KAJ JE SUPERMASIVNA ČRNA LUKNJA?

Send

Leta 1971 sta angleška astronoma Donald Lynden-Bell in Martin Rees domnevala, da v središču naše galaksije Mlečna pot prebiva supermasivna črna luknja (SMBH). To je temeljilo na njihovem delu z radijskimi galaksijami, ki so pokazale, da so ogromne energije, ki jih ti predmeti sevajo, posledica plina in snovi, ki se je nabirala na črno luknjo v njihovem središču.

Do leta 1974 so bili prvi dokazi za to SMBH najdeni, ko so astronomi zaznali ogromen radijski vir, ki prihaja iz središča naše galaksije. Ta regija, ki so jo poimenovali Strelec A *, je več kot 10 milijonov krat večja kot naše Sonce. Astronomi so od svojega odkritja našli dokaze, da v središčih večine spiralnih in eliptičnih galaksij v opazovanem Vesolju obstajajo supermasivne črne luknje.

Opis:

Supermasivne črne luknje (SMBH) se na več načinov razlikujejo od črnih lukenj z manjšo maso. Za začetek, ker imajo SMBH veliko večjo maso kot manjše črne luknje, imajo tudi nižjo povprečno gostoto. To je posledica dejstva, da je pri vseh sferičnih objektih prostornina neposredno sorazmerna s kocko polmera, medtem ko je najmanjša gostota črne luknje obratno sorazmerna s kvadratu mase.

Poleg tega so sile plimovanja v bližini obzorja dogodkov bistveno šibkejše za masivne črne luknje. Kot pri gostoti je tudi sila plimovanja na telo na dogodkovnem horizontu obratno sorazmerna s kvadratom mase. Predmet kot tak ne bi imel občutne sile plimovanja, dokler ni globoko v črno luknjo.

Formacija:

Kako se oblikujejo SMBH ostaja predmet veliko znanstvenih razprav. Astrofiziki večinoma verjamejo, da so posledica združevanja črnih lukenj in kopičenja snovi. Toda od kod prihajajo „semena“ (tj. Potomci) teh črnih lukenj, od kod prihaja do nesoglasij. Trenutno je najočitnejša hipoteza ta, da gre za ostanke več masivnih zvezd, ki so eksplodirale, ki so nastale s kopičenjem snovi v galaktičnem središču.

Druga teorija je, da se je pred nastankom prvih zvezd v naši galaksiji velik plinski oblak zrušil v „zvezdo qausi“, ki je postala nestabilna do radialnih motenj. Nato se je spremenil v črno luknjo približno 20 sončnih mas brez potrebe po eksploziji supernove. Sčasoma se je hitro nabrala masa, da bi postala vmesna in nato supermasivna črna luknja.

V še enem modelu je gosto zvezdno grozd doživelo zrušenje jedra kot posledica hitrostne disperzije v svojem jedru, kar se je zgodilo z relativističnimi hitrostmi zaradi negativne toplotne zmogljivosti. Nazadnje, obstaja teorija, da so lahko prvotne črne luknje nastale neposredno pod zunanjim pritiskom takoj po velikem udaru. Te in druge teorije za zdaj ostajajo teoretične.

Strelec A *:

Številni dokazi kažejo na obstoj SMBH v središču naše galaksije. Medtem ko neposrednega opazovanja Strelca A * ni bilo, je njegova prisotnost sklepala na podlagi vpliva, ki ga ima na okoliške predmete. Najpomembnejši med njimi je S2, zvezda, ki teče eliptično orbito okoli radijskega vira Strelca A *.

S2 ima orbitalno obdobje 15,2 let in doseže minimalno razdaljo 18 milijard km (11,18 milijarde milj, 120 AU) od središča osrednjega objekta. To lahko povzroči le supermasiven objekt, saj ni mogoče ugotoviti nobenega drugega vzroka. In iz orbitalnih parametrov S2 so astronomi lahko izdelali ocene o velikosti in masi predmeta.

Na primer, gibi S2 so astronomi izračunali, da mora imeti objekt v središču njegove orbite najmanj 4,1 milijona sončnih mas (8,2 × 10³³ metričnih ton; 9,04 × 10³³ ameriških ton). Poleg tega bi polmer tega predmeta moral biti manjši od 120 AU, sicer bi S2 trčil v njo.

Najboljše dokaze do zdaj je leta 2008 predložil Inštitut Max Planck za nezemeljsko fiziko in skupina Galactic Center UCLAs. S pomočjo podatkov, pridobljenih v 16-letnem obdobju s pomočjo zelo velikega teleskopa ESO in Kecka, so lahko ne le natančno ocenili razdaljo do središča naše galaksije (27.000 svetlobnih let od Zemlje), temveč tudi spremljali orbite zvezd tam z neizmerno natančnostjo.

