CO TO JEST SUPERMASSIVE BLACK HOLE?

Send

W 1971 roku angielscy astronomowie Donald Lynden-Bell i Martin Rees postawili hipotezę, że supermasywna czarna dziura (SMBH) znajduje się w centrum naszej Galaktyki Drogi Mlecznej. Opierało się to na ich pracy z galaktykami radiowymi, które wykazały, że ogromne ilości energii wypromieniowane przez te obiekty były spowodowane nagromadzeniem się gazu i materii w czarnej dziurze w ich centrum.

W 1974 r. Pierwsze dowody na istnienie tej SMBH znaleziono, gdy astronomowie wykryli ogromne źródło radiowe pochodzące z centrum naszej galaktyki. Ten region, który nazwali Strzelcem A *, jest ponad 10 milionów razy masywniejszy niż nasze własne Słońce. Od czasu odkrycia astronomowie znaleźli dowody na istnienie supermasywnych czarnych dziur w centrach większości galaktyk spiralnych i eliptycznych we obserwowalnym Wszechświecie.

Opis:

Supermasywne czarne dziury (SMBH) różnią się pod wieloma względami od czarnych dziur o mniejszej masie. Na początek, ponieważ SMBH mają znacznie większą masę niż mniejsze czarne dziury, mają również niższą średnią gęstość. Wynika to z faktu, że we wszystkich obiektach sferycznych objętość jest wprost proporcjonalna do sześcianu promienia, podczas gdy minimalna gęstość czarnej dziury jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu masy.

Ponadto siły pływowe w pobliżu horyzontu zdarzeń są znacznie słabsze w przypadku masywnych czarnych dziur. Podobnie jak w przypadku gęstości, siła pływowa na ciele w horyzoncie zdarzeń jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu masy. Jako taki obiekt nie doświadczyłby znacznej siły pływowej, dopóki nie znalazłby się bardzo głęboko w czarnej dziurze.

Tworzenie:

Sposób powstawania SMBH pozostaje przedmiotem wielu dyskusji naukowych. Astrofizycy w dużej mierze wierzą, że są wynikiem połączenia czarnych dziur i akrecji materii. Ale skąd się wzięły „nasiona” (tj. Progenitory) tych czarnych dziur, pojawia się brak porozumienia. Obecnie najbardziej oczywistą hipotezą jest to, że są one pozostałościami kilku masywnych gwiazd, które wybuchły, które powstały w wyniku akrecji materii w centrum galaktyki.

Inna teoria głosi, że zanim powstały pierwsze gwiazdy w naszej galaktyce, duża chmura gazu zapadła się w „gwiazdę qausi”, która stała się niestabilna dla zaburzeń radialnych. Następnie zamienił się w czarną dziurę o masie około 20 mas Słońca bez potrzeby eksplozji supernowej. Z czasem gwałtownie narastała masa, aby stać się pośrednią, a następnie supermasywną czarną dziurą.

W jeszcze innym modelu gęsta gromada gwiezdna doświadczyła zapadnięcia się rdzenia w wyniku dyspersji prędkości w rdzeniu, która miała miejsce przy prędkościach relatywistycznych z powodu ujemnej pojemności cieplnej. Wreszcie istnieje teoria, że pierwotne czarne dziury mogły powstać bezpośrednio pod wpływem nacisku zewnętrznego bezpośrednio po Wielkim Wybuchu. Te i inne teorie pozostają na razie teoretyczne.

Strzelec A *:

Wiele linii dowodów wskazuje na istnienie SMBH w centrum naszej galaktyki. Chociaż nie dokonano bezpośrednich obserwacji Strzelca A *, jego obecność wywnioskowano na podstawie wpływu, jaki wywiera on na otaczające obiekty. Najbardziej znanym z nich jest S2, gwiazda, która przepływa eliptyczną orbitę wokół źródła radiowego Strzelca A *.

S2 ma okres orbity 15,2 lat i osiąga minimalną odległość 18 miliardów km (11,18 miliarda mil, 120 AU) od centrum obiektu centralnego. Tylko supermasywny obiekt mógł to wyjaśnić, ponieważ nie można dostrzec żadnej innej przyczyny. A na podstawie parametrów orbitalnych S2 astronomowie byli w stanie oszacować wielkość i masę obiektu.

Na przykład ruchy S2 doprowadziły astronomów do obliczenia, że obiekt w centrum jego orbity musi mieć nie mniej niż 4,1 miliona mas Słońca (8,2 × 10³ ton metrycznych; 9,04 × 10³³ ton amerykańskich). Ponadto promień tego obiektu musiałby być mniejszy niż 120 AU, w przeciwnym razie zderzyłby się z nim S2.

Jednak jak dotąd najlepsze dowody zostały przedstawione w 2008 r. Przez Maxa Plancka Instytut Fizyki Pozaziemskiej i UCLA Galactic Center Group. Korzystając z danych uzyskanych w ciągu 16 lat przez bardzo duży teleskop ESO i teleskop Keck, byli oni w stanie nie tylko dokładnie oszacować odległość do centrum naszej galaktyki (27 000 lat świetlnych od Ziemi), ale także śledzić orbity gwiazd tam z ogromną precyzją.

Jak powiedział Reinhard Genzel, kierownik zespołu z Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics:

“Niewątpliwie najbardziej spektakularnym aspektem naszego długoterminowego badania jest to, że dostarczyło to, co jest obecnie uważane za najlepszy empiryczny dowód na to, że supermasywne czarne dziury naprawdę istnieją. Gwiezdne orbity w Centrum Galaktycznym pokazują, że centralne stężenie masy wynoszące cztery miliony mas Słońca musi być czarną dziurą ponad wszelkie uzasadnione wątpliwości. ”

Kolejny znak obecności Strzelca A * pojawił się 5 stycznia 2015 r., Kiedy NASA poinformowała o rekordowym rozbłysku rentgenowskim dochodzącym z centrum naszej galaktyki. Na podstawie odczytów z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra podali, że emisje były 400 razy jaśniejsze niż zwykle. Uważano, że są one wynikiem upadku asteroidy do czarnej dziury lub zaplątania się linii pola magnetycznego w napływającym do niej gazie.

Inne galaktyki:

Astronomowie znaleźli również dowody na istnienie SMBH w centrum innych galaktyk w ramach Grupy Lokalnej i poza nią. Należą do nich pobliska galaktyka Andromeda (M31) i galaktyka eliptyczna M32 oraz odległa galaktyka spiralna NGC 4395. Jest to oparte na fakcie, że gwiazdy i chmury gazu w pobliżu środka tych galaktyk wykazują zauważalny wzrost prędkości.

Innym wskazaniem są aktywne jądra galaktyczne (AGN), w których okresowo wykrywane są masowe rozbłyski fal radiowych, mikrofalowych, podczerwieni, optycznych, ultrafioletowych (UV), promieni rentgenowskich i gamma pochodzących z obszarów zimnej materii (gazu i pyłu ) w centrum większych galaktyk. Chociaż promieniowanie nie pochodzi z samych czarnych dziur, uważa się, że wpływ tak masywnego obiektu na otaczającą materię jest przyczyną.

Krótko mówiąc, dyski akrecyjne tworzą gaz i pył w centrum galaktyk, krążące wokół supermasywnych czarnych dziur, stopniowo zasilając je materią. Niesamowita siła grawitacji w tym regionie ściska materiał dysku, aż osiągnie miliony stopni Kelvina, generując jasne promieniowanie i energię elektromagnetyczną. Korona gorącego materiału tworzy się również ponad dyskiem akrecyjnym i może rozpraszać fotony do energii promieniowania rentgenowskiego.

Oddziaływanie między wirującym polem magnetycznym SMBH a dyskiem akrecyjnym tworzy również silne strumienie magnetyczne, które wystrzeliwują materiał powyżej i poniżej czarnej dziury przy prędkościach relatywistycznych (tj. Przy znacznym ułamku prędkości światła). Strumienie te mogą rozciągać się na setki tysięcy lat świetlnych i są drugim potencjalnym źródłem obserwowanego promieniowania.

Kiedy galaktyka Andromeda połączy się z naszą własną w ciągu kilku miliardów lat, supermasywna czarna dziura, która jest w jej centrum, połączy się z naszą własną, tworząc znacznie masywniejszą i potężniejszą. Ta interakcja prawdopodobnie wyrzuci kilka gwiazd z naszej połączonej galaktyki (wytwarzając zbędne gwiazdy), a także może spowodować, że nasze jądro galaktyczne (które jest obecnie nieaktywne) ponownie stanie się aktywne.

Badanie czarnych dziur jest jeszcze w powijakach. I to, czego nauczyliśmy się w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci, było zarówno ekscytujące, jak i inspirujące. Niezależnie od tego, czy są mniejszej masy czy supermasywne, czarne dziury są integralną częścią naszego Wszechświata i odgrywają aktywną rolę w jego ewolucji.

Kto wie, co znajdziemy, gdy zagłębimy się we Wszechświat? Być może kiedyś będziemy mieli technologię i zuchwałość, abyśmy mogli spróbować osiągnąć szczyt pod zasłoną horyzontu zdarzeń. Czy możesz to sobie wyobrazić?

W Space Magazine napisaliśmy wiele interesujących artykułów o czarnych dziurach. Oto ponad wszelkie uzasadnione wątpliwości: supermasywna czarna dziura mieszka w centrum naszej galaktyki, echo rozbłysku rentgenowskiego ujawnia supermasywny czarny otwór Torus, jak ważysz supermasywną czarną dziurę? Zmierz temperaturę i co się stanie, gdy zderzą się supermasywne czarne dziury?

Astronomia Obsada także kilka istotnych epizodów na ten temat. Oto odcinek 18: Czarne dziury duże i małe oraz odcinek 98: Kwazary.

Więcej do odkrycia: odcinki Astronomy Cast Quasars oraz Black Holes Big and Small.

Źródła: