Supermasywne czarne dziury: galaktyczne behemoty

W centrum naszej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. Nie można go zobaczyć bezpośrednio przez teleskopy lub naszymi oczami, ale astronomowie wiedzą, że tam jest. W rzeczywistości w sercach wielu galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury. Skąd astronomowie wiedzą, że te potwory czają się w rdzeniach galaktycznych? Korzystają z różnych metod badania światła przechodzącego przez czarną dziurę, a także badają obszar wokół czarnej dziury, aby zrozumieć, w jaki sposób wpływa ona na pobliskie chmury gazu, pyłu, a nawet gwiazd. Obecnie supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej, zwana Strzelcem A *, jest dość cicha, a astronomowie monitorują ją na wielu długościach fal światła, aby zrozumieć jej działania.

Czarne dziury są ulubieńcem opowiadań science fiction i mediów. Czasami są używane jako urządzenie fabularne, aby umożliwić jakąś sztuczkę międzygwiezdną. Lub pojawiają się w podróżach w czasie lub w innym ważnym elemencie historii. Choć opowieści są tak fascynujące, rzeczywistość kryjąca się za tymi dziwnymi potworami jest bardziej intrygująca, niż mogą sobie wyobrazić pisarze. Jakie są fakty dotyczące supermasywnych czarnych dziur? Czy kryje się za naukowymi przedstawieniami supermasywnych czarnych dziur? Dowiedzmy Się.

Ogólnie, supermasywne czarne dziury są takie, jak mówi ich nazwa: naprawdę, naprawdę ogromne czarne dziury. Mierzą setki tysięcy mas Słońca (jedna masa Słońca równa się masie Słońca) do miliardów mas Słońca. Posiadają ogromną moc i mają niesamowity wpływ na swoje galaktyki.

Większość supermasywnych czarnych dziur istnieje w rdzeniach galaktyki. To centralne położenie pozwala im (przynajmniej częściowo) pomóc utrzymać galaktyki razem. Ich grawitacja jest tak ogromna, ze względu na ich niesamowitą masę, że nawet gwiazdy oddalone o setki tysięcy lat świetlnych krążą wokół nich i wokół rdzeni galaktyk, w których żyją.

Ilekroć astronomowie mówią o czarnych dziurach, używają głównej właściwości, która odróżnia czarne dziury od innych „normalnych” obiektów wszechświat to gęstość. Jest to ilość „rzeczy” upakowanych w objętości czarnej dziury. Gęstość w rdzeniach czarnych dziur jest tak wysoka, że ​​zasadniczo staje się nieskończona. W szczególności objętość (ilość miejsca, jaką zajmuje czarna dziura i jej ukryta masa) zbliża się do zera. Oznacza to, że to niewiele więcej niż maleńka kropka w przestrzeni, ale ta drobna kropka, zwana osobliwością, zawiera niesamowitą ilość masy. To sprawia, że ​​jest niesamowicie gęsty. Gęstość ta jest rozłożona na cały obszar czarnej dziury, od osobliwości do horyzont zdarzeń (punkt, w którym grawitacja czarnej dziury jest zbyt silna, aby cokolwiek opierać się.

Brzmi to tak, jakby wnętrze czarnej dziury (poza horyzontem zdarzeń) mogło zostać niesamowicie zniszczone, bez miejsca. Co ciekawe, istnieje eksperyment myślowy, który mówi, że średnia gęstość supermasywnych czarnych dziur może być mniejsza niż powietrze, którym oddychają ludzie. W rzeczywistości im większa masa, tym mniej gęsta supermasywna czarna dziura jest, jeśli weźmie się pod uwagę całą objętość obszaru od osobliwości do horyzontu zdarzeń. Masa byłaby rozłożona w tym regionie, z większą masą na osobliwości niż na „obrzeżach”.

Jeśli to prawda, wówczas można nie tylko zbliżyć się do supermasywnej czarnej dziury teoretycznie wpaść w supermasywną czarną dziurę i przetrwać dość długo, aż zbliży się do osobliwość. Jest jednak jeden duży problem: grawitacja. Jest tak silny, że wszystko, co przeleci poza horyzont zdarzeń, zostanie rozerwane przez ekstremalne przyciąganie grawitacyjne. Tyle o podróży do tunelu czasoprzestrzennego!

Tworzenie supermasywnych czarnych dziur jest nadal jedną z tajemnic astrofizyki. Normalne czarne dziury to resztki rdzenia pozostawione z supernowa eksplozja masywnej gwiazdy. Im bardziej masywna gwiazda, tym bardziej masywna pozostaje czarna dziura.

Można zatem założyć, że supermasywne czarne dziury powstają po zapadnięciu się supermasywnej gwiazdy. Problem polega na tym, że wykryto niewiele takich gwiazd. Co więcej, fizyka mówi nam, że nie powinny nawet istnieć. Jednak tak jest. Najbardziej masywne gwiazdy są od dziesiątek do stu razy większe od masy Słońca. Kilka rzadkich środków przeciwgrzybiczych może wynosić do 300 mas gwiezdnych. Mimo to, nawet te potwory są dalekie od rodzajów mas, które byłyby potrzebne do stworzenia supermasywnej czarnej dziury. Mówiąc wprost: do zbudowania supermasywnej czarnej dziury potrzeba DUŻO więcej masy niż w nawet najbardziej supermasywnych gwiazdach.

Więc jeśli te obiekty nie są tworzone w tradycyjny sposób innych czarnych dziur, to skąd się biorą te czarne dziury? Wiodącą ideą jest to, że utworzyli one o wiele mniejsze czarne dziury, aby zbudować duże. W końcu nagromadzenie masy doprowadziłoby do powstania supermasywnej czarnej dziury. To jest hierarchiczna teoria budowania supermasywnej czarnej dziury. Istnieją pewne problemy z tą teorią, ponieważ wymaga ona badania supermasywnych czarnych dziur o „masie pośredniej”. Byłyby „inb pomiędzy krokiem” od mniejszych czarnych dziur do supermasywnych potworów. Astronomowie zaczynają wykrywać ich więcej i badać ich szczególne cechy, aby wypełnić luki w teorii hierarchicznej.

Inną wiodącą teorią na temat tworzenia supermasywnych czarnych dziur jest to, że powstały one w pierwszych chwilach po Big Bang. Oczywiście nie wszystko jest do końca zrozumiane na temat warunków w tym czasie, aby dowiedzieć się, w jaki sposób odgrywają rolę czarne dziury i co spowodowało ich powstanie.

Obserwacje znanych czarnych dziur supermasywnych i o średniej masie sugerują, że teoria fuzji jest prawdopodobnie najprostszym wyjaśnieniem. Badanie najstarszych, najbardziej odległych i masywnych supermasywnych czarnych dziur, kwazary w szczególności pokazuje, że istnieją dowody na to fuzja wielu galaktyk odegrał rolę. Kiedy galaktyki się łączą, wydaje się, że również ich czarne dziury. Fuzje odgrywają rolę w kształtowaniu galaktyk, które widzimy dzisiaj, więc ma sens, że ich centralne czarne dziury mogą nadejść na przejażdżkę i rosnąć wraz z galaktykami. Co ciekawe, kiedy te czarne dziury się łączą, wysyłają dużo energii. Akcja emituje również fale grawitacyjne, które astronomowie są teraz w stanie zmierzyć.

Jeśli fuzje są odpowiedzią, stanowią częściowe rozwiązanie pośredniego problemu czarnej dziury. W obu przypadkach odpowiedź nie jest jeszcze jasna. Trzeba dużo więcej pracy, aby obserwować i charakteryzować galaktyki i ich czarne dziury.

Wracając do science fiction i czarnych dziur, istnieją właściwości, które całkowicie zakrzywiają umysł, z którego korzystali pisarze. Historie z szybsza niż podróż lekka, podróż międzygwiezdna podróże w czasie przenikają powieści science fiction. Istnieją nawet teorie, że czarne dziury są bramami do alternatywnych wszechświatów.

Czy jest więc jakiś dowód na poparcie któregoś z tych pomysłów? Właściwie tak, chociaż tylko w bardzo ekstremalnych okolicznościach. Pomysł wykorzystania czarnych dziur jako tuneli czasoprzestrzennych, które w jakiś sposób łączą nas z drugą stroną wszechświata, istnieje od dziesięcioleci. To wielka i fantazyjna fantazja, która prawdopodobnie nie stanie się wkrótce rzeczywistością.

Możliwości zostały nawet obliczone przy użyciu poważnej fizyki i ogólna teoria względności. Teoretycznie takie rzeczy mogą się zdarzyć, jak pokazano w filmie z 2014 roku Międzygwiezdny. Fizyk, który pracował z filmowcami, wpadł na kilka teoretycznych pomysłów, które wsparły film i działały naukowo. Wymagana technologia jest jednak nadal niedostępna i należy spełnić szereg specjalnych warunków. Ale kto wie - duża część technologii, którą ludzie używają dzisiaj do lotu, była kiedyś uważana za niemożliwą.

• Supermasywne czarne dziury istnieją w sercach wielu galaktyk, w tym Drogi Mlecznej.
• Niektóre galaktyki, takie jak Galaktyka Andromedy, mogą mieć więcej niż jeden z tych potworów.
• Kiedy galaktyki łączą się, ich czarne dziury również mogą się łączyć.
• Supermasywne czarne dziury mogą mieć w sobie ukryte miliardy gwiezdnych mas.
• Nasza własna Droga Mleczna ma supermasywną czarną dziurę o nazwie Strzelec A *

• Mohon, Lee. „Supermasywne czarne dziury przerastają swoje galaktyki”. NASA, NASA, 15 lutego 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. „Zerowanie się nad tym, jak powstały supermasywne czarne dziury”. Amerykański naukowiec, 29 września 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• „Supermasywna czarna dziura | KOSMOS." Centrum Astrofizyki i Superkomputerów, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive black hole.

Edytowane i aktualizowane przez Carolyn Collins Petersen.