Kot je povedal Reinhard Genzel, vodja ekipe z Inštituta za nezemeljsko fiziko Max-Planck:

“Nedvomno najbolj spektakularen vidik naše dolgoročne študije je, da je predstavil tisto, kar danes velja za najboljšega empiričnega dokaza, da supermasivne črne luknje resnično obstajajo. Zvezdne orbite v Galaktičnem centru kažejo, da mora biti osrednja masna koncentracija štirih milijonov sončnih mas črna luknja, brez kakršnega koli razumnega dvoma. "

Še en pokazatelj prisotnosti Strelca A * se je pojavil 5. januarja 2015, ko je NASA poročala o rekordnem rentgenskem blisku, ki prihaja iz središča naše galaksije. Na podlagi odčitkov iz rentgenskega observatorija Chandra so poročali o emisijah, ki so bile 400-krat večje kot običajno. Menili so, da je posledica asteroida, ki pade v črno luknjo, ali zaradi zapleta vodov magnetnega polja znotraj plina, ki teče vanj.

Druge galaksije:

Tudi astronomi so našli dokaze o SMBH v središču drugih galaksij znotraj lokalne skupine in zunaj nje. Sem spadajo bližnja galaksija Andromeda (M31) in eliptična galaksija M32 ter oddaljena spiralna galaksija NGC 4395. To temelji na dejstvu, da zvezde in plinski oblaki blizu središča teh galaksij kažejo opazno povečanje hitrosti.

Druga indikacija je Active Galactic Nuclei (AGN), kjer se občasno zaznajo množični razpoki radijskih, mikrovalovnih, infrardečih, optičnih, ultra vijoličnih (UV), rentgenskih in gama žarkov, ki prihajajo iz regij hladne snovi (plina in prahu ) v središču večjih galaksij. Medtem ko sevanje ne prihaja iz samih črnih lukenj, naj bi bil vzrok takšen masiven predmet na okoliško snov.

Skratka, plini in prah tvorijo diske za naselitev v središču galaksij, ki krožijo po supermasivnih črnih luknjah in jih postopoma napajajo. Neverjetna sila gravitacije v tej regiji stisne material diska, dokler ne doseže več milijonov stopinj kelvina, ustvarja svetlo sevanje in elektromagnetno energijo. Korona vročega materiala se tvori tudi nad akumulacijskim diskom in lahko razprši fotone do rentgenskih energij.

Medsebojno delovanje med vrtečim magnetnim poljem SMBH in diskrecijskim diskom ustvarja tudi močne magnetne curke, ki streljajo material nad in pod črno luknjo z relativističnimi hitrostmi (to je pri pomembnem deležu svetlobne hitrosti). Ti curki se lahko raztezajo na več sto tisoč svetlobnih let in so drugi potencialni vir opazovanega sevanja.

Ko se Andromedina galaksija v nekaj milijardah let združi z našo, se bo supermasivna črna luknja, ki je v njenem središču, združila z našo, kar bo ustvarilo veliko bolj množično in močno. Ta interakcija bo verjetno izgnala več zvezd iz naše kombinirane galaksije (ki proizvajajo lopušne zvezde), prav tako pa bo verjetno povzročila, da bo naše galaktično jedro (ki je trenutno neaktivno) spet aktivno.

Preučevanje črnih lukenj je še vedno v povojih. In tisto, kar smo se naučili samo v zadnjih nekaj desetletjih, je bilo vznemirljivo in navdušujoče. Ne glede na to, ali so manjše mase ali supermasivne, so črne luknje sestavni del našega Vesolja in igrajo aktivno vlogo pri njegovem razvoju.

Kdo ve, kaj bomo našli, ko bomo pokukali globlje v vesolje? Morda bomo nekega dne obstajali tehnologija in čudaška drzava, da bomo poskusili doseči vrh pod tančico obzorja dogodkov. Si lahko predstavljate, da se to dogaja?

Tu smo napisali veliko zanimivih člankov o črnih luknjah pri reviji Space. Tukaj je nekaj drugega kot razumen dvom: Supermasivna črna luknja živi v središču naše galaksije, X-Ray Flare Echo odkriva supermasivni črni luknjič, kako ste tehtali supermasivno črno luknjo? Vzemite njegovo temperaturo in kaj se zgodi, ko se trčijo supermasivne črne luknje?

Astronomy Cast tudi nekaj ustreznih epizod na to temo. Tu je epizoda 18: Črne luknje velike in majhne in Epizoda 98: Kvazarji.

Več za raziskovanje: epizode Astronomije Cast Quasars in Black Holes Big and Small.

Viri: