利用黑洞利用能量的新想法

五十年前,英语数学物理学家和诺贝尔奖获奖者 罗杰彭罗斯 提出可以从旋转黑洞周围的空间中提取能量。被称为ergosphere,这个地区只是在活动范围之外,没有什么可以逃脱黑洞的边界’S引力拉(均匀的光)。这里也是在这里加速到令人难以置信的速度并发出各种能量的地方。

这被称为 Penrose过程 ,许多理论家以来已经扩展了。最新来自哥伦比亚大学和智利·阿德佛沃·艾巴尼亚大学的研究人员进行的一项研究。通过支持NASA等组织的支持,他们证明了如何更好地了解纺纱黑洞周围的物理学,可以让我们有一天能够利用它们的能量。

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光线表现得很奇怪围绕着一个黑洞

用ESO结合的观察'非常大的望远镜和美国宇航局'S Chandra X射线望远镜,天文学家已经发现了从恒星黑洞中看到的最强大的射手。黑洞吹了一个巨大的热气体,横跨1,000光年或两倍,比其他这样的微奎达更强大。恒星黑洞属于二元系统,如本艺术家所示'印象。信用:eSO / L. Calçada

黑洞以不可避免而闻名。在这些天体物体的事件视界内,物质甚至光线进入,然后永远消失。然而,除了事件范围之外,已知黑洞形成光线可以逸出的吸积磁盘。事实上,这就是天文学家如何能够确认黑洞的存在并确定它们的性质(即质量,旋转速率等)

但是,根据一个 最近的美国航空航天局资助的研究 来自加州理工学院(CALTECH)的研究人员领导,有证据表明并非所有来自黑洞发出的光’S磁盘只是逃脱。根据他们的观察,从圆盘上逸出的一些光线被黑洞拉回’S Gravity再次反射磁盘。这些观察结果确认了天文学家大约四十年的理论。

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一个年轻的星系上的吸积盘的第一个详细图像

根据这一点 星云假设从尘埃和天然气的巨大云层形成的行星恒星和他们的行星系统。在中心进行引力崩溃(产生星星)后,剩余物质在其周围的轨道中形成增杆盘。随着时间的推移,这件事被送到了明星–让它变得更加巨大–并导致创建行星系统。

直到本周,星云假设就是这样。鉴于涉及的距离,明星系统的形成需要数十亿年,能够在各个阶段见证过程非常困难。但由于美国和台湾的研究人员团队的努力,天文学家现在已经捕获了 第一清晰的形象 被吸积盘包围的年轻星。

正如他们在纸上解释的那样– “在亚壳波长下的原料盘中的赤道暗尘道的首先检测“,最近在期刊上发表的 科学推进 –由于它们的小尺寸,这些磁盘很难在空间分辨。但是,通过使用 Atacama大毫米/淹没阵列 (ALMA) –这提供了前所未有的解决方案–他们能够解决一个明星’S盘并详细研究。

这位艺术家’S概念显示了一个年轻的恒星物体和围绕它的旋转的吸积盘。 NASA / JPL-CALTECH

有问题的原料系统被称为 HH 212,一个年轻的明星系统(40,000岁)位于 猎户座星座,距离地球大约1300岁。该明星系统被指出,其强大的双极射流–即,来自其杆的连续流动的电离气体–据信这被认为更有效地使其更有效。由于其年龄及其相对于地球的地位,这种抗议者系统是过去的天文学家的热门目标。

基本上,它仍然处于形成的早期阶段(以及它可以被观察到Edge-on)的事实使得星系成为研究低质量恒星的演变。然而,以前的搜索最大分辨率为200 AU,这意味着天文学家只能获得一丝小尘土飞扬的盘。该磁盘出现为扁平的信封,朝向中心的矩位旋转。

但是与阿尔玛’S分辨率(8 AU或更高的25倍),研究团队不仅能够检测到增值盘,而且能够在空间地解决淹没波长的灰尘排放。作为下巴李–一个研究员 中国科学院天文学学院和天文学研究所 (亚洲)在台湾和铅作家– said in an ALMA 新闻稿 :

“看看非常年轻的吸积盘的这种详细结构是如此惊人。多年来,天文学家一直在寻找最早阶段的星形形成的磁盘,以确定它们的结构,如何形成它们,以及如何发生累积过程。现在使用ALMA具有全能的分辨率,我们不仅检测到增值盘,还可以详细解析它,特别是其垂直结构。“

HH 212矩位系统中的喷射和磁盘:(a)喷射的复合图像,通过组合来自不同望远镜的图像而产生的。 (b)尘土飞盘中心的特写镜头8 AU分辨率。 (c)可以在磁盘中再现观察到的粉尘发射的增值盘模型。信用:Alma(ESO / Naoj / Nrao)/ Lee等人。

他们所观察到的是具有大约60个天文单元的半径的圆盘,其略大于距离太阳和kuiper皮带(50au)的外边缘的距离。他们还注意到,磁盘受到硅酸盐矿物质,熨斗和其他星际物质的损害,并且由夹在两个更亮的层之间的突出赤道暗层组成。

光线和暗区之间的这种对比度是由于盘的中心平面附近的相对低的温度和高光学深度。同时,中心平面上方和下方的层在光学和近红外光波长中显示出更大的吸收。由于这种分层的外观,研究团队将其描述如同“a hamburger”.

这些观察是天文社区的令人兴奋的消息,而不仅仅是因为他们是第一个。此外,他们还代表了一个新的机会,用于研究最年轻的矩阵周围的小磁盘。随着Alma和其他下一代望远镜的各种高分辨率成像,天文学家将能够对与磁盘形成有关的理论来施加新的和更强的限制。

作为弗吉尼亚大学(学习的共同作者)的志云李 把它放了 :

“在最早的恒星形成阶段,在生产这种盘时存在理论上的困难,因为磁场可以减慢塌陷材料的旋转,防止这种盘形成围绕一个非常年轻的矩形。这种新发现意味着磁场在磁盘形成中的延迟效果可能与我们以前的想法一样高效。”

在他们最早的形成阶段观看星星和行星系统的机会 有机会测试我们的理论’究竟完成了吗?绝对不是每天发生的事情!

并务必享受这个观察视频,由Alma提供并由李博士叙述:

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在一个惊人的轨道上,脉冲星和白色矮人一起跳舞

在奇怪的新星系统中搜索宇宙可以导致一些非常有趣的发现。有时候,它可以提高现象,使我们认为我们对星星的形成和演变的一切矛盾。这样的发现不仅令人着迷和令人兴奋,他们允许我们有机会扩展和改进我们的宇宙如何成为的模式。

例如, 最近的一项研究 由国际科学家的国际团队进行,表明了最近发现二元系统的发现–一个毫秒的脉冲和低质量的白色矮人(LMWD)–捍卫了恒星演变的传统思想。然而,这种系统被认为是过去的圆形轨道,这种特定二进制的白矮星轨道轨道极端偏心!

要突破它,传统的智慧指出LMWDS是二元进化的产物。这是因为这是在正常情况下,这样的明星–质量低但令人难以置信的密度–只会在它耗尽所有核燃料后才能形成并将其外层作为行星星云丢失。鉴于这颗明星的质量,这将需要大约100亿多年来发生–即比宇宙的年龄长。

艺术家对X射线毫秒脉冲脉冲的印象。来自伴星的流动材料在中子恒星周围形成一个盘,在脉冲磁层的边缘处截短。信用:美国宇航局/戈达德太空飞行中心/达纳贝瑞
一个艺术家’S对X射线毫秒脉冲脉冲的印象。来自伴星的流动材料在中子恒星周围形成一个盘,在脉冲磁层的边缘处截短。信用:美国国家航空航天局/戈达德/达纳贝瑞

因此,它们通常被认为是与其他恒星配对的结果–具体而言,毫秒射线脉冲(MSP)。这些是具有快速自旋周期和磁场的不同中子恒星的群体,这些级数差的数量级弱于“正常”脉冲条件。这些属性被认为是与伴侣星的大规模转移的结果。

基本上,一颗星星的MSP将慢慢地剥离它们的质量,从外层吸入并将它们转变成白色矮人。将这种质量加入脉冲条件使其使其更快地旋转并掩埋其磁场,并且还将伴星镶嵌到白色矮人。在这种情况下,预计脉冲条周围的LMWD的轨道的偏心率将可以忽略不计。

但是,在查看二进制星系PSR J2234 + 0511时,国际团队注意到了完全不同的东西。在这里,它们发现了一个低质量的白色矮人配对与毫秒脉冲条件配对,该脉冲是白色矮种的,其中白色矮化术时期为32天和极端偏心(0.13)。由于这种违背了当前的白矮星智慧模型,因此团队开始寻找解释。

