Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Giống như hầu hết các thiên hà, Dải Ngân hà chứa một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó. Được gọi là Sagittarius A *, đối tượng đã thu hút sự tò mò của các nhà thiên văn trong nhiều thập kỷ. Và bây giờ có một nỗ lực để hình ảnh nó trực tiếp.
Giống như hầu hết các thiên hà, Dải Ngân hà chứa một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó. Được gọi là Sagittarius A *, đối tượng đã thu hút sự tò mò của các nhà thiên văn trong nhiều thập kỷ. Và bây giờ có một nỗ lực để hình ảnh nó trực tiếp.
Chụp một bức ảnh đẹp về thiên thú sẽ đòi hỏi sự hiểu biết tốt hơn về những gì đang diễn ra xung quanh nó, điều này đã chứng tỏ thách thức do quy mô rất lớn khác nhau có liên quan. “Đó là điều lớn nhất mà chúng tôi phải vượt qua”, Sean Ressler, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Vật lý lý thuyết Kavli của UC Santa Barbara, người vừa xuất bản một bài báo trên Tạp chí Vật lý thiên văn (Astrophysical Journal Letters), nghiên cứu các tính chất từ của đĩa bồi tụ. xung quanh Nhân Mã A *.
Trong nghiên cứu, Ressler, đồng nghiệp của KITP postdoc Chris White và các đồng nghiệp của họ, Eliot Quataert của UC Berkeley và James Stone tại Viện nghiên cứu nâng cao đã tìm cách xác định liệu từ trường của lỗ đen, được tạo ra bởi vật chất rơi xuống, có thể xây dựng đến mức nó bóp nghẹt dòng chảy này trong một thời gian ngắn, một điều kiện mà các nhà khoa học gọi là bắt giữ từ tính. Trả lời điều này sẽ yêu cầu mô phỏng hệ thống tất cả các ngôi sao trên quỹ đạo gần nhất.
Hệ thống trong câu hỏi kéo dài bảy bậc độ lớn. chân trời sự kiện của lỗ đen, hay vỏ bọc không trở lại, đạt khoảng 4-8.000.000 dặm từ trung tâm của nó. Trong khi đó, các ngôi sao xung quanh quỹ đạo 20 nghìn tỷ dặm, hoặc khoảng xa như ngôi sao láng giềng gần nhất của mặt trời.
Ressler nói: “Vì vậy, bạn phải theo dõi vấn đề rơi vào từ quy mô rất lớn này cho đến quy mô rất nhỏ này. Và làm điều đó trong một mô phỏng duy nhất là một thách thức vô cùng, đến mức không thể.” Các sự kiện nhỏ nhất diễn ra trong khoảng thời gian vài giây trong khi các hiện tượng lớn nhất diễn ra trong hàng ngàn năm.
Bài viết này kết nối các mô phỏng quy mô nhỏ, chủ yếu dựa trên lý thuyết với các mô phỏng quy mô lớn có thể bị hạn chế bởi các quan sát thực tế. Để đạt được điều này, Ressler đã chia nhiệm vụ giữa các mô hình theo ba tỷ lệ chồng chéo.
Mô phỏng đầu tiên dựa trên dữ liệu từ các ngôi sao xung quanh của Nhân Mã A *. May mắn thay, hoạt động của lỗ đen bị chi phối bởi chỉ khoảng 30 ngôi sao Wolf-Rayet, thổi bay lượng vật chất khổng lồ. Sự mất mát hàng loạt từ chỉ một trong những ngôi sao lớn hơn tổng số lượng vật rơi vào lỗ đen trong cùng một thời gian. Các ngôi sao chỉ dành khoảng 100.000 năm trong giai đoạn năng động này trước khi chuyển sang giai đoạn ổn định hơn của cuộc sống.
