), Megan Donahue (Đại học bang Michigan), Christopher O'Dea (Đại học Manitoba), Darrell Haggard (Đại học McGill) và Anan Lu (Đại học McGill).

Trung tâm bay không gian Marshall của NASA quản lý chương trình Chandra. Trung tâm Tia X Chandra của Đài thiên văn Vật lý Smithsonian kiểm soát các hoạt động khoa học từ Cambridge, Massachusetts và các hoạt động bay từ Burlington, Massachusetts.