Jedyną rzeczą, którą wszyscy wiedzą o czarnych dziurach, jest to, że absolutnie wszystko w pobliżu zostaje przez nie wessane.
Okazuje się, że prawie wszystko.
„Chociaż czarne dziury definiuje się jako obiekty, z których nic nie może uciec, jednym ze zdumiewających przewidywań teorii względności Einsteina jest to, że czarne dziury mogą w rzeczywistości tracić energię” – mówi astrofizyk Eliot Quataert, Charles A. Young Professor of Astronomy w Princeton na temat Fundacja klasy 1897. „Mogą się obracać i tak jak bączek zwalnia z czasem i traci energię podczas obrotu, tak obracająca się czarna dziura może również tracić energię swojemu otoczeniu”.
Naukowcy powszechnie zaakceptowali ten model od lat 70. XX wieku. Wiedzieli, że pola magnetyczne prawdopodobnie pobierają energię z wirujących czarnych dziur – tylko nie wiedzieli jak.
Zespół astrofizyków z Princeton ustalił obecnie niezbicie, że energia w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury M87* wypycha ją na zewnątrz, a nie do wewnątrz. (M87 to nazwa galaktyki, Messier 87, więc czarna dziura w jej centrum jest oznaczona jako M87*). Naukowcy stworzyli także sposób sprawdzenia przewidywań, że czarne dziury tracą energię rotacyjną, powiedział Quataert, i ustalenia, czy energia, która wytwarza „niezwykle potężne wypływy, które nazywamy strumieniami”.
Te strumienie wypływu energii „w zasadzie przypominają miecze świetlne Jedi o długości miliona lat świetlnych” – powiedział Alexandru Lupsasca, były doktorant z Princeton, i mogą rozciągać się 10 razy dłużej niż Droga Mleczna.
Wyniki ich pracy ukazują się w bieżącym numerze The Astrophysical Journal. Pierwszym autorem artykułu jest Andrew Chael, pracownik naukowy w dziedzinie astrofizyki. On i współautor George Wong są członkami zespołu Event Horizon Telescope i odegrali kluczową rolę w opracowywaniu modeli używanych do interpretacji czarnych dziur. Chael, Wong, Lupsasca i Quataert są teoretykami związanymi z Inicjatywą Grawitacyjną Princeton.
Zespół przyznał Chaelowi uznanie za istotne spostrzeżenie będące podstawą nowego artykułu: kierunek, w którym linie pola magnetycznego nakręcają się spiralnie, ujawnia kierunek przepływu energii. Od tego momentu „reszta w pewnym sensie się ułożyła” – powiedział Quataert.
„Jeśli wziąć Ziemię, przemienić ją w TNT i wysadzić ją w powietrze 1000 razy na sekundę przez miliony lat, to właśnie taką ilość energii wydobywamy z M87” – powiedział Wong, współpracownik naukowy w Inicjatywa Princeton Gravity i członek Institute for Advanced Study.
Naukowcy wiedzą od dziesięcioleci, że gdy czarna dziura zaczyna się obracać, ciągnie za sobą strukturę czasoprzestrzeni. Linie pola magnetycznego przechodzące przez czarną dziurę zostają przeciągnięte, co spowalnia rotację, prowadząc do uwolnienia energii.
„Nasza nowa, trafna prognoza jest taka, że ilekroć spojrzymy na astrofizyczną czarną dziurę, jeśli są do niej dołączone linie pola magnetycznego, nastąpi transfer energii – naprawdę szalone ilości transferu energii” – powiedział Lupsasca, były pracownik naukowy w Princeton, obecnie adiunkt fizyki i matematyki na Uniwersytecie Vanderbilt i zdobywca nagrody New Horizons in Physics Prize 2024 od fundacji Breakthrough Prize Foundation za badania nad czarnymi dziurami.
Chociaż przepływ energii w pobliżu horyzontu zdarzeń M87* wypływa na zewnątrz, zespół stwierdził, że teoretycznie przepływ energii mógłby skierować się do wewnątrz w innej czarnej dziurze. Są pewni powiązania między przepływem energii a kierunkiem linii pola magnetycznego, a ich przewidywania, że przepływ energii pochodzi z czarnej dziury, zostaną sprawdzone wraz z wystrzeleniem wciąż teoretycznego Teleskopu Horyzontu Zdarzeń „nowej generacji”.
Wong powiedział, że przez ostatnie półtora roku badacze czarnych dziur na całym świecie proponowali specyfikacje przyszłego instrumentu. „Gazety takie jak nasza mogą odegrać kluczową rolę w określeniu, czego potrzebujemy. Myślę, że to niezwykle ekscytujący czas”.
Czterej badacze podkreślili w swoim artykule, że nie wykazali ostatecznie, że wir czarnej dziury „naprawdę napędza dżet pozagalaktyczny”, chociaż dowody z pewnością przechylają się w tym kierunku. Chociaż poziomy energii pokazywane przez ich model są współmierne do potrzeb dżetów, nie mogli wykluczyć możliwości, że dżet może być zasilany przez wirującą plazmę na zewnątrz czarnej dziury. „Myślę, że jest bardzo prawdopodobne, że czarna dziura napędza dżet, ale nie możemy tego udowodnić” – powiedziała Lupsasca. “Już.”