Supermasivne črne luknje: Galaktični Behemoths

V središču naše galaksije je supermasivna črna luknja. Ne moremo je videti neposredno s teleskopi ali z očmi, vendar astronomi vedo, da je tam. Pravzaprav so na srcu številnih galaksij supermasivne črne luknje. Kako astronomi vedo, da te pošasti skrivajo v galaktičnih jedrih? Uporabljajo različne metode za preučevanje svetlobe, ko gre mimo črne luknje, poleg tega pa preučujejo območje okoli črne luknje, da bi razumeli, kako vpliva na bližnje oblake plina, prahu in celo zvezd. Trenutno je supermasivna črna luknja v Mlečni poti, imenovana Strelec A *, dokaj tiha, astronomi pa jo spremljajo v številnih valovnih dolžinah svetlobe, da bi razumeli njena dejanja.

Črne luknje so priljubljene v znanstvenofantastičnih zgodbah in medijih. Včasih jih uporabljajo kot načrtno napravo, da omogočijo nekakšen medzvezdni potovalni trik. Ali pa se pokažejo v potovanju po času ali kakšnem drugem pomembnem elementu zgodbe. Kakor fascinantne so takšne zgodbe, je resničnost za te čudne behemote bolj intrigantna, kot si pisatelji lahko predstavljajo. Kakšna so dejstva o supermasivnih črnih luknjah? Ali za znanstvenofantastičnimi prikazi nadmasivne črne luknje stoji kakšna znanost? Pa ugotovimo.

Na splošno, supermasivne črne luknje so samo tisto, kar pove njihovo ime: res, res ogromne črne luknje. Merijo v sto tisoč sončnih mas (ena sončna masa je enaka masi Sonca) do milijard sončnih mas. Imajo ogromno moč in imajo neverjeten vpliv nad svojimi galaksijami.

Večina supermasivnih črnih lukenj obstaja v jedrih galaksije. Ta osrednja lokacija jim omogoča, da vsaj (delno) pomagajo držati galaksije skupaj. Njihova gravitacija je zaradi svoje neverjetne mase tako neizmerna, da so tudi zvezde, ki so stotine tisoč svetlobnih let, vezane v orbito okoli sebe in galaksijskih jeder, ki jih naseljujejo.

Kadarkoli astronomi govorijo o črnih luknjah, je glavna lastnost, ki jo uporabljajo, ki črne luknje ločuje od drugih "običajnih" predmetov v vesolje je gostota. To je količina "stvari", ki je zbrana v prostornino črne luknje. Gostota v jedrih črnih lukenj je tako velika, da v bistvu postane neskončna. Zlasti se prostornina (količina prostora, ki jo črna luknja zavzame, in njena skrita masa) približata ničli. To pomeni, da je malo več kot drobna točka v prostoru, toda ta drobna pika, imenovana singularnost, vsebuje neverjetno količino mase. Zaradi tega je neverjetno gosta. Ta gostota je razporejena po celotnem območju črne luknje, od singularnosti do obzorje dogodka (to je točka, kjer je gravitacija črne luknje premočna, da bi karkoli storila upreti se.

To zveni, kot da bi lahko notranjost črne luknje (onkraj obzorja dogodkov) neverjetno zatrla, brez prostora. Zanimivo je, da obstaja miselni eksperiment, ki pravi, da je povprečna gostota supermasivnih črnih lukenj dejansko lahko manjša, kot človek diha. V bistvu, večja kot je masa manj gosta je supermasivna črna luknja, če upoštevamo celoten volumen območja od singularnosti do dogodkovnega obzorja. Masa bi se porazdelila po tej regiji, z večjo maso v edinstvenosti kot na »obrobju«.

Če je to res, potem ne bi bilo mogoče priti le do supermasivne črne luknje, mogoče bi teoretično padejo v supermasivno črno luknjo in preživijo kar nekaj časa, dokler se ne približajo posebnost. Vendar pa obstaja ena velika težava: gravitacija. Tako močan je, da bi ga skrajni gravitacijski potegnili karkoli, ki bi švignil mimo obzorja dogodka. Toliko o potovanju v polžah!

Oblikovanje supermasivne črne luknje je še vedno ena od skrivnosti astrofizike. Običajne črne luknje so osnovni ostanki, ki so za seboj ostali supernova eksplozija ogromne zvezde. Bolj ko je zvezda bolj množična, bolj masivna črna luknja je za seboj.

Lahko bi torej domnevali, da iz zruševanja supermasivne zvezde nastanejo supermasivne črne luknje. Težava je v tem, da je bilo zaznanih malo takih zvezd. Poleg tega nam fizika govori, da sploh ne bi smeli obstajati. Vendar pa se. Najbolj masivne zvezde so desetine do stokrat večje od mase Sonca. Nekaj ​​redkih hipergibic je lahko do 300 zvezdnih mas. Kljub temu so celo te pošasti daleč od vrst množic, ki bi bile potrebne za ustvarjanje supermasivne črne luknje. Povedano povedano: za izdelavo supermasivne črne luknje je potrebno veliko več mase, kot jo vsebujejo celo najbolj supermasivne zvezde.

Torej, če ti predmeti niso ustvarjeni na tradicionalen način drugih črnih lukenj, od kod prihajajo črne luknje pošasti? Vodilna ideja je, da so oblikovali čim manjše črne luknje za gradnjo velikih. Sčasoma bi množična masa privedla do nastanka supermasivne črne luknje. To je hierarhična teorija gradnje supermasivne črne luknje. S to teorijo je nekaj težav, ker zahteva preučevanje "vmesne mase" supermasivne črne luknje. Bili bi "in b med korakom" od manjših črnih lukenj do supermasivnih pošasti. Astronomi začenjajo odkrivati ​​več teh in preučujejo njihove posebne značilnosti, da zapolnijo vrzeli v hierarhični teoriji.

Druga vodilna teorija o nastanku supermasivnih črnih lukenj je, da so nastale v prvih trenutkih po Big Bang. Seveda ni vse popolnoma razumljivo o razmerah v tistem času, da bi ugotovili, kako so igrale črne luknje in kaj je spodbudilo njihovo nastajanje.

Opazovanja znanih črnih lukenj supermasivne in srednje mase kažejo, da je teorija združitve verjetno najpreprostejša razlaga. Pregled najstarejših, najbolj oddaljenih in množičnih supermasivnih črnih lukenj, kvazarji konkretno kaže, da obstajajo dokazi, da združitev številnih galaksij igral vlogo. Ko se galaksije združijo, se zdi, da tudi njihove črne luknje. Združitve igrajo pomembno vlogo pri oblikovanju galaksij, ki jih vidimo danes, zato je smiselno, da se lahko njihove osrednje črne luknje pojavijo med vožnjo in rastejo skupaj s galaksijami. Zanimivo je, da se, ko se te črne luknje združijo, oddajo veliko energije. Akcija oddaja tudi gravitacijske valove, ki jih astronomi šele zdaj lahko merijo.

Če je združitev odgovor, potem nudijo delno rešitev vmesnega problema s črno luknjo. V obeh primerih odgovor še ni jasen. Veliko več dela je treba opraviti za opazovanje in označevanje galaksij in njihovih črnih lukenj.

Ko se vrnemo k znanstveni fantastiki in črnim luknjam, obstajajo lastnosti, ki pisce uporabljajo že v celoti. Zgodbe o hitrejši od lahkih potovanj, medzvezdna potovanja čas in potovanje prežemata romane znanstvene fantastike. Obstajajo celo teorije, da so črne luknje prehod v alternativne vesolje.

Je torej kakšen dokaz v podporo kateri koli od teh idej? Pravzaprav da, čeprav le v zelo ekstremnih okoliščinah. Zamisel o uporabi črnih lukenj kot črvičk, ki nas nekako povezujejo z drugo stranjo vesolja, obstaja že desetletja. To je velika in ljubka fantazija, ki verjetno kmalu ne bo postala resničnost.

Možnosti so bile celo izračunane z resno fiziko in splošna relativnost. Teoretično bi se lahko te stvari zgodile, kot je prikazano v filmu 2014 Interstellar. Fizik, ki je sodeloval z ustvarjalci filmov, je prišel do nekaterih teoretičnih idej, ki so podprle film in znanstveno delale. Vendar potrebna tehnologija še vedno ni na voljo, zato je treba izpolniti številne posebne pogoje. Toda kdo ve - veliko teh tehnologij, ki jih danes ljudje uporabljajo za let, je bilo nekoč tudi nemogoče.

• Supermasivne črne luknje obstajajo v središču mnogih galaksij, vključno z Mlečno potjo.
• Nekatere galaksije, na primer Andromedina galaksija, imajo lahko več kot eno od teh pošasti.
• Ko se galaksije združijo, se lahko združijo tudi njihove črne luknje.
• Supermasivne črne luknje imajo v sebi skrite do več milijard zvezdnih mas.
• Naša Mlečna pot ima supermasivno črno luknjo, imenovano Strelec A *

• Mohon, Lee. "Supermasivne črne luknje prerastejo svoje galaksije." NASA, NASA, 15. feb. 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "Zeroing in kako nastanejo supermasivne črne luknje." Znanstveni ameriški, 29. sept. 2017, www.scientistamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• „Supermasivna črna luknja | COSMOS. " Center za astrofiziko in superračunalništvo, astronomija.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive črna luknja.

Uredil in posodobil Carolyn Collins Petersen.