Fantastiska nya bilder visar hur svarta hål producerar oerhört ljusa jetflyg miljoner ljusår som kan ses över stora kosmiska avstånd. Bilderna producerades genom en datorsimulering och kan hjälpa till att lösa ett bestående mysterium om hur jetplanerna bildas, sa forskarna bakom bilderna.
Trots deras moniker är svarta hål inte alltid svarta. Eftersom ett svart hål förbrukar ett föremål, snurrar gas och damm runt graven på den graviska behemotens frän, och friktion kan värma upp materialet på kanterna till skäggtemperaturer. Denna våldsamma process skapar fyrliknande strålar av laddade partiklar som reser utåt med nära ljushastighet och avger strålning som kan lysa ljusare än en hel galax.
"De är som laserstrålar som tränger igenom universum och tillåter oss att se svarta hål vars utsläpp annars skulle vara för svagt för att detekteras," berättade Alexander Tchekhovskoy, en beräknings astrofysiker vid Northwestern University i Evanston, Illinois, till Live Science.
Men de komplexa mekanismerna bakom dessa jets förblir dåligt förstås. En potentiell inblick i problemet kommer från det faktum att material runt ett svart hål omvandlas till plasma, ett blåsigt hett, men diffust magnetiserat tillstånd av materien. Fysiker har länge misstänkt att vridna magnetfält på något sätt interagerar med det krökta tyget i rymdtid runt ett snurrande svart hål för att ge upphov till strålarna.
Med hjälp av mycket detaljerade datormodeller kunde Kyle Parfrey från NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och hans kollegor simulera hur laddade partiklar nära ett svart hålkant ger upphov till vridning och roterande magnetfält, som forskarna rapporterade 23 januari. i tidskriften Physical Review Letters. Forskarna införlivade också information från Albert Einsteins relativitetsteori för att modellera par av dessa partiklar som flyger på speciella banor. Dessa banor är inställda på rätt sätt så att om en av partiklarna från en duo faller in i det svarta hålet, kommer dess partner att zooma ut med ultrahastig hastighet och driva sig själv med energi som stulits från det svarta hålet.
Varje föremål, till och med en påse med skräp, kunde skjutas ut från ett rymdskepp på en av dessa bana, och det skulle ge fartyget ett kraftfullt energiförstärkning, sade Tchekhovskoy, som inte var involverad i arbetet.
De nya beräkningsmetoderna kommer att hjälpa forskare att studera regioner med intensiv elektrisk ström nära ett svart hålkant, vilket kan vara relaterat till röntgenstrålarna och gammastrålarna som ses i jetstrålarna, berättade Parfrey till Live Science. Därefter vill teamet mer realistiskt modellera processen för att generera de laddade partikelparen. Det gör att astronomer kan göra bättre förutsägelser om en jetens egenskaper, sade Parfrey.
Resultaten kommer också att hjälpa forskare att tolka resultaten från två ansträngningar, Event Horizon Telescope och GRAVITY, som för närvarande syftar till att fotografera skuggan på det omgivande materialet av det supermassiva svarta hålet i hjärtat av Vintergatan, sade Parfrey.
