SUPERMASIVNE ČRNE LUKNJE ALI NJIHOVE GALAKSIJE? KATERI JE PRIŠEL PRVI?

Send

V središču skoraj vsake galaksije vesolja je supermasivna črna luknja. Kako so prišli tja? Kakšen je odnos med temi pošastnimi črnimi luknjami in galaksijami, ki jih obkrožajo?

Vsakič, ko astronomi pogledajo dlje v vesolje, odkrivajo nove skrivnosti. Te skrivnosti potrebujejo vsa nova orodja in tehnike za razumevanje. Te skrivnosti vodijo do več skrivnosti. Pravim, da so skrivnostne želve vse do konca.

Eno najbolj očarljivih je odkrivanje kvazarjev, razumevanje, kaj so, in razkritje še globlje skrivnosti, od kod prihajajo?

Kot vedno, grem predse, zato se najprej vrnimo in govorimo o odkrivanju kvazarjev.

Že v petdesetih letih prejšnjega stoletja so astronomi s pomočjo radijskih teleskopov pregledali nebo in v daljnem vesolju našli razred bizarnih predmetov. Bili so zelo svetli in neverjetno daleč; na stotine milijonov ali celo milijarde svetlobnih let. Prve so bile odkrite v radijskem spektru, a sčasoma so astronomi v vidnem spektru našli še več utripa.

Astronom Hong-Yee Chiu je skoval izraz "kvazar", ki je pomenil kvazizvezdni objekt. Bili so kot zvezde, ki svetijo iz enega samega vira, vendar očitno niso bile zvezde, ki so žarele z več sevanja kot celotna galaksija.

Skozi desetletja so astronomi zbadali naravo kvazarjev, pri čemer so se naučili, da gre pravzaprav za črne luknje, aktivno hranijo in razstreljujejo sevanje, vidno več milijard svetlobnih let.

Niso pa bile zvezdne masne črne luknje, za katere je bilo znano, da so umrle velikanske zvezde. To so bile supermasivne črne luknje, z milijoni ali celo milijardami večjo maso Sonca.

Že v 70. letih prejšnjega stoletja so astronomi razmišljali o možnosti, da bi bile te supermasivne črne luknje v središču mnogih galaksij, celo Mlečna pot.

Leta 1974 so astronomi odkrili radijski vir v središču Mlečne poti, ki oddaja sevanje. Naslovil ga je Strelec A *, z zvezdico, ki v perspektivi "navdušeni atomi" pomeni "vznemirljivo".

To bi ustrezalo emisijam supermasivne črne luknje, ki se ne hrani aktivno. Naša lastna galaksija bi bila lahko kvazar v preteklosti ali v prihodnosti, toda prav zdaj je bila črna luknja, razen tega subtilnega sevanja, večinoma tiha.

Astronomi so morali biti prepričani, zato so izvedli podroben pregled samega središča Mlečne poti v infrardečem spektru, ki jim je omogočil, da so skozi plin in prah, ki zasenči jedro, vidni svetlobi.

Odkrili so skupino zvezd, ki krožijo okoli A-zvezde Strelca, kot kometi, ki krožijo okoli Sonca. Le črna luknja z milijonkratno maso Sonca bi lahko zagotovila takšno gravitacijsko sidro, da bi te zvezde bikale na tako bizarnih orbitah.

Nadaljnje raziskave so našle supermasivno črno luknjo v središču Andromedine galaksije, v resnici pa se zdi, kot da so te pošasti v središču skoraj vsake galaksije v vesolju.

Toda kako so se oblikovale? Od kod so prišli? Ali se je galaksija najprej oblikovala in povzročila, da se je na sredini oblikovala črna luknja ali se je črna luknja oblikovala in okoli njih zgradila galaksijo?

Do nedavnega je bila to še vedno ena velikih nerazrešenih skrivnosti v astronomiji. Glede na to so astronomi opravili veliko raziskav in uporabili vse bolj občutljive opazovalnice, razvili svoje teorije in zdaj zbirajo dokaze, ki bi lahko pomagali do dna te skrivnosti.

Astronomi so razvili dva modela, kako se je združila obsežna struktura vesolja: od zgoraj navzdol in od spodaj navzgor.

V modelu od zgoraj navzdol je celoten galaktični superklaster naenkrat nastal iz ogromnega oblaka prvobitnega vodika, ki je ostal od velikega poka. Zvezdniki so vredni zvezdnikov.

Ko se je oblak združil, se je vrtel in brcal manjše spirale in pritlikave galaksije. Pozneje bi se lahko združili v bolj zapleteno strukturo, ki jo vidimo danes. Supermasivne črne luknje bi nastale kot gosta jedra teh galaksij, ko bi se združile.

Če želite okoli tega zaviti svoj um, pomislite na zvezdnato drevesnico, ki je tvorilo naše Sonce in kup drugih zvezd. Predstavljajte si en sam oblak plina in prahu, ki tvori več zvezdnih sistemov znotraj njega. Sčasoma so zvezde dozorevale in se oddaljevale druga od druge.

To je zgoraj navzdol. En velik dogodek, ki vodi do strukture, ki jo vidimo danes.

V modelu od spodaj navzgor se žepi plina in prahu zberejo v večje in večje mase, sčasoma tvorijo pritlikave galaksije in celo grozde in superklase, ki jih vidimo danes. Supermasivne črne luknje v središču galaksij so nastale iz trčenj in združitev med črnimi luknjami skozi eone.

Pravzaprav to dejansko mislijo astronomi, da so planeti v Osončju nastali. S koščki prahu drug drugega privabljajo v večja in večja zrna, dokler predmeti v velikosti planeta niso nastali v milijonih let.

Spodaj, majhni deli se združijo.

Kmalu po velikem udaru je bilo vesolje neverjetno gosto. Toda povsod ni bila enaka gostota Majhna kvantna nihanja gostote so se na začetku razvijala skozi več milijard let širjenja v galaktične superklusterje, ki jih vidimo danes.

Želim se ustaviti in pustiti, da se to za sekundo potopi v vaše možgane. V zgodnjem vesolju so bile mikroskopske spremembe gostote. Te spremembe so postale strukture stotine milijonov svetlobnih let, ki jih vidimo danes.

Predstavljajte si obe sila, ki igrata, ko se je dogajalo širjenje Vesolja. Po eni strani imate medsebojno težo delcev, ki se med seboj vlečejo. Po drugi strani pa imate širitev Vesolja, ki delce ločuje drug od drugega. O velikosti galaksij, grozdov in superklusterjev je odločala točka ravnotežja teh nasprotnih sil.

Če bi se majhni koščki združili, bi dobili to obliko od spodaj navzgor. Če bi se zbrali veliki kosi, bi dobili to postavitev od zgoraj navzdol.

Ko astronomi pogledajo v vesolje na največjih lestvicah, opazujejo grozde in naddruge, kolikor lahko vidijo - kar podpira model od zgoraj navzdol.

Po drugi strani pa opažanja kažejo, da so se prve zvezde oblikovale le nekaj sto milijonov let po velikem udaru, ki podpira od spodaj navzgor.

Torej je odgovor oboje?

Ne, najsodobnejša opazovanja dajejo prednost postopkom od spodaj navzgor.

Ključno je, da se gravitacija giblje s svetlobno hitrostjo, kar pomeni, da se gravitacijska interakcija med delci, ki se širijo drug od drugega, potrebna, da dohiteva, s hitrostjo svetlobe.

Z drugimi besedami, ne bi dobili materiala, ki bi bil vreden presežka, samo materiala, ki bi bil vreden zvezde. Toda te prve zvezde so bile narejene iz čistega vodika in helija in bi lahko postale veliko bolj množične od zvezd, ki jih imamo danes. Hitro bi živeli in umrli v eksplozijah supernove, kar bi ustvarilo veliko bolj masovne črne luknje, kot jih imamo danes.

Prve protogalaksije so se zbrale, tako da so zbrale te prve pošastne črne luknje in ogromne zvezde, ki jih obdajajo. In potem so se te milijone lukenj skozi milijone in milijarde let znova in znova združile in nabrale na milijone in celo milijarde krat večjo maso Sonca. Tako smo dobili sodobne galaksije, ki jih vidimo danes.

Nedavno je bilo ugotovljeno, da ta sklep podpira. V začetku letošnjega leta so astronomi napovedali odkritje supermasivne črne luknje v središču sorazmerno drobnih galaksij. V naši Mlečni poti je supermasivna črna luknja 4,1 milijona večja od Sončeve mase, vendar predstavlja le 0,01% celotne mase galaksije.

Toda astronomi z univerze v Utahu so našli dve ultra kompaktni galaksiji s črnimi luknjami v višini 4,4 milijona oziroma 5,8 milijona več kot masa Sonca. In vendar, črne luknje predstavljajo 13 in 18 odstotkov mase njihovih gostiteljskih galaksij.

Razmišljanje je, da so bile te galaksije nekoč normalne, vendar so se zgodile z drugimi galaksijami prej v zgodovini vesolja, odvzete so jim bile zvezde in so nato pljuvale, da bi gostovale po kozmosu.

Žrtve so zgodnjih združitvenih dogodkov, dokazi o pokolu, ki se je zgodil v zgodnjem vesolju, ko so se združitve dogajale.

Vedno govorimo o nerazrešenih skrivnostih v vesolju, vendar to astronomi začnejo uganiti.

Najbolj verjetno se zdi, da je struktura Vesolja, ki jo vidimo danes, oblikovana od spodaj navzgor. Prve zvezde so se zbrale v protogalaksije, ki so umirale kot supernova, da bi tvorile prve črne luknje. Struktura Vesolja, ki jo vidimo danes, je končni rezultat milijard let oblikovanja in uničenja. S supermasivnimi črnimi luknjami se sčasoma sestavijo.

Ko bodo teleskopi, kot je James Webb, začeli delovati, bi lahko videli, da se ti kosi združujejo, na samem robu opazovalnega vesolja.