作为John Antoniadis博士–来自的研究员 多伦多大学邓伦研究所 和该研究的牵头作者–立即通过电子邮件告诉Universe:

“毫秒脉冲 - LMWD二进制文件非常普遍。根据既定的形成情况,这些系统从低质量X射线二进制中发展,其中中子星占巨星的物质。最终,这颗明星演变成了白矮星,中子星成为毫秒的脉冲。由于在传质发作期间强的潮汐力,这些系统的轨道是极其圆形的,偏心率为0.000001左右。”

 艺术家对毫秒脉冲的印象及其同伴。 Pulsar(用两个辐射束以蓝色看到)是从其膨胀的红色伴星的浇筑材料,并增加其旋转速率。天文学家已经测量了球状集群47特征中的四毫秒脉冲条件的轨道参数,并建模了他们可能的形成和演化路径。信贷:欧洲航天局&Francesco Ferraro(博洛尼亚天文天文台)
一个艺术家’对毫升脉冲的印象和伴侣的印象。脉冲柱(蓝色)是从其膨胀的红色伴星中的材料加压,并增加其旋转速率。信用:esa / francesco法拉罗(博洛尼亚天文天文台)

为了他们的研究,最近出现了 天体物理学杂志 – titled “与氦白色矮人伴侣的偏心二元毫秒脉冲线在银河田里” –该团队依赖于新获得的系统光学光度测量 斯隆数字天空调查 (SDSS),以及来自非常大望远镜的光谱学 Paranal天文台 in Chile.

此外,他们咨询了最近的研究,这些研究看着其他二进制星系的表现出与偏心关系相同的关系。“我们现在知道[] 5系统偏离这张照片,因为它们具有约0.1的偏心率为〜0.。在标准场景中预期的几个数量级,” said Antoniadis. “有趣的是,它们似乎都有类似的偏心和轨道时期。”

由此,它们能够在二元星系中推断出白矮用伴侣的温度(8600±190 k)和速度(km / s)。结合在两个身体上放置的约束’s masses –White Dwarf的0.28太阳能群体和1.4用于脉冲条件 –以及它们的半径和表面重力,然后他们测试了三种可能的解释,了解该系统如何成为。

这些包括中子恒星(例如这里被观察到的米尔二元脉冲脉冲)的可能性通过巨大的白色矮种的抗塌陷抗塌陷形成。同样,他们认为中子恒星是否随着它们的含量而经历转变,这导致他们成为夸克恒星。在此过程中,引力能量的释放将负责诱导观察到的偏心率。

艺术家的旋转中子星的插图,超级新星爆炸的残余。信用:美国宇航局,卡特赫 - 杰普
艺术家’旋转中子星的例证,超级新星爆炸的残余物。信用:美国宇航局,卡特赫 - 杰普

其次,他们认为可能性–与当前的恒星演化模型一致–当一定质量范围内的LMWDS在非常年轻时具有强烈的恒星风(由于不稳定的氢融合)。因此,该团队研究了这些强大的恒星是否可能是在系统前面扰乱脉冲轨的轨道’s history.

最后,他们认为,过去的一些材料(由于这种相同的恒星)释放的一些材料可以形成短寿命的圆盘。然后,此磁盘就像第三个身体一样,扰乱系统并增加白矮星的偏心率’S轨道。最后,他们认为前两种情况不太可能,因为对脉冲脉祖母的质量与任何一种模型不一致。

然而,第三种情况,其中与偏心磁盘负责偏心的相互作用,与其推断的参数一致。什么’更重要的是,第三种情况预测了如何(在某个质量范围内),即不应该没有具有类似轨道周期的循环二进制文件–这与这种系统的所有已知例子一致。正如Antoniadis博士解释的那样:

“这些观察结果表明,该系统中的伴侣明星确实是低质量的白矮星。此外,脉冲星的质量似乎为#2的似乎太低,并且对于#1而言太高。我们还在银河系中研究了二元的轨道,看起来与我们发现的低质量X射线二进制文件非常相似。这些证据共同支持磁盘假设。”

中子星的横截面。信用:维基百科公共场合/罗伯特舒尔泽
中子星的横截面。信用:维基百科公共场合/罗伯特·斯通

当然,Antoniadis博士和他的同事承认,在他们的假设可以被视为正确之前需要更多信息。然而,如果他们的结果由未来的研究承担,那么他们预计将是未来天文学家和天体物理学家希望研究二进制星系和圆盘之间的互动的宝贵工具。

此外,这种高偏心的二元系统的发现将使在未来几年以极端的精度测量低质量白矮星的质量。这反过来应该帮助天文学家更好地了解这些恒星的性质,并导致他们的形成。

随着历史教导我们,了解宇宙需要认真承诺持续发现的过程。我们发现的越多,陌生人似乎已经成为,强迫我们重新考虑我们认为我们的了解。

进一步阅读: 天体物理学杂志

黑洞有多巨大?

我们谈论恒星群众和超级分类的黑洞。什么限制了?这些东西有多巨大吗?

如果没有核聚变的轻压以阻挡恒星的质量,则外层在瞬间向内压缩。明星死了,猛烈地爆炸着超新星。

所有这些都留下的是一个黑洞。他们从太阳的质量的三倍开始,从那里开始。越多的黑洞饲料,它得到的越大。

恐怖地,如果它给予足够的时间,那么黑洞就没有限制了一个黑洞。最巨大的是在星系的心中找到的。这些是超级分类的黑洞,例如银河系中410万块块。天文学家通过观看围绕银河系的中心围绕银河系,就像彗星在太阳周围的彗星一样暗示了它的肿块。

那里 seems to be supermassive black holes at the heart of every galaxy we can find, and our Milky Way’s black hole is actually puny in comparison. Interstellar depicted a black hole with 100 million times the mass of the Sun. And we’re just getting started.

巨型椭圆星系M87有一个黑洞,阳光质量为6.2亿倍。天文学家怎么可能知道?他们已经发现了一系列物料4,300轻的时间,以相对论的速度从M87的中心爆破,并且只有巨大的黑洞,巨大的产生类似的喷气机。

最近,天文学家在本质上宣布,他们发现了一个黑洞,这是一个大约120亿次的太阳的大量。这里的吸收磁盘比太阳产生429万亿次,它透过宇宙闪烁。我们从宇宙只有6%的时候看到这个地区的光线进入当前年龄。

不知何故,这个黑洞从零到120亿倍的阳光下的阳光大约在约875万年中。这带来了一个微小的关注点。比如狄更斯的方式是如何迅速地建立这么多的肿块?此外,我们已经看到了130亿年前。现在有多大?目前,天文学家不知道。我相信它很好。没关系吗?

我们谈到了大规模的黑洞可以获得,但对相反的问题呢?青少年微小的黑洞是多么的小洞?

显示由星系中心的超级分类黑洞驱动的强大风的例证。插图中的示意图描绘了银河系的最内部区域,其中黑孔增强,即消耗的黑洞(圆盘形式)以非常高的速率(浅灰色)。与此同时,这部分重要的是通过强大的风抛弃。 (信用:XMM-Newton和Nustar任务; NASA / JPL-CALTECH;插入:ESA)
显示由星系中心的超级分类黑洞驱动的强大风的例证。插图中的示意图描绘了银河系的最内部区域,其中黑孔增强,即消耗的黑洞(圆盘形式)以非常高的速率(浅灰色)。与此同时,这部分重要的是通过强大的风抛弃。 (信用:XMM-Newton和Nustar任务; NASA / JPL-CALTECH;插入:ESA)

天文学家认为可以是原始的黑洞,带有星球质量的黑洞,或者是小行星,或者可能是一辆车......或者甚至更少。今天没有可以形成的方法,但早期宇宙中的密度不均匀可能会压缩到黑洞中。

那些黑洞可能仍然存在,偶尔围绕宇宙,偶尔跑进恒星,行星和航天器和星际野餐。我相信它是斯特拉尔相当于在咖啡桌边缘砸碎你的胫骨。

天文学家从未见过任何证据表明他们实际存在,所以我们会耸耸肩,选择假装我们不应该担心太多。所以它结果,黑洞可以真的,真的,真的很大。太阳大量的120亿倍。

关于黑洞的一部分仍然让你困惑?为下面评论中的评论中的空间指南的未来剧集提出了一些主题。

物理学背后“Interstellar’s”视觉效果是如此善良,它导致了科学发现

虽然他在电影上工作 星际,执行制片人Kip Thorne是任务的,创造了黑洞,这将是情节的核心。作为一个理论物理学家,他也想创造一个真正逼真的东西,就像电影观众会看到的那样靠近真实的东西。

