Tähtitiede

Miksi supermassiiviset mustat aukot eivät voi sulautua? (vai voivatko he?)

Miksi supermassiiviset mustat aukot eivät voi sulautua? (vai voivatko he?)

CNet-artikkeli Tähtitieteilijät löytävät kaksi supermassiivista mustaa aukkoa kuolinspiraalissa linkeistä läheisen erotuksen binaarisen kvasarin löytämiseen z ~ 0,2: n sulautuvan galaksin sydämessä ja sen vaikutuksista matalataajuisiin gravitaatioaivoihin (saatavana ArXivissa) ja sanoo:

Supermassiiviset mustat aukot löytyvät yleensä galaksien keskiosasta, mukaan lukien omamme, ja galaksien sulautumisen aikana ne päätyvät aloittamaan kuoleman tanssin, joka pyöri toistensa ympärillä lähes loputtomassa valssissa, kunnes lopulta sulautuu. Tutkijoilla on kuitenkin tällä hetkellä epäselvää, kuinka kauan mustien aukkojen sulautuminen vie - tai jopa, jos ne sulautuvat ollenkaan.

"Tähtitieteen kannalta on suuri hämmennys, että emme tiedä, sulautuvatko supermassiiviset mustat aukot", sanoi Princetonin astrofysikaalisten tieteiden professori Jenny Greene ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. "Kaikille mustan aukon fysiikassa, havainnointikyvyssä, tämä on pitkäaikainen palapeli, joka meidän on ratkaistava."

Tätä palapeliä kutsutaan "viimeiseksi parsec-ongelmaksi". Jotkut tähtitieteilijät uskovat, että kun kaksi supermassiivista mustaa aukkoa tulee riittävän lähelle toisiaan, jolloin etäisyys pienenee parsekiin (3,2 valovuotta), he voivat tanssia ikuisuuden.

Kysymys: Jos käy ilmi, että supermassiiviset mustat aukot eivät voi sulautua tai sinulla on vaikea tehdä niin, mitkä voivat olla syyt?


Suurin ongelma on kulmamomentti. Jotta kaksi gravitaatioon sidottua esinettä sulautuisivat (olivatpa ne sitten mustia aukkoja, supermassiivisia mustia aukkoja, planeettoja, tähtiä jne.), Niiden on päästettävä tarpeeksi kulmamomenttia, jotta kiertoradan erotuksestaan ​​tulee riittävän pieni. Keskimääräinen kiertoradan etäisyys (puoli-pääakseli) määräytyy kokonaan kiertoradan kulmamomentin perusteella (ainakin klassisessa mekaniikassa; en tiedä onko totta relativistisissa tilanteissa, kuten mustien aukkojen yhdistäminen, kun ne lähestyvät toisiaan). Kulmamomentin poistaminen edellyttää vuorovaikutusta muiden esineiden kanssa.

Kun kaksi galaksia sulautuu, niiden supermassiivisilla mustilla aukoilla on molemmilla kulmamomentti. "Dynaamisena kitkana" tunnetun ilmiön kautta gravitaatiovaikutukset muiden tähtien kanssa pilkkaavat suurimman osan kulmamomentinsa mustista aukoista, kunnes ne tuodaan muutaman parsekin sisälle toisiinsa. Tässä vaiheessa mustat aukot ovat sytyttäneet kaikki tähdet, jotka olivat alueella, eikä dynaamiselle kitkalle ole (oletettavasti) jäänyt mitään kulmamomentin haihtumiseksi. Kun mustat aukot ovat riittävän lähellä (en tiedä pääni yläosasta kuinka lähellä), gravitaatioaaltojen emissio pilaa kiertävän parin jäljellä olevasta kulmamomentista ja sulautumisesta tulee väistämätöntä.

Joten vastaa kysymykseesiSyy supermassiivisten mustien aukkojen kyvyttömyyteen sulautua on se, että ne ovat liian lähellä toisiaan, jotta galaksin keskellä olisi jäljellä olevaa ainetta (tähtiä, kaasua jne.) poistamaan kulmamomentti kiertoradalta, kun ovat jo poistaneet materiaalin itse, mutta eivät ole tarpeeksi lähellä gravitaatioaaltojen emissiolle kulmamomentin poistamiseksi tarpeeksi nopeasti, jotta niiden sulautuminen tapahtuisi pian (tähtitieteellisessä mielessä).


Yhdistyvätkö mustat aukot? Törmäysradan supermassiiviset mustat aukot pitävät vastausta

Tähtitieteilijät ovat havainneet kaukaisen mustan reiän parin, joista jokaisen massa on 800 miljoonaa kertaa aurinkoa suurempi - ja törmäävät törmäykseen.

Kun supermassiiviset mustat aukot lähestyvät lopullista kohtaloa, he alkavat lähettää gravitaatioaaltojen aaltoiluja aika-ajan kautta - myötävaikuttaen muiden supermassiivisten mustien aukkojen gravitaatioaaltojen taustameluun.

Jo ennen törmäystä tapahtuu supermassiivisen mustan aukon parista lähtevät gravitaatioaallot kääpiöt, jotka aiemmin havaittiin paljon pienempien mustien aukkojen ja neutronitähtien sulautumisesta.

Chiara Mingarelli, New Yorkin Flatiron-instituutin laskennallisen astrofysiikan keskuksen tutkimustyöntekijä ja mustan aukon lentoreittien tutkija, sanoo: "Supermassiiviset mustan aukon binaarit tuottavat voimakkaimpia gravitaatioaaltoja maailmankaikkeudessa."

