Selaras dengan ramalan relativiti am, hasil penyelidikan terkini lubang hitam M87 diterbitkan dalam Alam Semula Jadi.

Pada 27 September, majalah Nature mengeluarkan hasil penyelidikan terkini pasukan penyelidikan saintifik antarabangsa yang terdiri daripada 45 institusi. Dengan menganalisis data pemerhatian dari 2000 hingga 2022, didapati bahawa jet lubang hitam di tengah-tengah galaksi M87 mempamerkan ayunan berkala dengan tempoh ayunan kira-kira 11 tahun dan amplitud kira-kira 10 darjah. Fenomena ini selari dengan ramalan teori relativiti umum Einstein bahawa "jika lubang hitam dalam keadaan berputar, ia akan menyebabkan kesan seretan kerangka rujukan." Hasil penyelidikan ini memberikan bukti pemerhatian yang kukuh untuk kewujudan putaran lubang hitam M87 (Rajah 1). Cui Yuzhu, seorang felo pasca doktoral di Makmal Zhijiang, ialah pengarang pertama dan pengarang kertas yang sepadan.

Rajah 1 Gambarajah skematik model cakera pertambahan condong. Andaikan bahawa paksi putaran lubang hitam menegak ke atas, arah jet hampir berserenjang dengan permukaan cakera pertambahan, dan terdapat sudut tertentu antara paksi putaran lubang hitam dan paksi putaran pertambahan cakera, yang merupakan model cakera pertambahan condong. Sudut antara arah momentum sudut lubang hitam dan cakera pertambahan mencetuskan pendahuluan cakera pertambahan dan jet. (Sumber: Yuzhu Cui et al. 2023, Intouchable Lab@Openverse dan Makmal Zhijiang)

Berjaya menangkap precession berkala jet

Pada 10 April 2019, ahli astronomi mengumumkan secara serentak di seluruh dunia. gambar pertama lubang hitam. Ia terletak di tengah-tengah galaksi berhampiran M87, 55 juta tahun cahaya dari Bumi, dan 6.5 bilion kali lebih besar daripada Matahari. Lubang hitam supermasif seperti itu adalah salah satu objek yang paling misteri dan merosakkan di alam semesta. Graviti mereka sangat besar, dan mereka "memakan" sejumlah besar jirim melalui cakera pertambahan Pada masa yang sama, mereka "memuntahkan" jirim itu keluar beribu-ribu tahun cahaya pada kelajuan tinggi hampir dengan kelajuan cahaya, membentuk. jet.

"Sinar lurus yang aneh terpancar dari tengah titik cahaya yang kabur." Pada tahun 1918, ahli astronomi pertama kali memerhati jet dalam M87, jet kosmik pertama yang diperhatikan oleh manusia. Apakah mekanisme pemindahan tenaga antara lubang hitam supermasif, cakera pertambahan dan jet? Soalan ini telah membingungkan ahli fizik dan ahli astronomi selama lebih daripada satu abad.

Pada masa ini, teori yang diterima secara meluas oleh saintis percaya bahawa momentum sudut lubang hitam adalah sumber tenaga. Satu kemungkinan ialah jika terdapat medan magnet berhampiran lubang hitam dan lubang hitam berada dalam keadaan berputar, medan elektrik akan dijana seperti konduktor memotong garis medan magnet, dengan itu mempercepatkan bahan terion di sekeliling lubang hitam, dan akhirnya sebahagian daripada perkara itu akan dikeluarkan dengan membawa tenaga yang besar. Antaranya, putaran lubang hitam supermasif adalah faktor utama dalam teori ini. Walau bagaimanapun, parameter putaran lubang hitam amat sukar untuk diukur, dan masih tiada bukti pemerhatian langsung sama ada lohong hitam berada dalam keadaan berputar.

Untuk mengkaji masalah yang mencabar ini, penyelidik mengkaji lubang hitam supermasif dan jetnya di tengah galaksi M87. Menggunakan Interferometri Garis Dasar Sangat Panjang (VLBI) dengan resolusi sudut ultra tinggi, ahli astronomi telah menyelesaikan struktur jet yang sangat hampir dengan lubang hitam. Dengan menganalisis data pemerhatian VLBI dari 2000 hingga 2022, penyelidik berjaya menangkap precession berkala jet dalam M87 (Rajah 2) (Precession: Jasad tegar berputar digerakkan oleh daya luar, menyebabkan paksi putarannya berputar di sekeliling putaran fenomena di pusat tertentu).

Apakah kuasa yang selalu boleh mengubah arah jet berkuasa ini? Selepas analisis meluas, pasukan penyelidik membuat kesimpulan bahawa jawapan kepada masalah itu mungkin tersembunyi dalam sifat dinamik cakera pertambahan. Bahan dengan momentum sudut tertentu akan mengorbit di sekeliling lubang hitam dan membentuk cakera pertambahan Disebabkan oleh graviti lohong hitam, mereka akan terus menghampiri lohong hitam sehingga ia "disedut" ke dalam lohong hitam. Walau bagaimanapun, momentum sudut cakera pertambahan boleh dipengaruhi oleh pelbagai faktor rawak, dan berkemungkinan besar ia mempunyai sudut tertentu dengan paksi putaran lubang hitam. Walau bagaimanapun, graviti super kuat lohong hitam akan memberi kesan yang ketara ke atas ruang dan masa sekeliling, menyebabkan objek berdekatan diseret mengikut arah putaran lohong hitam, iaitu "kesan seret kerangka rujukan" yang diramalkan oleh umum Einstein. teori kerelatifan, sekali gus mencetuskan pertambahan Cakera dan jet berlaku secara berkala.

Kandungan yang ditulis semula: Menurut hasil penyelidikan Yuzhu Cui et al (2023), Rajah 2 menunjukkan struktur jet gabungan M87 setiap dua tahun dari 2013 hingga 2018 (jalur frekuensi cerapan ialah 43 GHz). Tahun yang sepadan ditandakan di sudut kiri atas setiap subgambar. Anak panah putih menunjukkan sudut kedudukan jet. Graf di bawah adalah yang paling sesuai berdasarkan imej yang digabungkan pada asas setahun dari 2000 hingga 2022. Titik hijau dan titik biru mewakili data dalam jalur frekuensi cerapan 22 GHz dan 43 GHz masing-masing. Garis merah mewakili hasil kesesuaian terbaik mengikut model precession

Pasukan penyelidik menjalankan sejumlah besar penyiasatan dan analisis teori terperinci berdasarkan hasil pemerhatian, dan digabungkan dengan sifat M87, menggunakan superkomputer untuk menjalankan simulasi berangka terkini. Hasil simulasi berangka mengesahkan bahawa apabila terdapat sudut antara paksi putaran cakera pertambahan dan paksi putaran lubang hitam, kesan seretan rangka rujukan akan menyebabkan keseluruhan cakera pertambahan menjadi lebih awal, dan jet juga akan terjejas. oleh cakera pertambahan. Mengesan precession jet boleh memberikan bukti pemerhatian yang kukuh untuk putaran lubang hitam di tengah M87, membawa pemahaman baharu tentang sifat lubang hitam supermasif.

Mendedahkan lebih banyak misteri lubang hitam memerlukan bantuan pengiraan

“Kami sangat gembira dan bertuah kerana dapat membuat penemuan besar ini pada 2017, semasa saya memproses data galaksi EAVN M87 , saya perasan Struktur jet jauh berbeza daripada arahan sebelumnya Sejak itu kami memulakan pemprosesan data terperinci selama enam tahun, kajian teori yang meluas dan perbincangan yang tidak terkira banyaknya dengan rakan usaha sama." , Cui Yuzhu, rakan pasca doktoral di Makmal Zhijiang, berkata demikian kerana. sudut antara paksi putaran lubang hitam dan momentum sudut cakera pertambahan adalah kecil, dan tempoh presesi melebihi sepuluh tahun, 23 tahun data resolusi tinggi telah terkumpul, dan Struktur M87 telah dianalisis dengan teliti, iaitu syarat yang diperlukan untuk mencapai keputusan ini

Cui Yuzhu berkata bahawa kami sangat berterima kasih atas bantuan dan sokongan ramai kolaborator, serta pendapat berharga editor jurnal dan pengulas. Perlu dinyatakan bahawa salah seorang penyemak artikel kami ialah James Moran, seorang legenda dalam bidang penyelidikan astronomi radio VLBI

Dilaporkan bahawa karya ini menggunakan Rangkaian VLBI Asia Timur (EAVN), Amerika Syarikat. Data pemerhatian Very Long 170 daripada pelbagai rangkaian pemerhatian antarabangsa termasuk Baseline Array (VLBA), KVN Korea Selatan dan VERA Joint Array (KaVA) Jepun dan rangkaian pemerhatian EATING bersama dari Asia Timur ke Itali/Rusia lebih daripada 20 teleskop radio dunia menyediakan penyelidikan ini disumbangkan.

Figure 3 Pengagihan teleskop yang mengambil bahagian dalam kertas ini di rangkaian VLBI Asia Timur (Sumber: Kazuhiro Hada, Yuzhu Cui et al 2023)

Penyelaras Kumpulan Kerja Saintifik EAVN Dr. Motoki Kino dari Universiti Nihon Kogakuin berkata: "Ini adalah pencapaian saintifik yang menarik. Terima kasih kepada pemerhatian bersama selama bertahun-tahun oleh penyelidik dari 45 institusi di seluruh dunia, kami akhirnya mendedahkan misteri saintifik ini. Data pemerhatian dan ramalan precession model sesuai dengan sempurna dan memajukan pemahaman kami tentang lubang hitam dan sistem jet "Berdasarkan kerja ini, kami meramalkan bahawa terdapat lebih banyak lubang hitam pusat dalam galaksi dengan cakera pertambahan condong yang sama. Struktur, tetapi bagaimana untuk mengesan lebih banyak objek dengan cakera senget. menghadapi cabaran yang lebih besar. Masih terdapat banyak misteri yang memerlukan lebih banyak pemerhatian jangka panjang dan analisis yang lebih terperinci." Penyelidik Shen Zhiqiang dari Balai Cerap Astronomi Shanghai Akademi Sains China merupakan unit kerjasama yang penting untuk pencapaian ini. Berkata, "The Shigatse Teleskop radio 40 meter Balai Cerap Shanghai, yang baru-baru ini memulakan pembinaan, akan meningkatkan lagi keupayaan pemerhatian pengimejan gelombang milimeter resolusi tinggi EAVN selepas siap, dan dijangka membawa kepada lebih banyak penemuan astronomi."

Cui Yuzhu berkata bahawa cakera pertambahan Struktur halus dan nilai putaran tepat lubang hitam supermasif M87 masih perlu dikaji lebih lanjut. Penyelidikan lanjut ini bergantung pada pencarian sejumlah besar parameter fizikal dan memerlukan sokongan kuasa pengkomputeran super pintar.

Pada masa ini, Makmal Zhijiang telah membina platform terbuka astronomi pengkomputeran pintar FAST@ZJLAB, yang menghimpunkan 17 algoritma pintar untuk membina BlinkVerse "blinkverse.alkaidos.cn", ChemiVerse dalam bidang seperti letusan radio pantas dan lain-lain pangkalan data saintifik, dan telah mewujudkan saluran penghantaran yang stabil dengan China Sky Eye FAST, dan data besar astronomi terus dikumpulkan.

Li Yan, ketua saintis China Sky Eye FAST dan ketua saintis pengkomputeran astronomi di Makmal Zhejiang, berkata apabila semakin banyak teleskop radio dibina, data pemerhatian akan meletup, jadi penyelidikan astronomi akan menjadi semakin penting. Lebih banyak sokongan diperlukan untuk pengkomputeran pintar. Makmal Zhejiang sedang memperkenalkan kecerdasan buatan, pengkomputeran awan dan teknologi lain ke dalam penyelidikan astronomi untuk meningkatkan kecekapan pemprosesan data dan mengembangkan ruang penerokaan parameter fizikal. Kami percaya bahawa integrasi mendalam sains pengiraan dan astronomi radio akan mempromosikan pendedahan sifat fenomena misteri di alam semesta seperti lubang hitam

Atas ialah kandungan terperinci Selaras dengan ramalan relativiti am, hasil penyelidikan terkini lubang hitam M87 diterbitkan dalam Alam Semula Jadi.. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!