另一方面,克里斯托弗·诺兰– the film’s director –想要创造一些视觉上令人着迷的体验。就可以从上面的形象看出,就美学而言,他们肯定成功。但更令人印象深刻的是,这个虚构的黑洞的创造是如何产生实际的科学发现。

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躲避黑洞子弹

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在2009年中期,一个二进制星系编目为H H1743-322击落了非常不寻常的东西。在蝎子星座的方向上静态约28,000个轻微的年度,这是由正常明星和未知的质量黑洞组成的普通系统正忙着交换质量。这对轨道仅仅是几天,在它们之间连续流动的材料流。这种气体导致横跨数百万英里的扁平增散盘,并以黑洞为中心。随着物质旋转到中心,它变成了压缩和加热到数千万度,吐出X射线… and bullets.

利用NASA的数据’S Rossi X射线时序探险家(RXTE)卫星和国家科学基金会’S(NSF)非常长的基线阵列(VLBA)无线电望远镜,一个国际天文学家团队能够确认一个位于我们的星系内的黑洞,将一块超快的气体丛生成周围的空间。在大约四分之一的光速下爆炸,这些“bullets”离子化气体被假设源于黑洞外部的区域’s event horizon.

“就像一个体育比赛的裁判,我们基本上把镜头倒在底齿上’进步,查明它们的启动时,”说加拿大艾伯塔大学格雷戈里·西瓦塔夫。他今天在德克萨斯州奥斯汀的美国天文学会会议上展示了这一调查结果。“凭借RXTE和VLBA的独特功能,我们可以将其弹出与可能发出启动过程的变化相关联。”

正如我们所知,朝向黑洞中心的一些物质可以从吸收磁盘作为相对的双喷射弹出。在大多数情况下,这些喷气机是恒定的颗粒流,但有时可以形成强烈的“outflows” which get spit out – rapid fire –作为气态的斑点。 2009年6月初,H1743-322刚刚…和天文学家曾用RXTE,VLBA,Socorro,N.M的大量阵列和澳大利亚望远镜紧凑型阵列(ATCA)在新南威尔士州的RADRABRI附近观察。在此期间,他们能够通过X射线和无线电数据确认事件。从5月28日到6月2日,事情是标称的“虽然RXTE数据显示,循环X射线变化,称为准周期性振荡或QPOS,频率在同一时期逐渐增加”到6月4日,ATCA证实了活动几乎脱落。到6月5日,即使是QPO也消失了。

然后发生了 …

在一切都完全安静的同一天,H1743-322射了一颗子弹!无线电排放跳跃,高度准确和详细的VLBA图像沿着喷射轨迹爆炸了一种充满活力的气体导弹。第二天的第二天的子弹呈相反的方向。但这不是’事件的好奇部分…这是时机。截至目的,研究人员推测,无线电突出伴随着燃气子弹的射击,但VLBA信息显示他们在主要的广播火炬大约48小时内发射。这些信息将在皇家天文社会的每月通知中发表。

通过非常长的基线阵列(顶行)的无线电成像,结合NASA的同时X射线观测'S RxTE(中间),捕获了瞬态燃气的巨型气体"bullets"由黑洞二元H1743-322在2009年爆发期间。通过跟踪这些子弹与VLBA的运动,天文学家能够将弹出事件链接到RXTE数据中看到的X射线信号的消失。这些信号称为准周期性振荡(QPOS),比以前假设信号被引发的天文学家发出信号前后的两天消失了两天。 (信用:Nrao和Nasa'戈达德太空飞行中心)

“本研究为启动喷气式飞机所需的条件提供了新的线索,并可以指导我们的思考它是如何发生的事情,”克里斯曾在英格兰达姆兰大学的天体物理学家,没有参与这项研究。

与活动星系中心的中心发生相比,这些只是迷你弹药。他们不’t just fire bullets –他们爆炸了大炮。一个巨大的黑洞称重一百万到数十亿次,太阳的质量可以在数百万光年中射击它的负荷!

“二进制星系中的黑洞喷气机作为其银河系统堂兄弟的快速转发版本,让我们深入了解他们如何工作以及他们的巨大能源输出如何影响星系和星系的集群,”领导研究员James Miller-jones在澳大利亚珀斯珀斯·科林大学射频天文学研究中心。

原始故事来源: 美国宇航局新闻功能 .