Supermassiivisten mustien aukkojen parien painovoimat ovat miljoona kertaa kovempia kuin LIGO: n havaitsemat.

Löydöstä kerrottiin yksityiskohtaisesti Princetonin yliopiston tutkimustyöntekijän Andy Gouldingin johtamassa tutkimuksessa, joka julkaistiin Astrofysiikan lehtien kirjeet.

Kaksi supermassiivista mustaa aukkoa on noin 2,5 miljardin valovuoden päässä maasta, mikä tekee niistä erityisen kiinnostavia tähtitieteilijöitä. Koska tähtitieteen kaukaisiin kohteisiin katsominen muistuttaa ajassa taaksepäin katsomista - mustat aukot miehittävät maailmankaikkeuden, joka on 2,5 miljardia vuotta nuorempi kuin meidän. Se on myös suunnilleen sama aika kuin tähtitieteilijät arvioivat mustien aukkojen alkavan tuottaa voimakkaita painovoima-aaltoja.

Nykypäivän maailmankaikkeudessa mustat aukot lähettävät jo näitä gravitaatioaaltoja, mutta edes valon nopeudella aallot eivät saavuta meitä miljardeja vuosia.

Tämä duo-löytö voi auttaa tutkijoita arvioimaan, kuinka monta lähellä olevaa supermassiivista mustaa aukkoa lähettää gravitaatioaaltoja, jotka voimme mahdollisesti havaita juuri nyt.


Yhdistyvätkö supermassiiviset mustat reiät binäärisysteemien muodostamiseksi?


Penn State tähtitieteen ja astrofysiikan professori Micheal Eracleous Tittconissa Arizonassa sijaitsevassa Kitt Peakin kansallisessa observatoriossa.

Useimpien galaksien keskellä on mustia aukkoja, jotka ovat niin massiivisia & # 8211 jopa useita miljardeja kertoja aurinkomme massaan & # 8211, että he ovat ansainneet kuvailijan & # 8220supermassiivisen. & # 8221 Vertaa tätä omaan ajoon tähtimassan mustaa aukkoa, joka on 10–100 kertaa aurinkomme ja # 8217: n massa. Näiden supermassiivisten mustien aukkojen ymmärtäminen auttaa tähtitieteilijöitä ymmärtämään galaksien alkuperän ja evoluution. Yksi avoin kysymys on, voivatko ne muodostaa binäärejä.

Tähtimassan mustat aukot muodostavat binaarijärjestelmiä, kaksi mustaa reikää, jotka kiertävät toisiaan, jos ne muodostuvat binäärisen tähtijärjestelmän romahduksesta tai mahdollisesti kun kaksi mustaa aukkoa kaappaavat toisiaan painovoimallaan. Ne kiertyvät sisään ja sulautuvat lopulta niin voimakkaaseen tapahtumaan, että se lähettää aaltoilun avaruudessa ja ajassa gravitaatioaalloksi. Muutama vuosi sitten Laserinterferometrin gravitaatioaaltojen observatorio (LIGO) havaitsi tällaisen tapahtuman gravitaatioaallot ensimmäistä kertaa.

Teoriassa kahden galaksin yhdistäminen saattaa johtaa supermassisen lajikkeen binääriseen mustaan ​​aukkoon, mutta Tähtitieteilijät eivät ole toistaiseksi havainneet yksiselitteisesti yhtä näistä tapahtumista. Penn State tähtitieteen ja astrofysiikan professori Michael Eracleous on metsästyksen eturintamassa.

Noin kymmenen vuotta sitten julkaistiin useita artikkeleita, joissa väitettiin löytäneen binaarisia supermassiivisia mustia aukkoja, & # 8221 hän sanoi. & # 8220Olen tehnyt jonkin verran työtä binaaristen supermassiivisten mustien aukkojen parissa jatko-opiskelijana, joten tunsin olevani pakko ryhtyä projektiin keräämään paljon tietoa voidakseni tehdä vastakohdan näiden paperien väitteille. Kun pääsin siihen, näin, kuinka se oli yhteydessä galaksin evoluutioon. & # 8221

& # 8220 Kun tulin Penn Stateen, tiesin, että osasto sopii täydellisesti tekemäni tutkimustyyppiin, & # 8221 hän sanoi. Olen luonut hienoja yhteyksiä täällä oleviin kollegoihini, ja nyt tiedän, että jos olen koskaan jumissa, tarvitsee vain kuppi kahvia ja keskustelu asioiden selvittämiseksi. & # 8221

Joten miten etsit jotain, jota et ole koskaan nähnyt?

& # 8220 Suuressa osassa tähtitiedettä havainnointi on ensin & # 8211 näemme jotain ja se kertoo teoriamme, & # 8221 sanoi Eracleous. Binaaristen supermassiivisten mustien aukkojen teoria ajaa havaintoja. Kunnes löydämme yhden, kysymykset ovat & # 8216, olisiko niitä olemassa? & # 8217 ja & # 8216, pitäisikö niitä etsiä? & # 8217 Ja vastaus molempiin kysymyksiin on ehdottomasti & # 8216Kyllä. '& # 8221

Suurin ero supermassiivisten mustien reikien ja tähtimassan mustien aukkojen välillä on kaasu. Kun tähtimassan mustia aukkoja syntyy, kun tähti räjähtää supernovassa, suurin osa kaasusta ajetaan pois. Mutta massiivisten mustien aukkojen uskotaan kuljettavan kaasuja mukanaan. Nämä kaasut lähettävät valosignaaleja, jotka voidaan havaita suurilla teleskoopeilla, jotka on varustettu spektrografeilla täällä Maan päällä, kuten 11-metrinen Hobby-Eberly-teleskooppi (HET).

Eracleous selitti, että spektrografi havaitsee kaasut tietyn aallonpituuden emissiolinjoina ja niillä voi olla avain supermassisen binäärin tunnistamiseen. Kun mustat aukot kiertävät toisiaan, näiden kaasujen päästölinjat siirtyvät Doppler-vaikutuksen vuoksi. Yhden mustan aukon päästölinjat siirtyvät pidemmille aallonpituuksille ja toisista johtavat lyhyemmille aallonpituuksille. Joten tutkijat odottavat kahta erillistä päästölinjaa, yhden kustakin mustasta aukosta.

& # 8220Jos voisimme seurata päästölinjoja kiertoradan aikana, näisimme niiden ylittyvän edestakaisin, kun signaalit kustakin mustasta aukosta siirtyivät yhteen ja sitten toiseen suuntaan, & # 8221 sanoi Eracleous.

Varsinainen haku ei tietenkään ole niin suoraviivaista. Käytännöt, kuten rajoitettu ajankäyttö suurissa teleskoopeissa, jotka ovat välttämättömiä näiden havaintojen tekemiseksi, tarkoittavat, että tähtitieteilijät eivät voi vain katsella ja odottaa nähdäkseen supermassisen binäärin ilmaisimia. Mutta heidän ei tarvitse. Sen sijaan he tunnistavat ehdokkaat alkuperäisestä tutkimuksesta ja tekevät säännöllisiä sisäänkirjautumisia selvittääkseen, ovatko näiden ehdokkaiden spektrit muuttuneet, kuten teoreettisten mallien perusteella odotettaisiin.

& # 8220Hobby-Eberly-teleskoopin käyttäminen näiden havaintojen tekemiseksi helpottaa elämäämme, koska meidän ei tarvitse edes mennä observatorioon tietojen keräämiseksi, & # 8221 sanoi Eracleous. & # 8220HET: tä ylläpitävät asuvat tähtitieteilijät, jotka tekevät havainnot ja lähettävät meille tiedot. & # 8221

Prosessi on hidas, mutta Eracleous selitti, että kun he löytävät yhden binäärisen supermassiivisen mustan aukon, haun pitäisi nopeutua.

& # 8220Ensimmäinen vahvistettu binäärinen supermassiivinen musta aukko on kuin Rosettan kivi, & # 8221 hän sanoi. & # 8220Se kertoo meille, mitkä mallistamme olivat oikeat ja mitkä väärät. Sen avulla voimme tarkentaa seuraavia hakujamme ja meidän pitäisi pystyä löytämään lisää. & # 8221

Tähtitieteilijät ovat jo kehittämässä tekniikkaa seuraavia hakuja varten. Eracleous on mukana laserinterferometrin avaruusantennin (LISA) suunnittelussa. LISA on LIGOlle, mikä on supermassiivinen musta aukko tähtimassan mustalle aukolle. Jos LIGO koostuu kahdesta neljän kilometrin pituisesta laserista, jotka ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden, LISA & # 8217s yhdistää kolme avaruusalusta lasereilla, jotka kulkevat 2,5 miljoonaa kilometriä ja muodostavat tasasivuisen kolmion. LISA & # 8217s-mittakaava ja se, että se on avaruuspohjainen, tarkoittaa, että se pystyy havaitsemaan matalan aallonpituuden painovoima-aallot kaukana melulähteistä täällä Maan päällä.

& # 8220LISA viritetään löytämään gravitaatioaaltoja, jotka muistuttavat supermassiivisen mustan aukon sulautumista, & # 8221 sanoi Eracleous.

Eracleous, Penn State & # 8217s-tähtitieteen ja astrofysiikan laitos on tarjonnut hänen etsinnälleen tarvittavan tukevan ympäristön.


Supermassiiviset tähdet saattavat syntyä kaaoksessa supermassiivisten mustien aukkojen ympärillä

Jos kysyt minulta, missä maailmankaikkeuden massiivisimmat tähdet saattavat olla olemassa, kestää Luulisinpa, että se olisi helvetillisissä levyissä supermassiivisten mustien aukkojen ympärillä.

Silti uusi artikkeli siitä, miten tähdet käyttäytyisivät lähellä näitä mustia aukkoja, osoittaa juuri tämän. Tämän teoreettisen työn mukaan he voivat joko muodostua sinne ja kasvaa valtaviksi tai muodostaa lähellä ja siepata, minkä jälkeen sitten ne kasvaisivat valtaviksi.

En muista, milloin viimeksi luin päiväkirjaleikkunaa ja mutin "pyhää paskaa" hengitykseni alla niin monta kertaa.

Tähdet muodostuvat yleensä suurissa kaasu- ja pölypilvissä. Osa pilvestä romahtaa omalla painovoimallaan, ja nämä solmut tiivistyvät muodostaen tähtiä. Massiiviset tähdet palavat nopeasti ydinpolttoaineensa läpi ja räjähtävät supernovina, mutta auringon kaltaiset tähdet elävät paljon kauemmin. Kaasupilvi joko hajoaa tai tällainen tähti jättää sen ajan myötä elääkseen vakaan elämän miljardeja vuosia avaruuden kylmässä tyhjiössä.

Mutta entä jos heidän ympäristönsä ei ole kylmä tyhjiö? Entä jos sen sijaan se on asiasta täynnä väkivaltaisesti kaoottista helvettiä, joka vain äärettömän tällä puolella putoaa mustaan ​​aukkoon?

Taiteilijan piirustus blazarista, galaksista, jossa on supermassiivinen musta aukko, joka leviää energiaa. Luotto: DESY, Science Communication Lab

Pieni tangentti: Suurten galaksien keskuksissa on supermassiivisia mustia aukkoja, joiden miljoona ja jopa miljardia kertaa suurempi massa on aurinkoa. Kun kaasu ja muut aineet putoavat kohti keskustaa, materiaali ei putoa suoraan sisään - se pyörii tasaisen levyn mustan aukon ympärillä kiinnityslevy. Kitka tekee levystä uskomattoman kuuman, ja se voi hehkua niin kiihkeästi, että se kirjaimellisesti voi ylittää kaikkien galaksin kymmenien tai satojen miljardien tähtien yhteenlasketun summan.

Joten joo, nämä akkreditointilevyt ovat melko äärimmäisiä ympäristöjä.

Omassa galaksissamme on supermassiivinen musta aukko nimeltä Sgr A * ("Jousimies A-tähti"), ja vaikka se onkin nyt hiljaista, se ei aina ollut niin. Se oli varmasti aktiivinen, kun galaksi oli nuori monta miljardia vuotta sitten, ja on olemassa runsaasti todisteita siitä, että se oli aktiivinen myös viime aikoina.

Simulaatio, joka näyttää tähtien sijainnit ja kiertoradat, jotka kiertävät supermassiivista mustaa aukkoa Linnunradan keskellä. Luotto: ESO / L. Calçada / spaceengine.org

Mutta äänenvoimakkuus Sgr A *: n ympärillä on outo. Tarkasteltaessa hyvin lähellä mustaa aukkoa, sen ympärillä on satoja massiivisia tähtiä, jotka kiertävät vain muutaman valovuoden päässä, huomattavasti enemmän kuin voit odottaa, kun otetaan huomioon tavallinen murto-osa tähdistä, jotka ovat tässä mojossa. Se on ikään kuin jotain siellä olisi todella lisännyt normaalisti kevyempien tähtien massaa. Myöskään näiden tähtien ei pitäisi elää kovin kauan, joten on myös ikään kuin jokin olisi nuorentanut heitä ja lisännyt heidän elämäänsä miljoonia vuosia.

Tähtitieteilijät ovat spekuloineet, että kenties nämä tähdet olivat vuorovaikutuksessa Sgr A *: n ympärillä olevan kasvatuslevyn kanssa silloin, kun sillä oli sellainen. Ehkä se jotenkin teki nämä tähdet sellaisiksi kuin ne ovat nyt.

Uusi teos on ensimmäinen, joka tarkastelee tätä perusteellisesti. Tähtitieteilijät käyttivät tunnetun fysiikan, kuinka tähdet muodostuvat ja kehittyvät, mutta sen sijaan, että ne tekisivät sen tekevän tämän syvässä avaruudessa, he tarkastelivat, kuinka yhtälöt muuttuvat, jos tähdet sen sijaan upotetaan supermassiiviseen mustan aukon kasvatuslevyyn.

Ja joo, tämä muuttaa asioita. Paljon.

Kaaviokuva, joka esittää aktiivisen galaksin keskustaa, jossa kiinnityskiekko syöttää supermassiivisen mustan aukon, molempia ympäröi valtava pölytorus. Luotto: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF

Ensinnäkin nämä levyt ovat paljon tiheämpiä kuin kaasupilvet, joten tämä antaa tähdelle paljon enemmän materiaalia kasvaa. Ne vetävät akkreditointilevykaasua omalla painovoimallaan ja voivat saada melko suuria melko nopeasti. Tähtitieteilijät huomasivat, että tähti voi aloittaa suhteellisen pieneltä, mutta kasvaa lähes 200 kertaa Auringon massa vain 70 miljoonassa vuodessa! Se on uskomaton.

Hyvin harvat tähdet saavuttavat tällaisen määrän. Ongelmana on, että ne kuumenevat liian nopeasti: Nopeus, jolla ne tuottavat energiaa ydinfuusion avulla, kasvaa naurettavan nopeasti massan mukana. Tähän mennessä, kun saavutat 100 tai 200 kertaa Auringon massan, tähti puhaltaa energiaa niin kiihkeästi, että materiaalin on vaikea pudota siihen. Tähtiä kohti kohti painovoimaa putoava kaasuatomi tuntee ulospäin suuntautuvan voiman sitä osuvan voimakkaan säteilyn vuoksi. Jos nämä kaksi tasapainoa, tähti lakkaa kasvamasta (tätä kutsutaan Eddingtonin raja).

Myös tämä lisääntynyt fuusionopeus lyhentää vakavasti tähden elämää. Kun vety loppuu ytimestään, se alkaa sulattaa heliumia. Tämä loppuu suhteellisen nopeasti, ja sitten se sulattaa hiili, sitten happi, sitten pii ... sitten puomi. Tähti räjähtää. Supernova. Hei hei. Tämä tapahtuu niin nopeasti, ettei tähdellä ole aikaa kasvaa valtavasti.

Mutta tähdet voivat kiertolevyssä kiertää tämän rajan. Tähtitieteilijät huomaavat, että kun tähti kasvaa lisäämällä vetyä kertymälevystä, tämä materiaali voi sekoittua tähden sisälle ja löytää tiensä ytimeen. Tämä voi lisätä tähtien kelloon paljon aikaa, kuten hävittäjä, joka tankkaa ilmassa, jolloin heillä on enemmän aikaa kasvaa.

Valtava sumu M1-67 Wolf-Rayet-tähden WR124 ympärillä - massiivinen tähti, joka puhalsi tämän kaasun väkivaltaisesti avaruuteen. Luotto: ESA / Hubble & amp; NASA / Judy Schmidt

He havaitsivat myös, että kun tähdet kasvavat valtaviksi, ne puhaltavat myös kovan tuulen ja lähettävät materiaalia takaisin levylle. Tähän sisältä tulevat tavarat sisältävät raskaampia elementtejä ytimessä tapahtuvan fuusion vuoksi. Se on erittäin mielenkiintoista, koska joissakin muissa galakseissa olevilla todellisilla levyillä on enemmän raskaita elementtejä kuin odotat.

Tässä vaiheessa voi tapahtua yksi kahdesta asiasta. 1) Tähti räjähtää lähettämällä vielä enemmän painavia elementtejä levylle, samalla kun sen ydin romahtaa muodostaen mustan aukon, tai b) aineen sisäänvirtaus, joka luo akkressiolevyn, tukkeutuu jostain syystä, levy putoaa mustaan ​​aukkoon , ja jäljellä on joukko nuorentuneita tähtiä, jotka kiertävät hiljaista supermassiivista mustaa aukkoa.

Jälkimmäinen on juuri se, mitä näemme Sgr A *: lla. Hmmm.

Vaikka edellisessä tapauksessa saatat odottaa näkevänne kymmeniä ellei satoja pienempiä mustia aukkoja, jotka kiertävät supermassiivista. Nämä mustat aukot saattavat sulautua, kun ne pakotetaan yhteen galaktisen keskuksen ympärillä olevaan suljettuun tilaan. Kun he tekevät, ne räjäyttävät maapallolta havaittavia gravitaatioaaltoja… ja jotain sellaista saattoi nähdä vuonna 2019. Se ei ole todiste, mutta se on mielenkiintoista.

Selkeyden vuoksi tämä työ on edelleen teoreettista, eikä siitä ole vielä suoraa näyttöä. Jopa yhtä näistä supermassiivisista ylemmänvaloisista tähdistä olisi vaikea havaita akkrediittilevyn silmien valaisevaa taustavaloa vasten. Mutta paikallisen supermassiivisen mustan aukon Sgr A * ympärillä olevat tähdet tukevat epäsuorasti tätä ajatusta.


Supermassiiviset mustat aukot selitetään

Astrofyysikko Julie Comerford ja hänen ryhmänsä selittävät, mitä supermassiiviset mustat aukot ovat ja miksi ne ovat niin mahtavia ja salaperäisiä.

ÄÄNI 1: Musta aukko on avaruusalue, jossa painovoima on niin voimakas, että mikään, ei edes valo, voi paeta. Kaikesta massasta voi tulla musta aukko. Sano, että painat 150 kiloa ja minä puristan sinut pienemmäksi kuin kvarkki, niin sinusta tulisi musta aukko. Tai ota aurinko. Pakkaa aurinko 2 mailin säteelle ja aurinko romahtaa ja siitä tulee musta aukko.

Yksi tapa tehdä musta aukko on tähden kuolema. Jos sinulla on tähti, joka on 20 kertaa aurinkomassa tai enemmän, niin kun tähti kehittyy elämänsä aikana, se räjähtää supernovana ja sitten räjähdyksen jälkeen jäljellä oleva on musta aukko.

Mutta sitten on mustia aukkoja, jotka ovat paljon, paljon suurempia, siis miljoonasta miljardiin kertaa aurinkomassa. Ja niitä kutsutaan supermassiivisiksi mustiksi aukkoiksi. Ei vain massiivinen, se ei ole tarpeeksi hyvä, sen on oltava supermassiivinen. Ja käy ilmi, että jokaisen suuren galaksin keskellä on supermassiivinen musta aukko.

Ryhmäni on, että kysytään, kuinka nämä erittäin massiiviset mustat aukot rakensivat massansa? Emme ymmärrä sitä osaa.

ÄÄNI 2: Yksi suurimmista mysteereistä on, mistä nämä esineet tulevat? Jos havaitsemme näitä supermassiivisia mustia aukkoja kaikkialla, ja miten he saavuttavat nämä valtavat massat? Nämä supermassiiviset mustat aukot eivät ime materiaalia. Se on hyvin yleinen väärinkäsitys. Jos näet mustan aukon, sinua ei vain imetä suoraan siihen. Kiertelet sen ympärillä aivan kuin se olisi pistemassa. Esimerkiksi, jos auringostamme tulisi musta aukko, kiertäisimme sitä jatkuvasti.

Ajattelin ensin, miksi et voi vain olla galaksia, jossa on vain tonnia kaasua, ja syöttää vain tämä musta aukko päästäksesi tähän miljardiin aurinkomassan mustaan ​​aukkoon. Mutta tällaiset prosessit, jotka ruokkivat sitä suoraan, se ei riitä materiaalia saadakseen sen kasvamaan havaittavaksi.

Joten tutkimme ryhmänä nimenomaan erittäin massiivisia mustia aukkoja, jotka usein käyvät läpi jonkinlaisen suuren sulautumisen galaksien välillä. Ja mielestämme ehkä massiiviset mustat aukot, jotka sulautuvat yhteen, ovat yksi vaikuttavista tekijöistä, jotka voisivat selittää, miksi ne ovat niin suuria nykyisessä maailmankaikkeudessa.

Joten etsimme sitä, mitä kutsumme kvasaaripariksi.

ÄÄNI 1: Joten kvasaari on supermassiivinen musta aukko tällä suurella pyörteisen kaasun kerääntymiskiekolla ja on todella, todella kirkas. Joten kvasaari on kuin musta aukko, jonka voit… nähdä. Suurin paradoksi mustista aukoista on, että ne ovat maailmankaikkeuden mustimpia asioita, mutta ne ovat myös joitakin kirkkaimpia asioita maailmankaikkeudessa. Ja koska koska sinulla on musta aukko ja kaasua vedetään painovoimaisesti sitä kohti, kaasu ei vain putoa suoraan sisään. Aivan kuin jos täytät kylpyammeesi vedellä ja vedät pistokkeesta, vesi ei vain pudota suoraan viemäriin. Se pyörii ympäriinsä ja menee sitten sisään.

Joten sama tapahtuu kaasun kanssa mustan aukon ympärillä. Kaasua vedetään sisään painovoimaisesti, se pyörii ympäriinsä ja muodostaa tämän asian, jota kutsutaan akkressiolevyksi, se on vain kaasulevy, joka odottaa vuoronsa putoamista mustaan ​​aukkoon. Mutta musta aukko on niin paljon massaa, olet niin lähellä sitä, että kaasu pyörii todella nopeasti, se lämpenee ja lähettää paljon ja paljon valoa. Joten tämä kiinnityslevy voi luoda enemmän valoa kuin kaikki galaksin tähdet yhdessä.

ÄÄNI 3: Sano, että sinulla on kaksi galaksia, joilla kummallakin on oma erittäin massiivinen musta aukko keskellä. Kun nämä kaksi galaksia sulautuvat yhteen, kaksi supermassiivista mustaa aukkoa tulevat yhteen ja muodostavat mustan aukon parin. Mustan aukon pari sulautuu sitten yhteen massiivisemmaksi mustaksi aukoksi.

Itse galaksiyhdistelmä aiheuttaa myös valtavan häiriön tähdissä ja kaasussa sulautuvissa galakseissa. Se on kuin häiriintyneen kaasun junaonnettomuus, jossa paljon kaasua kanavoidaan kohti galaksin keskustaa ja ruokitaan keskellä olevaa erittäin massiivista mustaa aukkoa. Se, mitä yritämme tehdä, on oppia siitä, kuinka paljon galaksien sulautumiset voivat muuttaa tapaa, jolla mustat aukot ja galaksit kehittyvät yhdessä.

ÄÄNI 4: On kiehtovaa kuvitella, että jotain sentin kokoista (mikä olisi supermassiivinen musta aukko), voisi vaikuttaa niin suureen asiaan kuin Maan (joka olisi galaksi).

Tapa, jolla mustat aukot kehittyvät, on tiiviisti yhteydessä tapaan, jolla galaksit kehittyvät. Jos piirrän galaksin massan mustan aukon massaa vasten, huomaat, että tämä on tiukka linja mustan aukon massan kanssa, joka kasvaa samaan aikaan galaksin kaasun kanssa. Joten ymmärtääksesi, kuinka galaksit kehittyvät, sinun on ymmärrettävä, miten mustat aukot kehittyvät.

ÄÄNI 1: Luulen, että olemme ainutlaatuisia lajeina, koska maksamme teleskooppien rakentamisen ymmärtääksemme nämä suuret kysymykset alkuperästä ja mistä olemme tulleet. Luuletko, että apina luopuisi yhdestä banaanista ymmärtääkseen enemmän siitä, mistä se on peräisin? Ei. Apina tarttui banaaniin ja sanoi: "Et voi ottaa sitä minulta pois". Joten, et voi mennä ulos muuttamaan mitään universumin kehityksessä ja galaksien törmäämisessä, ne eivät vaikuta sinuun henkilökohtaisella tasolla. Mutta elämämme muuttuisi, jos voisimme ajatella jopa hieman isommassa kontekstissa, kuten globaalissa kontekstissa, ja huolehtia esimerkiksi planeetastamme.

Tämä on vain osa itsemme työntämistä näyttämään hieman isommilta. Suurempi kuin vain nenän edessä.


Minimusta-aukkojen käsitteen otti ensimmäisen kerran käyttöön Stephen Hawking vuonna 1971. Nämä mustat reiät ovat pienempiä kuin tähtien mustat aukot.

Muodostus:

2. Tähtien mustareiät (tai tähtimassan mustat aukot)

Nämä mustat reiät muodostuvat, kun 5 - useiden kymmenien aurinkomassojen tähti romahtaa elinkaarensa lopussa.

Nämä mustat aukot tunnetaan myös nimellä kaulukset . Nämä mustat aukot ovat yleensä 10 kertaa suurempia kuin aurinkomme.

Nämä ovat yleisimpiä mustia aukkoja.

Muodostus

Nämä mustat aukot muodostuvat, kun aurinkoa suurempaa massaa oleva tähti romahtaa elinkaarensa lopussa.

3. Välimassan mustat aukot

Välimustat aukot ovat mustia aukkoja, joiden massa on 10 ^ 2 - 10 ^ 9 aurinkomassaa.

No, tämä luokka on nimetty välimustiksi. Nämä mustat aukot ovat suuria kuin tähtien mustat aukot, mutta pienempiä kuin jättiläiset supermassiiviset mustat aukot.

Löytöjä

Tähtitieteilijät havaitsivat 29. toukokuuta 2019 joitain aaltoja. Se nimettiin GW190521.

Tutkimusten ja lisätutkimusten jälkeen havaitsimme, että nämä painovoima-aallot syntyivät yhdistämällä kaksi tähtien mustaa aukkoa.

Pienempi niistä oli 65 aurinkomassaa ja suurempi 85 aurinkomassaa.

Niille, jotka eivät tienneet mikä on aurinkomassa, aurinkomassa on standardi massan yksikkö nykyaikaisessa tähtitieteessä yhtä suuri kuin noin 2 x 10 ^ 30 kiloa. Tämä massa on suunnilleen yhtä suuri kuin aurinkomassamme.

Joka tapauksessa kaksi sulautunutta mustaa aukkoa muodostivat uuden suuren mustan aukon, joka koostui 142 aurinkomassasta ja joka kuuluu välimustojen reikiin.

Luuletko, että 85: n ja 65: n lisäys on 150, kuinka massa voi olla 142 aurinkomassaa?

Vastaus tähän kysymykseen on 9 aurinkomassat oli säteillä pois mustista aukoista muodossa painovoima-aallot jonka saimme.

Tämä oli havaintotodistus, joka julkaistiin 2. syyskuuta 2020 välimassan mustista aukoista. tämä on vahvin koskaan löydetty!

Ennen näitä löytöjä A tähtitieteilijöiden tiimiilmoitti infrapuna ja a radio-esine lähellä galaktinen keskusta olla nimeltään GCIRS 13E.

Tämä oli ensimmäinen ilmoitettu keskimassan musta aukko galaksissamme, joka kiertää Jousimies A. Jousimies A on paikan nimi, jossa on supermassiivinen musta aukko.

Nämä tähtitieteilijät ennustavat, että esine oli välimassan musta aukko, joka kierteli noin 3 valovuoden päässä Jousimies A: sta.

Tähtitieteilijöiden ennusteiden mukaan tämä on noin 1300 aurinkomassaa.

Muodostus

Nämä mustat aukot ovat liian suuria ja massiivisia. Siksi niitä ei muodosta tähden romahtaminen sen elinkaaren lopussa, kuten tähtien mustat aukot.

Ne voidaan muodostaa seuraavilla kolmella tavalla:

  • Kahden tähtien mustan aukon yhdistäminen.
  • Massiivisten tähtien törmäys tiheissä tähtijoukoissa ja törmäystuotteen romahtaminen IBMH: ksi (Intermediate mass black hole).
  • Kolmas on, että ne ovat alkuperäisiä mustia reikiä.

Tähtijoukot ovat erittäin suuri tähtiryhmä.

Alkuperäiset mustat reiät ovat hypoteettiset mustiaukkoja ne muodostuivat pian ison räjähdyksen jälkeen.

Varhaisen maailmankaikkeuden aikaan suuret tiheydet ja heterogeeninen olosuhteet minun syyt muodostavat alkuperäiset mustat aukot.


Kuinka tähtitieteilijät löytävät mustia reikiä? He katsovat avaruuskaasua!

Mustia reikiä kutsutaan, koska ne ovat pohjimmiltaan mustia. Musta aukko on paikka avaruudessa niin voimakkaalla painovoimalla, että valo ei edes pääse ulos. Tämän vuoksi tähtitieteilijät eivät voi & # 8217t & # 8220 nähdä & # 8221 mustia aukkoja. Mutta he pystyvät löytämään ne tarkkailemalla kaasun ja tähtien käyttäytymistä avaruudessa.

Harvoissa tapauksissa kaksi mustaa aukkoa voi sulautua. Tutkijat voivat löytää fuusioita gravitaatioaaltojen ilmaisimien avulla, mutta he eivät näe tarkalleen missä ne tapahtuivat. "Kevyellä allekirjoituksella", sanovat uuden artikkelin kirjoittajat The Astrophysical Journal Letters, tutkijat voisivat oppia tapahtumasta paljon yksityiskohtaisemmin. Kirjoittajat kuvaavat tilannetta, joka saattaa antaa tutkijoiden havaita fuusioita tulevaisuudessa. Tutkimuksen tekijöihin kuuluu professoreita D. Barry McKernan ja K.E. Saavik Ford, molemmat Manhattanin kaupungintalon korkeakoulusta ja tutkijakeskuksesta.

Tutkijat ajattelevat, että mustien aukkojen kokoelmia löytyy joskus kiertävistä supermassiivisista mustista aukoista galaksien keskellä. Pienemmät kiertävät mustat reiät satunnaisesti irtoavat toisistaan ​​ja kiertävät toisiaan, kun ne kiertävät samanaikaisesti suurempaa mustaa aukkoa, joskus hajoavat toisistaan ​​kiertääkseen toisen kumppanin. Harvoissa tapauksissa nämä parit voivat sulautua yhdeksi.

Uuden paperin mukaan, jos suuri määrä kaasua vedetään kohti mustaa keskireikää, tutkijat saattavat nähdä jonkinlaisen välähdyksen, kun tällainen sulautuminen tapahtuu. Kun kaasu putoaa kohti supermassiivista mustaa aukkoa, se muodostaa levyn reiän ympärille, ja tämä levy ympäröisi myös pienempiä, kiertäviä mustia aukkoja. Kun kaksi pientä mustaa aukkoa alkaa sulautua, niiden vauhti kasvaa, ja niiden alueella oleva kaasu alkaisi tuntea vetoa voimakkaammin.

"Kun sulautumistuote yrittää viedä kaasua & # 8216its & # 8217 - iso ongelma", Ford sanoi. "Sulautumistuotteeseen kiinnittynyt kaasu törmää levyssä olevaan muuhun kaasuun ja se lämpenee aiheuttaen potentiaalisen soihdun."

Mutta tämä soihtu olisi päinvastainen ongelma tähtitieteilijöille. Oikeissa olosuhteissa tutkijat saattavat pystyä havaitsemaan tämän soihdun voimakkailla teleskoopeilla ja "näkemään" kaksi mustaa aukkoa sulautumassa ensimmäistä kertaa.


Miksi LIGO ei voi havaita erittäin massiivisten mustien aukkojen törmäyksiä?

Olen eri mieltä. Lausekkeella & quotsuper massiivinen musta aukko & quot on tarkoin määritelty astrofysikaalinen merkitys. Esimerkiksi Wikipedia sanoo:

&kiintiö supermassiivinen musta aukko (SMBH tai joskus SBH) on suurin mustan aukon tyyppi, jonka massa on satojatuhansia, miljardeja kertoja, auringon massa (M☉).

Olen eri mieltä. Lausekkeella & quotsuper massiivinen musta aukko & quot on hyvin määritelty astrofyysinen merkitys. Esimerkiksi Wikipedia sanoo:

&kiintiö supermassiivinen musta aukko (SMBH tai joskus SBH) on suurin mustan aukon tyyppi, jonka massa on satojatuhansia, miljardeja kertoja, auringon massa (M☉).

Mielestäni se ei ole aivan sama asia. Kyseisessä artikkelissa ehdotetaan epäsuoran havaitsemisen käyttöä - havainnoidaan gravitaatioaaltojen vaikutusta etäisten pulssien havaittuun punkkitiheyteen. Ja he ehdottavat paljon pidempien aikojen etsimistä ennen lopullista inspiraatiota - miljoonia vuosia, ei sekunteja. En usko, että tällä menetelmällä olisi herkkyyttä valita, mitä LIGO etsii. Toisaalta mielestäni se pystyy havaitsemaan valtavasti matalat taajuudet. Siksi he katsovat SMBH: itä (valtava teho) inspiraation alkuvaiheessa (valtava aallonpituus).


Miksi supermassiiviset mustat aukot eivät voi sulautua? (vai voivatko he?) - Tähtitiede

On nähty, että mustat reiät heittävät suurten nopeuksien hiukkasten suihkut melkein valon nopeudella pylväistä pyörimisakselin suuntaisesti. Koska mustalla aukolla on niin voimakas painovoimakenttä Schwartzschildin säteessä, ettei mikään (edes fotoneja) pääse pakenemaan, miten nämä materiaalihiukkaset pakenevat ja mikä voima kiihdyttää ne niin suurelle nopeudelle?

Olet oikeassa, että nopeita hiukkasia kiihdytetään poispäin suihkukoneiden mustasta aukosta mustan aukon pyörimisakselia pitkin. Tämä suihkuhäiriö ilmenee supermassiivisten mustien aukkojen mittakaavassa aktiivisina galaktisina ytiminä ja tähtien mustien aukkojen asteikolla "mikrokvasiareina". Todennäköisesti fysiikka on samanlainen molemmissa tapauksissa, vaikka koon asteikko on hyvin erilainen. The short answer to your question is the particles that form Astronomers still study the details of jet formation and acceleration, but the prevailing idea is its due to strong magnetic fields. Imagine an accretion disk around a black hole. Because of the high temperatures in the disk, the gas is ionized and forms a plasma. There are also likely strong magnetic fields that thread through the disk, and because of the laws of electromagnetism, are essentially "frozen into" the accretion disk. That means as the particles spiral into the black hole they drag the magnetic fields causing them to twist. Eventually the magnetic fields will become so strong that instead of the particles dragging the magnetic field accelerates the particles toward the poles. They then go flying out in the form of jets. It turns out that jets are a common theme in astrophysics. In addition to being seen around black holes, they're also seen around star forming regions. Astrophysicists think that jets serve an important function of getting rid of angular momentum in a system. Otherwise the accretion disk or protostar would fly apart because conservation of angular momentum would require it to spin very rapidly.

Kirjailijasta

Laura Spitler

Laura Spitler was a graduate student working with Prof. Jim Cordes. After graduating in 2013, she went on to a postdoctoral fellowship at the Max Planck Institute in Bonn, Germany. She works on a range of projects involving the time variability of radio sources, including pulsars, binary white dwarfs and ETI. In particular she is interested in building digital instruments and developing signal processing techniques that allow one to more easily identify and classify transient sources.


Painovoima-aallot

The new insight provided by Schiavi and the team shows what will happen to the supermassive black holes (SMBH) at the centers of both galaxies. According to them, the SMBHs will coalesce around 16.6 billion years after the merge.

The team has also estimated what kind of signal the coalescence will leave. The results have shown the emission left would only be detected by a gravitational wave detector sensitive enough, like LISA.

This illustration shows a stage in the predicted merger between our Milky Way galaxy and the neighboring Andromeda galaxy, as it will unfold over the next several billion years. In this image, representing Earth’s night sky in 3.75 billion years, Andromeda (left) fills the field of view and begins to distort the Milky Way with tidal pull. (Credit: NASA ESA Z. Levay and R. van der Marel, STScI T. Hallas and A. Mellinger)

According to a previous NASA simulation, the collision will start in 4 billion years, and the recent simulation suggests a potentially longer wait time of 4-5 billion years. According to the same NASA results, it’s unlikely that all stars will collide. The possible scenario is that many systems, like ours will be pushed to different orbits. What the merging of the SMBHs is going to change for the stars is still unknown.


Katso video: Miksi maailmankaikkeudessa on ilmiöitä? Esko Valtaoja at TEDxTurku (Lokakuu 2021).