ČO JE TO SUPERMASSIVE BLACK HOLE?

Send

V roku 1971 anglickí astronómovia Donald Lynden-Bell a Martin Rees predpokladali, že v centre našej Mliečnej dráhy je supermasívna čierna diera (SMBH). Toto bolo založené na ich práci s rádiovými galaxiami, ktoré ukázali, že obrovské množstvo energie vyžarované týmito objektmi bolo spôsobené tým, že sa plyn a hmota hromadili na čiernej diere v ich strede.

V roku 1974 boli prvé dôkazy o tomto SMBH nájdené, keď astronómovia detegovali masívny rádiový zdroj prichádzajúci z centra našej galaxie. Táto oblasť, ktorú nazvali Strelec A *, je viac ako 10 miliónov krát hmotnejšia ako naše vlastné Slnko. Od svojho objavu astronómovia našli dôkaz, že v centrách väčšiny špirálových a eliptických galaxií v pozorovateľnom vesmíre sú supermasívne čierne diery.

Popis:

Supermasívne čierne diery (SMBH) sa odlišujú od čiernych dier s nízkou hmotnosťou mnohými spôsobmi. Pre začiatočníkov, pretože SMBH majú omnoho vyššiu hmotnosť ako menšie čierne diery, majú tiež nižšiu priemernú hustotu. Je to spôsobené skutočnosťou, že pri všetkých sférických objektoch je objem priamo úmerný kocke polomeru, zatiaľ čo minimálna hustota čiernej diery je nepriamo úmerná štvorcu hmoty.

Okrem toho prílivové sily v blízkosti horizontu udalostí sú výrazne masívnejšie pre masívne čierne diery. Rovnako ako v prípade hustoty je prílivová sila na telo v horizonte udalostí nepriamo úmerná štvorcu hmotnosti. Preto by objekt nezažil výraznú prílivovú silu, kým nebol veľmi hlboko v čiernej diere.

Tvorenie:

Ako sa formujú SMBH, zostáva predmetom veľa vedeckej debaty. Astrofyzici do značnej miery veria, že sú výsledkom fúzií čiernych dier a hromadenia hmoty. Ale tam, kde pochádzajú „semená“ (t. J. Progenitory) týchto čiernych dier, je nesúlad. V súčasnosti je najzreteľnejšou hypotézou to, že sú pozostatkami niekoľkých mohutných hviezd, ktoré explodovali a ktoré vznikli hromadením hmoty v galaktickom centre.

Ďalšou teóriou je, že predtým, ako sa v našej galaxii vytvorili prvé hviezdy, sa veľký oblak plynu zhroutil na „hviezdicu qausi“, ktorá sa stala nestabilnou voči radiálnym poruchám. Potom sa zmenila na čiernu dieru asi 20 Slnečných hmôt bez potreby výbuchu supernovy. Postupom času rýchlo narastala hmota, aby sa stala strednou a potom supermasívnou čiernou dierou.

V ešte ďalšom modeli hustý hviezdny zhluk zažil kolaps jadra ako výsledok rozptylu rýchlosti v jeho jadre, ku ktorému došlo pri relativistických rýchlostiach v dôsledku negatívnej tepelnej kapacity. Nakoniec existuje teória, že praveké čierne diery sa mohli vytvoriť priamo vonkajším tlakom bezprostredne po Veľkom tresku. Tieto a ďalšie teórie zatiaľ zostávajú teoretické.

Strelec A *:

Viaceré línie dôkazov poukazujú na existenciu SMBH v centre našej galaxie. Aj keď neboli pozorované žiadne priame pozorovania Strelca A *, jeho prítomnosť bola odvodená z vplyvu, ktorý má na okolité objekty. Najvýznamnejšou z nich je S2, hviezda, ktorá preteká eliptickou obežnou dráhou okolo zdroja rádia A * Strelec.

S2 má obežnú dobu 15,2 rokov a dosahuje minimálnu vzdialenosť 18 centimetrov (11,18 miliárd mi, 120 AU) od stredu centrálneho objektu. Za to by mohol zodpovedať iba supermasívny predmet, pretože nie je možné zistiť žiadnu inú príčinu. A z orbitálnych parametrov S2 boli astronómovia schopní odhadnúť veľkosť a hmotnosť objektu.

Napríklad pohyby S2 viedli astronómov k výpočtu, že objekt v strede svojej obežnej dráhy musí mať najmenej 4,1 milióna slnečných hmôt (8,2 × 10 ³³ metrických ton; 9,04 × 10 ³³ amerických ton). Okrem toho by polomer tohto objektu musel byť menší ako 120 AU, inak by s ním S2 narážal.

Doterajší najlepší dôkaz však v roku 2008 poskytol Inštitút mimozemskej fyziky Maxa Plancka a skupina Galaktického centra UCLA. Použitím údajov získaných za 16 rokov pomocou ESO veľmi veľkého ďalekohľadu a Keckovho ďalekohľadu dokázali nielen presne odhadnúť vzdialenosť do stredu našej galaxie (27 000 svetelných rokov od Zeme), ale tiež sledovať obežné dráhy hviezd. tam s obrovskou presnosťou.

Ako Reinhard Genzel, vedúci tímu z inštitútu Max-Planck pre mimozemskú fyziku povedal:

“Nepochybne najokázalejším aspektom našej dlhodobej štúdie je to, že poskytla to, čo sa dnes považuje za najlepší empirický dôkaz, že skutočne existujú superhmotné čierne diery. Hviezdne dráhy v galaktickom centre ukazujú, že centrálna hmotnostná koncentrácia štyroch miliónov slnečných hmôt musí byť bez akýchkoľvek pochybností čiernou dierou. “

Ďalšia indikácia prítomnosti Strelca A * nastala 5. januára 2015, keď NASA ohlásila rekordnú röntgenovú erupciu prichádzajúcu z centra našej galaxie. Na základe údajov z röntgenového observatória Chandra uviedli emisie, ktoré boli 400-krát jasnejšie ako obvykle. Tieto boli považované za výsledok padania asteroidu do čiernej diery alebo zapletenia magnetických siločiar v rámci plynu, ktorý do neho prúdil.

Iné galaxie:

Astronómovia tiež našli dôkazy o SMBH v centre iných galaxií v rámci lokálnej skupiny aj mimo nej. Medzi ne patrí blízka galaxia Andromeda (M31) a eliptická galaxia M32 a vzdialená špirálová galaxia NGC 4395. Je to založené na skutočnosti, že oblaky hviezd a plynov v blízkosti stredu týchto galaxií vykazujú pozorovateľné zvýšenie rýchlosti.

Ďalšou indikáciou sú aktívne galaktické jadrá (AGN), kde sa periodicky detegujú masívne výbuchy rádiových, mikrovlnných, infračervených, optických, ultrafialových (UV), röntgenových a gama lúčov pochádzajúcich z oblastí studenej hmoty (plyn a prach) ) v strede väčších galaxií. Kým žiarenie nepochádza zo samotných čiernych dier, za príčinu sa považuje vplyv takéhoto masívneho objektu na okolitú hmotu.

Stručne povedané, plyn a prach tvoria v strede galaxií akumulačné disky, ktoré obiehajú supermasívne čierne diery a postupne ich kŕmia hmotou. Neuveriteľná gravitačná sila v tejto oblasti stláča materiál disku, až kým nedosiahne milióny stupňov kelvinov a vytvára jasné žiarenie a elektromagnetickú energiu. Nad akrečným diskom sa tiež vytvára koróna horúceho materiálu a môže rozptýliť fotóny až do röntgenovej energie.

Interakcia medzi rotujúcim magnetickým poľom SMBH a akrečným diskom tiež vytvára silné magnetické prúdy, ktoré pália materiál nad a pod čiernou dierou pri relativistických rýchlostiach (t. J. Pri významnom zlomku rýchlosti svetla). Tieto trysky môžu trvať až stovky tisíc svetelných rokov a sú druhým potenciálnym zdrojom pozorovaného žiarenia.

Keď sa galaxia Andromeda spojí s našou vlastnou o niekoľko miliárd rokov, supermasívna čierna diera, ktorá je v jej strede, sa spojí s našou vlastnou a vytvorí oveľa mohutnejšiu a silnejšiu. Táto interakcia pravdepodobne vyhodí niekoľko hviezd z našej kombinovanej galaxie (vytvára nečestné hviezdy) a tiež pravdepodobne spôsobí, že sa naše galaktické jadro (ktoré je momentálne neaktívne) opäť stane aktívnym.

Štúdium čiernych dier je stále v plienkach. A to, čo sme sa naučili iba v posledných niekoľkých desaťročiach, bolo vzrušujúce a zároveň úžasné. Či už ide o hmoty s nízkou hmotnosťou alebo supermasívne, čierne diery sú neoddeliteľnou súčasťou nášho vesmíru a zohrávajú aktívnu úlohu v jeho vývoji.

Kto vie, čo nájdeme, keď sa pozrieme hlbšie do vesmíru? Možno jedného dňa budeme mať túto technológiu a úplnú odvahu, aby sme sa mohli pokúsiť vyvrcholiť pod závojom horizontu udalostí. Viete si to predstaviť?

Napísali sme veľa zaujímavých článkov o čiernych dierach tu v časopise Space Magazine. Toto je nad rámec akýchkoľvek rozumných pochybností: Živočíšne čierne diery žijúce v strede našej galaxie, röntgenová erupcia svetelnej lúče odhaľuje supermasívny čierny dierny torus, ako vážite supermasívnu čiernu dieru? Vezmite svoju teplotu a čo sa stane, keď sa zrazia supermasívne čierne diery?

Astronómia vrhá na túto tému aj niekoľko dôležitých epizód. Tu je epizóda 18: Čierne diery veľké a malé a epizóda 98: kvázary.

Viac na preskúmanie: epizódy Astronomy Cast, kvasary a Black Holes Large and Small.

zdroj: