Svarta hål är bisarra saker, även med astronomers standarder. Deras massa är så stor att den böjer rymden runt dem så hårt att ingenting kan fly, inte ens ljuset självt.
Och ändå, trots deras berömda svärta, är vissa svarta hål ganska synliga. Gasen och stjärnorna som dessa galaktiska vakuum slukar sugs in i en glödande skiva innan deras enkelriktade resa in i hålet, och dessa skivor kan lysa starkare än hela galaxer.
Ännu främmande, dessa svarta hål glittrar . Ljusstyrkan på de glödande skivorna kan variera från dag till dag, och ingen är helt säker på varför.
Vi piggy-backade på NASA:s asteroidförsvarsansträngning för att titta på mer än 5 000 av de snabbast växande svarta hålen på himlen under fem år, i ett försök att förstå varför detta blinkande inträffar. I en artikel publicerad i Nature Astronomy 2 februari 2023 rapporterade vi vårt svar:Det är en sorts turbulens som drivs av friktion och intensiva gravitations- och magnetfält.
Innehåll
Vi studerar supermassiva svarta hål, de typer som sitter i galaxernas centrum och är lika massiva som miljoner eller miljarder solar.
Vår egen galax, Vintergatan, har en av dessa jättar i centrum, med en massa på cirka 4 miljoner solar. För det mesta kretsar de cirka 200 miljarder stjärnor som utgör resten av galaxen (inklusive vår sol) glatt runt det svarta hålet i mitten.
Det är dock inte så fridfullt i alla galaxer. När par av galaxer drar på varandra via gravitationen kan många stjärnor hamna för nära galaxens svarta hål. Detta slutar illa för stjärnorna:De slits sönder och slukas.
Vi är övertygade om att detta måste ha hänt i galaxer med svarta hål som väger så mycket som en miljard solar, för vi kan inte föreställa oss hur de annars kunde ha blivit så stora. Det kan också ha hänt i Vintergatan tidigare.
Svarta hål kan också matas på ett långsammare, mer skonsamt sätt:genom att suga in gasmoln som blåses ut av geriatriska stjärnor som kallas röda jättar.
I vår studie tittade vi noga på matningsprocessen bland de 5 000 snabbast växande svarta hålen i universum.
I tidigare studier upptäckte vi de svarta hålen med den mest glupska aptiten. År 2022 hittade vi ett svart hål som äter upp jordens material varje sekund. 2018 upptäckte vi ytterligare ett svart hål som äter en hel sol var 48:e timme.
Men vi har många frågor om deras faktiska matbeteende. Vi vet att material på väg in i hålet spiraler in i en glödande "tillväxtskiva" som kan vara tillräckligt ljus för att överglänsa hela galaxer. Dessa synligt matande svarta hål kallas kvasarer.
De flesta av dessa svarta hål är en lång, lång väg bort - alldeles för långt för att vi ska kunna se någon detalj på skivorna. Vi har några bilder av ansamlingsskivor runt närliggande svarta hål, men de andas bara in lite kosmisk gas istället för att festa i stjärnor.
I vårt senaste arbete använde vi data från NASA:s ATLAS-teleskop på Hawaii. Den skannar hela himlen varje natt (om vädret tillåter), och övervakar efter asteroider som närmar sig jorden från det yttre mörkret.
Dessa skanningar av hela himlen råkar också ge en nattlig registrering av glöden från hungriga svarta hål djupt i bakgrunden. Vårt team satte ihop en femårig film av vart och ett av dessa svarta hål, som visar de dagliga förändringarna i ljusstyrka som orsakas av den bubblande och kokande glödande malströmmen från accretion-skivan.
Blinkandet av dessa svarta hål kan berätta något om ackretionsskivor.
1998 föreslog astrofysikerna Steven Balbus och John Hawley en teori om "magnetrotationsinstabiliteter" som beskriver hur magnetfält kan orsaka turbulens i skivorna. Om det är rätt idé, bör skivorna fräsa i regelbundna mönster. De skulle blinka i slumpmässiga mönster som utvecklas när skivorna kretsar runt. Större skivor kretsar långsammare med en långsam glimt, medan snävare och snabbare banor i mindre skivor blinkar snabbare.
Men skulle skivorna i den verkliga världen visa sig så enkelt, utan några ytterligare komplexiteter? (Om "enkel" är det rätta ordet för turbulens i en ultratät, utomkontrollerad miljö inbäddad i intensiva gravitations- och magnetfält där själva rymden är böjd till bristningsgränsen är kanske en separat fråga.)
Med statistiska metoder mätte vi hur mycket ljuset från våra 5 000 skivor flimrade över tiden. Mönstret av flimmer i var och en såg något olika ut.
Men när vi sorterade dem efter storlek, ljusstyrka och färg började vi se spännande mönster. Vi kunde bestämma omloppshastigheten för varje skiva — och när du väl ställde in klockan på skivans hastighet började alla flimrande mönster se likadana ut.
Detta universella beteende förutsägs verkligen av teorin om "magneto-rotationsinstabiliteter". Det var tröstande. Det betyder att dessa häpnadsväckande malströmmar trots allt är "enkla".
Och det öppnar nya möjligheter. Vi tror att de återstående subtila skillnaderna mellan accretion-skivor uppstår eftersom vi tittar på dem från olika håll.
Nästa steg är att undersöka dessa subtila skillnader närmare och se om de har ledtrådar för att urskilja ett svart håls orientering. Så småningom kan våra framtida mätningar av svarta hål bli ännu mer exakta.
Christian Wolf är docent i astronomi och astrofysik vid Australian National University. Han får finansiering från Australian Research Council (ARC) och är medlem i Astronomical Society of Australia (ASA).
Denna artikel är återpublicerad från Konversationen under en Creative Commons-licens. Du kan hitta originalartikel här.
