Vor fast 40 Jahren trafen sich die beiden AstrophysikerAstrophysiker Relativisten wie Brandon Carter und Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminetbeide damals am Pariser Observatorium, waren die Pioniere dessen, was im Englischen das Phänomen genannt wird GezeitenGezeiten Störungsereignis (oder TDE), was als „Gezeitenbruchereignis“ übersetzt werden kann.
Wie ihre Veröffentlichung in der berühmten Zeitschrift zeigt Natur im Jahr 1982, gefolgt von einer weiteren im Jahr Astronomie & Astrophysik Im Jahr 1983 ereignete sich ein TDE mit einem Stern, dessen Flugbahn zu nahe an einem supermassereichen Schwarzen Loch lag und dessen Gezeitenkräfte dazu führten, dass der Stern komprimiert wurde, bis ein sogenannter Sternpfannkuchen entstand – aufgrund der Form der durch diese Kräfte verursachten Verformung. Der Stern könnte als Reaktion darauf explodieren und seine Trümmer würden daher teilweise von der Erde verschlucktSternStern kompakt.
Aber vor diesem endgültigen Schicksal, dem GegenstandGegenstand Wenn es auf das Schwarze Loch fällt, muss es eine erzeugen AkkretionsscheibeAkkretionsscheibe selbst emittiert LichtLicht weil durch den Akkretionsprozess erhitzt, wodurch zusätzlich ein Plasma mit Strömen entsteht und MagnetfelderMagnetfelder wo Instabilitäten im Zusammenhang mit der Materieversorgung zu einer Art Äquivalent von führen können SonneneruptionenSonneneruptionen mit dem Plasma unseres Sterns.
Eine künstlerische Darstellung eines TDE. © Deutsches Elektronen-Synchrotron
Mit Röntgenstrahlen untersuchte TDEs
Dies ist nicht das erste Mal, dass Futura über TDEs spricht, mehrere wurden insbesondere im vergangenen Jahrzehnt beobachtet. Aber heute ist ein internationales Team vonAstronomenAstronomen vom MIT, NASANASA und andere Organisationen haben es gerade bekannt gegeben über eine Veröffentlichung in der renommierten Fachzeitschrift Natur und die auch frei zugänglich auf zu finden ist arXivdass eine neue Methode zur Bestimmung der DrehgeschwindigkeitDrehgeschwindigkeit des supermassive schwarze Löchersupermassive schwarze Löcher im Herzen des Großen GalaxienGalaxien und die mit ihnen koevolutionieren, wurden erstmals erfolgreich eingesetzt.
Die Methode besteht darin, zunächst ein TDE zu entdecken, indem ein Bereich des Himmelsgewölbes überwacht wird, und dann die anschließende Leuchtentwicklung der Materie des Sterns zu überwachen, die dann von dem riesigen Schwarzen Loch hinter dem TDE verschluckt wird. Dies haben die Forscher daher zunächst getan, indem sie im sichtbaren Bereich im Jahr 2020 ein TDE namens AT2020ocn entdeckten, das bei etwa einer Milliarde Menschen vorkommtLichtjahreLichtjahre des MilchstraßeMilchstraße Dank der Instrumente, die die Übergangseinrichtung Zwicky.
Es war dann notwendig, das zu überwachen SendungenSendungen In RöntgenstrahlenRöntgenstrahlen der Akkretionsscheibe, die sich mit dem um das supermassereiche Schwarze Loch gebildet hat FernrohrFernrohr Schöneres Röntgen (Abkürzung für NeutronNeutron star Innenausstattung ExploreR)) der NASA an Bord der Internationalen Raumstation für mehr als 200 Tage nach der Entdeckung von AT2020ocn.
Wie in der MIT-Pressemitteilung von Jennifer Chu erläutert, extrahierten die Astrophysiker durch die Analyse der gesammelten Daten das Signal, das sie zu finden hofften, in diesem Fall Röntgenstrahlenausbrüche etwa alle 15 Tage während eines Übergangszyklus.
Technisch lässt sich die Existenz von Ausbrüchen sehr gut verstehen, wenn wir einen aus der Theorie vorhergesagten Effekt ins Spiel bringen generelle Relativitätgenerelle Relativität D’EinsteinEinstein vor fast einem Jahrhundert und rief an Wirkung von Lense-ThirringWirkung von Lense-Thirring. Dadurch gerät die Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs in Schwingungen, genauer gesagt in eine Schwingung PräzessionPräzessionwie im Video unten gezeigt.
Ein supermassereiches Schwarzes Loch zieht die Raumzeit um sich herum, nachdem es einen Stern auseinandergerissen hat. Um eine einigermaßen genaue französische Übersetzung zu erhalten, klicken Sie auf das weiße Rechteck unten rechts. Anschließend sollten englische Untertitel erscheinen. Klicken Sie dann auf die Nuss rechts neben dem Rechteck, dann auf „Untertitel“ und schließlich auf „Automatisch übersetzen“. Wählen Sie „Französisch“. © BlackHoleExplosions
Doch wie kommt man von diesem Phänomen der Präzession zu einer Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit eines Schwarzen Lochs, die in diesem Fall auf weniger als 25 % der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit geschätzt wird? LichtgeschwindigkeitLichtgeschwindigkeit ?
Beginnen wir mit einigen weiteren Erklärungen aus dem Video oben, das zunächst die Existenz eines rotierenden supermassereichen Schwarzen Lochs vom Typ Kerr annimmt, das von einer Akkretionsscheibe senkrecht zu seiner Rotationsachse umgeben ist. Ein Stern nähert sich diesem Schwarzen Loch dann aus einer beliebigen Richtung zu nahe, sodass das vom Schwarzen Loch eingefangene Material nach einer TDE mit dem Stern eine zweite, nähere Akkretionsscheibe bildet, die jedoch nicht mehr senkrecht zur Rotationsachse des Sterns steht das schwarze Loch.
Im Weltraum eingetauchte Scheiben, angetrieben durch die Rotation von Schwarzen Löchern
Berechnungen der Allgemeinen Relativitätstheorie unter Berücksichtigung des Lense-Thirring-Effekts (nähere Erläuterungen zu diesem Thema finden Sie weiter unten) zeigen, dass der Raum um das Schwarze Loch in einer bestimmten Region durch die Rotation des Schwarzen Lochs „getrieben“ wird. Dies führt dazu, dass die neue Akkretionsscheibe präzediert und tendenziell dazu führt, dass sie senkrecht zur Drehachse des Schwarzen Lochs steht, was schließlich geschieht und die Präzession letztendlich aufhebt. Die erhitzte Scheibe, die immer noch Röntgenstrahlen aussendet, verhält sich für Nicer nicht mehr wie ein Leuchtturm.
Dieselben Berechnungen beziehen die Präzessionsgeschwindigkeit der Scheibe auf die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe Kerr Schwarzes LochKerr Schwarzes Loch. Mit diesem Wissen machten sich Astrophysiker daran, ein TDE zu finden, um diese Methode zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit anzuwenden.
Okay, wird der Leser sagen, aber wir sind bei der Messung der Rotationsgeschwindigkeit supermassereicher Schwarzer Löcher weit fortgeschritten …
Eigentlich ja. Wir wissen, dass das Wachstum dieser kompakten Sterne Hand in Hand mit den Galaxien geht, die sie beherbergen, und dass es Beziehungen zwischen der Entwicklung der Galaxien und ihrem Inhalt gibt GasGas B. zur Bildung neuer Sterne genutzt werden können, und die Geschichte des Wachstums supermassereicher Schwarzer Löcher.
Ein besseres Verständnis dieser Geschichte bedeutet ein besseres Verständnis der Geschichte der Galaxien. Wenn wir die riesigen Schwarzen Löcher jedoch im Wesentlichen wachsen lassen, indem wir kalte Materieströme auf sie fallen lassen, erfolgt die Akkretion gemäß der Scheibe und damit gemäß dem Erhaltungssatz der filmischer Momentfilmischer Momentwird die Rotation von Schwarzen Löchern mit der Zeit zunehmen.
Wenn wir diese Schwarzen Löcher andererseits wachsen lassen, kommt es im Wesentlichen nicht dazu FusionenFusionen wiederholt durch Galaxienverschmelzungen hervorgerufen, werden wir haben VerschmelzungenVerschmelzungen von Schwarzen Löchern mit kinetischen Rotationsmomenten entlang beliebig zueinander ausgerichteter Achsen. Daher wird es schwieriger, schnell rotierende supermassereiche Schwarze Löcher zu erhalten. Mit aussagekräftigen Statistiken zur Messung der Rotationsgeschwindigkeit dieser Schwarzen Löcher können wir die Modelle der Galaxienentwicklung eindeutig besser eingrenzen. Glücklicherweise werden wir zu diesem Zweck in der Lage sein, durch die Erforschung eine große Anzahl von Galaxien zu entdecken SchichtenSchichten Licht aus KosmosKosmos zu verschiedenen Zeiten beobachtbar und weist in ihrem Kern TDEs mit dem Vera-Rubin-Teleskop auf.
Was ist der Lense-Thirring-Effekt?
Ende 1915 beendete Albert Einstein seine berühmte Allgemeine Relativitätstheorie. Abgeschirmt mitGleichungenGleichungen Tensorisch mit Wäldern von Indizes und unter Ausnutzung der Geometrie n-dimensionaler gekrümmter Räume schien die Theorie vielen beeindruckend zu sein. Der Legende nach wurde Arthur Eddington, der berühmte Astrophysiker, der den ersten Beweis für die allgemeine Relativitätstheorie lieferte, von einem seiner Kollegen so erzählt: „ Eddington, Sie müssen einer von drei Männern auf der Erde sein, um Einsteins Theorie zu verstehen “. Angesichts des Schweigens von Sir Arthur fügte er hinzu: „ Seien Sie nicht bescheiden, Eddington “, und der Astrophysiker antwortet: „ Andererseits ! Ich suche, wer dieser dritte Mann sein könnte! ».
Sicherlich spiegelte das Sir Arthur zugeschriebene Urteil keineswegs die Realität wider, denn ab 1916 gab es mehrere PhysikerPhysikerAstronomen und MathematikerMathematiker begann, wichtige Werke zu diesem Thema zu veröffentlichen. Zuerst war da Karl Schwarzschild, der seine berühmte Lösung entdeckte, die Folgendes enthielt: DehnungDehnung die Theorie der Schwarzen Löcher, sowie der niederländische Astronom Willem De Sitter, der das vorhersagte, was wir heute als Schwarze Löcher bezeichnenEinstein-De-Sitter-EffektEinstein-De-Sitter-Effekt.
Einige Jahre später entdeckten zwei österreichische Physiker, Josef Lense und Hans Thirring, eine merkwürdige, aber logische Implikation von Einsteins Theorie: Die Rotation eines Objekts erzeugt einen besonderen Effekt auf das ObjektFreizeitFreizeit was es umgibt. Tatsächlich ist es nach dem Äquivalenzprinzip, das Einsteins Theorie zugrunde liegt, nicht möglich, lokal zu wissen, ob wir uns in einem Feld von ruhen GravitationGravitation oder in einem RepositoryRepository beschleunigt, zum Beispiel innerhalb eines RaketeRakete.
Noch lokal sollten wir in gewisser Weise nicht zwischen der Beschleunigung unterscheiden, die ein Objekt auf einer rotierenden Scheibe erfährt, und der, die auf diesem Objekt durch das Feld erzeugt wird SchwereSchwere eines rotierenden Körpers (ohne Scheibe) in einem um diesen Körper ruhenden Bezugssystem. Alles geschieht also so, als ob der Raum und dieser Bezugsrahmen in einen hineingezogen würden BewegungBewegung der Rotation, wie die Wirkung von a TourbillonTourbillon im Wasser. Es ergibt sich insbesondere, dass a GyroskopGyroskop In OrbitOrbit Die Bewegung um die Erde wird Veränderungen in der Richtung ihrer Achse erfahren, die ursprünglich auf einen Stern gerichtet war, als ob sie sich in einem rotierenden Bezugssystem befände. Genauer gesagt kommt es zum Äquivalent des Präzessionsprozesses eines Kreisels. Dieses als Lense-Thirring-Effekt bekannte Phänomen wurde schließlich durch das Experiment an Bord des Satelliten Gravity Probe B im Jahr 2011 entdeckt.
Der Effekt ist gering und fast nicht beobachtbar, stellt aber eine interessante Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie dar, ein Effekt, der je nach den konkurrierenden metrischen Gravitationstheorien, die anstelle von Einsteins Theorie vorgeschlagen werden, sogar unterschiedlich sein kann. Deshalb wurde 2004 die Weltraummission gestartet, um es zu erleben.
Plenarkonferenz von Jean-Pierre Luminet zu seiner Theorie von Gezeitenstörung (oder TDE) während der Konferenz „ Wissenschaft am Horizont: Das Event Horizon Telescope der nächsten Generation », 22.–26. Februar 2021. Harvard University. Um eine einigermaßen genaue französische Übersetzung zu erhalten, klicken Sie auf das weiße Rechteck unten rechts. Anschließend sollten englische Untertitel erscheinen. Klicken Sie dann auf die Nuss rechts neben dem Rechteck, dann auf „Untertitel“ und schließlich auf „Automatisch übersetzen“. Wählen Sie „Französisch“. © Jean-Pierre Luminet