Sử dụng dữ liệu quan sát, Ressler đã mô phỏng quỹ đạo của những ngôi sao này trong khoảng một nghìn năm. Sau đó, ông đã sử dụng các kết quả làm điểm khởi đầu cho một mô phỏng khoảng cách trung bình, phát triển theo thang thời gian ngắn hơn. Ông lặp lại điều này cho một mô phỏng xuống tận rìa của chân trời sự kiện, nơi hoạt động diễn ra trong vài giây. Thay vì ghép các chồng chéo cứng lại với nhau, phương pháp này cho phép Ressler làm mờ dần kết quả của ba mô phỏng thành một mô phỏng khác.
Đồng tác giả White chia sẻ: “Đây thực sự là những mô hình đầu tiên của sự bồi tụ ở quy mô nhỏ nhất trong [Nhân Mã] A * có tính đến thực tế của việc cung cấp vật chất đến từ các ngôi sao quay quanh”.
Và kỹ thuật làm việc tuyệt vời. “Nó đã vượt quá sự mong đợi của tôi,” Ressler nhận xét.
Kết quả chỉ ra rằng Nhân Mã A * có thể bị bắt từ tính. Điều này đến như một bất ngờ cho đội, vì Dải Ngân hà có một trung tâm thiên hà tương đối yên tĩnh. Thông thường, các lỗ đen bị bắt từ tính có các tia năng lượng cao bắn các hạt đi với tốc độ tương đối tính. Nhưng cho đến nay các nhà khoa học đã nhìn thấy rất ít bằng chứng cho các máy bay phản lực xung quanh Nhân Mã A *.
Thành phần khác giúp tạo ra máy bay phản lực là một lỗ đen quay nhanh, vì vậy điều này có thể đang nói với chúng ta điều gì đó về sự quay cuồng của Nhân Mã A *.
Thật không may, spin lỗ đen rất khó xác định. Ressler đã mô hình hóa Nhân Mã A * như một đối tượng đứng yên. Các nhà thiên văn học không biết gì về vòng quay. Có khả năng nó thực sự không quay.
Ressler và White kế hoạch tiếp theo để mô hình một lỗ quay trở lại, điều này khó khăn hơn nhiều. Nó ngay lập tức giới thiệu một loạt các biến mới, bao gồm tốc độ quay, hướng và độ nghiêng so với đĩa bồi tụ. Họ sẽ sử dụng dữ liệu từ giao thoa kế GRAVITY của Đài thiên văn Nam châu Âu để hướng dẫn các quyết định này.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô phỏng để tạo ra các hình ảnh có thể so sánh với các quan sát thực tế của lỗ đen. Các nhà khoa học tại sự hợp tác của Kính viễn vọng Chân trời – đã tạo ra các tiêu đề vào tháng 4 năm 2019 với hình ảnh trực tiếp đầu tiên về lỗ đen – đã đưa ra yêu cầu dữ liệu mô phỏng để bổ sung nỗ lực chụp ảnh Nhân Mã A *.
Kính thiên văn Event Horizon thực sự mất trung bình thời gian quan sát của nó, dẫn đến hình ảnh bị mờ. Đây không phải là vấn đề khi đài quan sát có tầm nhìn về Messier 87 *, vì nó lớn hơn Nhân Mã A * khoảng 1.000 lần, nên nó thay đổi chậm hơn khoảng 1.000 lần.
“Nó giống như chụp ảnh một con lười so với chụp ảnh một con chim ruồi”, Ressler giải thích. Kết quả hiện tại và tương lai của họ sẽ giúp tập đoàn giải thích dữ liệu của họ trên trung tâm thiên hà của chúng ta.
Kết quả của Ressler là một bước tiến lớn trong sự hiểu biết của chúng ta về hoạt động tại trung tâm của Dải Ngân hà. Đây là lần đầu tiên Sagittarius A * được mô phỏng theo phạm vi bán kính lớn như vậy trong các mô phỏng 3D và là mô phỏng quy mô chân trời đầu tiên để sử dụng các quan sát trực tiếp các ngôi sao Wolf-Rayet.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Santa Barbara . Bản gốc được viết bởi Harrison Tasoff. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :