Tähtitiede

Miksi emme näe supermassiivisia mustia aukkoja, joiden oletetaan olevan galaksien keskellä?

Miksi emme näe supermassiivisia mustia aukkoja, joiden oletetaan olevan galaksien keskellä?

Onko gravitaatiolinssi vastuussa oletettavien supermassiivisten mustien aukkojen peittämisestä (kuvaannollisesti) omien ja muiden galaksien keskellä? "Katso" tarkoitan suhteessa mittaustyökaluihin, joita käytämme. Radioteleskooppi "näkee" radioaaltoja.

Hubble-valokuvissa galakseista galaksikeskuksissa ei näytä olevan mustia aukkoja, ainakaan visuaalisesti. Kuinka tämä voidaan selittää?


Tärkein syy siihen, että supermassiivisia mustia aukkoja ei näy galaksimme kuvissa, johtuu kaikesta pölystä ja tavaroista, jotka ovat galaksin keskustan ja meidän välillämme. Linnunradan kohouma on ~ 16000 valovuotta paksu. Meissä ja mustassa aukossa on miljoonia tähtiä, ja valtavat pölypilvet estävät näkyvän valon. Suurin osa galaksimme keskipisteen mittauksista tehdään radion aallonpituuksilla.

Lisäksi mustat aukot ovat pieniä galakseihin verrattuna. Supermassiivisen mustan aukon säde voi olla jopa 400 AU (todella suurille). Lähin spiraaligalaksimme, Andromeda, on 778 000 parsekin päässä. Tämä vastaa kulmakokoa 0,0005 kaarisekuntia. Jopa Hubble-avaruusteleskoopin resoluutio on vain 0,043 kaarisekuntia optisessa. Tämä tarkoittaa, että Hubble voi nähdä vain 100-kertaiset asiat. Joten emme voi edes nähdä mustia aukkoja toisessa galaksissa.

Tästä huolimatta voimme tehdä havaintoja mustista aukoista epäsuorilla keinoilla. Esimerkiksi yksi tapa, jolla pystymme mittaamaan tarkasti galaksissamme olevan mustan aukon, on tarkkailemalla tähtiä sen ympäri. Otamme kuvia näistä tähdistä infrapuna- ja radioaallonpituuksilla, jotka kulkevat pölyn läpi. Mittaamalla kuinka nopeasti nämä tähdet liikkuvat, voimme laskea mustan aukon massan.

Muissa galakseissa voimme havaita mustien aukkojen muita vaikutuksia, kuten aktiivisia galaktisia ytimiä ja kvasaareja.

Joten vaikka emme pysty saamaan optista kuvaa mustasta aukosta, tiedämme silti, että he ovat siellä.


Ensimmäinen kuva mustasta aukosta on tulossa keskiviikkona. Mitä aiomme nähdä ja mitä opimme?

Tähtitieteilijät julkaisevat oletettavasti kaikkien aikojen ensimmäisen kuvan mustasta aukosta keskiviikkona. Missä kaikki hälinä on, ja mitä siitä opitaan?

Mikä on musta aukko?

Ensinnäkin mustat aukot ovat romahtaneet tähdet, joiden painovoima on niin voimakas, että edes valo ei pääse käsistä. Yksi mustista aukoista, joiden odotamme saavan vilauksen tästä viikosta - joka tunnetaan nimellä Jousimies A - on "supermassiivinen", joka on Linnunradan galaksimme keskellä.

Supermassiiviset mustat aukot ovat miljoonia miljardeja kertaa massiivisempia kuin aurinkomme, ja ne näyttävät olevan melkein kaikkien galaksien keskellä, National Science Foundation kertoi.

Tähtitieteilijöiden odotetaan myös julkaisevan tällä viikolla kuvia toisesta supermassiivisesta mustasta aukosta, joka on 53,5 miljoonan valovuoden päässä.

Tämä tietokoneella simuloitu kuva näyttää supermassiivisen mustan aukon galaksin ytimessä. Keskellä oleva musta alue edustaa mustan aukon tapahtumahorisonttia, jossa mikään valo ei pääse pakenemaan massiivisen kohteen painovoimasta. Mustan aukon voimakas painovoima vääristää tilaa sen ympärillä kuin huvitalon peili. (Kuva: NASA, ESA ja D. Coe, J. Anderson ja R. van der Marel (STScI))

Mitä näemme?

Kuten nimestäkin voi päätellä, musta aukko on musta, joten on mahdotonta "nähdä" avaruuden mustaa taustaa vasten. Mutta lähellä olevat kohteet, kuten tapahtumahorisontti - mustan aukon reuna, josta valo ei pääse pakenemaan - voisi olla näkyvissä.

Joten valokuvassa voi näkyä tumma möykky, jota ympäröi kirkkaan valon rengas Yahoon mukaan.

Mutta se voi myös olla haaste, koska galaksimme keskellä oleva musta aukko on "peitetty paksuun pöly- ja kaasupilveen", Science Alert kertoi.

Simuloitu kuva näyttää turbulentin plasman äärimmäisessä ympäristössä supermassiivisen mustan aukon ympärillä. (Kuva: Arizonan yliopisto.)

Mikä kuvaa "ottaa"?

Kuten saatat odottaa, tämä ei ole sinun valmiina kuvaasi yötaivaasta älypuhelimestasi. Kuvat tulevat Event Horizon -teleskoopista, kokoelmasta teleskooppeja ympäri maailmaa, jotka on erityisesti suunniteltu peittämään mustia aukkoja. Teleskoopit ovat Chilessä, Havaijilla, Arizonassa, Meksikossa, Espanjassa ja etelänavalla.


Ikarus ja musta aukko

Tähtitieteilijät ovat pitkään ajatelleet, että Linnunradan ytimessä, joka tunnetaan nimellä Jousimies A *, on supermassiivinen musta aukko. He eivät tietenkään näe itse mustaa aukkoa, koska se ei luovuta mitään omaa valoa. Sen sijaan he päättelevät sen olemassaolon seuraamalla S-tähtinä tunnetun tähtijoukon liikkeitä. S-tähdet kiertävät piilotetun, näkymättömän keskeisen kohteen ympärillä, ja kartoittamalla kiertoratansa vuosien varrella tähtitieteilijät voivat päätellä kyseisen keskeisen esineen massa ja koko.

Todennäköisin ehdokas tuohon piilotettuun keskeiseen esineeseen on tietysti musta aukko, jonka arvioitu massa on yli 4 miljoonaa kertaa aurinkoa suurempi. Mutta S-tähdet eivät ole ainoa asia, joka roikkuu galaktisen keskustamme ympärillä. Siellä piileskelee myös kaasupaloja, ja erityisesti yksi, nimeltään G2, kiinnitti erityistä huomiota. Pian sen jälkeen, kun tähtitieteilijät löysivät kasan vuosikymmeniä sitten, he tajusivat, että G2: n kiertorata toisi sen vaarallisesti lähelle mustaa aukkoa ja mdashia niin lähelle, että mustan aukon voimakkaan painovoiman pitäisi repiä kaasupilvi erilleen.

Mutta sen jälkeen kun G2 oli lähinnä mustaa aukkoa vuonna 2014 ja kun se kulki vain 260 AU: n päässä behemotista ja mdashista, kaasu näytti selviävän täysin ehjänä.


2. Hei? Voitko vielä kuulla meitä?

Käynnistimme Parker Solar Probe -palvelun saadaksemme lisätietoja auringosta. Jos asut maailmalla supermassiivisen mustan aukon ympärillä, haluat todennäköisesti tutkia sitäkin. Mutta se olisi paljon haastavampaa!

Sinun on käynnistettävä satelliitteja, jotka kestävät äärimmäistä avaruussäätä. Ja sitten avaruusaluksen ja planeettasi välillä lähetetyissä viesteissä olisi suuria viestintäongelmia ja viivästyttäisi viivettä.

Maan päällä koemme aikavajeita puhuessamme Marsin tehtäviin. Niiden kuuleminen kestää jopa 22 minuuttia. Mustan aukon ympärillä tämä vaikutus olisi paljon äärimmäisempi. Mustaa aukkoa lähempänä olevat kohteet kokevat ajan eri tavalla, jolloin asiat näyttävät hitaammilta kuin ne todellisuudessa ovat. Tämä tarkoittaa, että viivästyminen viestinnässä kohti mustaa aukkoa lähetetyn satelliitin kanssa pidentyisi entisestään, kun se lähestyi ja lähestyi. Siihen mennessä, kun kuulet takaisin satelliittisi kautta, se saattaa olla poissa!


Pimeä aine voi olla vastuussa valtavista mustista aukoista ajan kynnyksellä

Kun saamme paremman kyvyn katsoa syvemmälle ja syvemmälle maailmankaikkeuteen, olemme löytäneet jotain hyvin yllättävää: Supermassiiviset mustat aukot miljoonia miljardeja kertoja suuremmassa määrin aurinkoa, ennen kuin maailmankaikkeus oli edes 10 prosenttia nykyisestä ikästään.

Tämä on melko kosmologinen arvoitus. Kun otetaan huomioon, mitä tiedämme mustien aukkojen kasvunopeudesta, Ison paukun jälkeen ei olisi pitänyt olla tarpeeksi aikaa niiden kasvamiseen niin valtaviksi. Mutta heidän läsnäolonsa on kiistaton - joten jotain outoa on oltava jalalla.

Uuden tutkimuksen mukaan tuo voi olla yksi omituisimmista asioista maailmankaikkeudessa: pimeä aine.

"Voimme ajatella kahta syytä [miksi varhaisen maailmankaikkeuden mustat aukot ovat niin massiivisia]", sanoi fyysikko ja tähtitieteilijä Hai-Bo Yu Kalifornian Riversiden yliopistosta.

"Siemen - tai" vauva "- musta aukko on joko paljon massiivisempi tai se kasvaa paljon nopeammin kuin luulimme, tai molemmat. Sitten syntyy kysymys siitä, mitkä ovat fyysiset mekanismit riittävän massiivisen siemenmustan aukon tuottamiseksi tai saavuttamiseksi riittävän nopea kasvu? "

Pimeä aine on yksi maailmankaikkeuden suurimmista mysteereistä. Emme tiedä mikä se on tai mistä se on tehty. Ainoa tapa, jolla se on vuorovaikutuksessa maailmankaikkeuden normaalin bararyonisen aineen kanssa - se on tavaraa, josta kaikki näkemämme tavarat on tehty - on painovoimaisesti.

Koska se on gravitaatiovaikutuksessa, voimme havaita gravitaatiovaikutuksia maailmankaikkeudessa, kuten galaksien pyörimistä ja tapaa, jolla valo käyristyy pitkin vahvaa painovoimakenttää, ja vähentämällä normaaliaineen gravitaatiovaikutuksen pimeän aineen sisällön määrittämiseksi. Ja siellä on paljon. Arviolta 85 prosenttia kaikista maailmankaikkeuden aineista on pimeää ainetta.

Suurin osa galakseista sijaitsee tumman aineen säteilyssä, jonka uskotaan olevan elintärkeä niiden muodostumiselle. Yksi malli massiivisten mustien aukkojen muodostumiselle on tiheän kaasupilven suora romahtaminen. Yu ja hänen kollegansa pohtivat, olisiko mahdollista vielä jotain muuta.

"Tämä mekanismi ei pysty tuottamaan riittävän massiivista siemenmustaa reikää vasta havaittujen supermassiivisten mustien aukkojen sijoittamiseksi - ellei siemenmusta aukko kokenut erittäin nopean kasvunopeuden", Yu sanoi.

"Työmme tarjoaa vaihtoehtoisen selityksen: Itse vuorovaikutuksessa oleva pimeän aineen halo kokee gravotermisen epävakauden ja sen keskialue romahtaa siemenmustaksi aukoksi."

Sikäli kuin voimme kertoa toistaiseksi, pimeä aine on vuorovaikutuksessa barioonisen aineen kanssa vain painovoimaisesti, mutta se voi pystyä olemaan vuorovaikutuksessa itsensä kanssa.

Joukkueen skenaario alkaa juuri tällaisen pimeän aineen halon muodostumisesta, joka kokoontuu gravitaatiolla varhaisessa maailmankaikkeudessa. Painovoiman sisäänpäin suuntautuva vetovoima kilpailisi lämmön ja paineen ulospäin kohdistuvasta vaikutuksesta ei-vuorovaikutuksessa olevaan pimeään aineeseen, kohti halon keskustaa kondensoituvat hiukkaset nopeutuisivat kasvavan painovoiman alaisuudessa ja palautuisivat korkeamman paineen alla, koska ne olivat kykenemättömiä siirtämään energiansa muihin hiukkasiin.

Itse vuorovaikutuksessa olevat pimeän aineen hiukkaset kykenisivät kuitenkin siirtämään energiaa muihin hiukkasiin tuomalla kitkaa pyörivään pimeän aineen nesteeseen. Tämä saisi hiukkaset hidastumaan vähentäen kulmamomenttia ja kutistamalla keskihallin niin, että lopulta se romahtaisi oman massansa alla muodostaen mustan aukon siemenen.

Siitä lähtien siemen voisi kasvaa kasvattamalla barioniainetta, tutkijat sanoivat. Ja vaikka pimeän aineen siemenillä voi olla riittävän suuri massa, jotta musta aukko voi kasvaa nopeasti, tarvitaan molempia aineen muotoja.

"Monissa galakseissa tähdet ja kaasu hallitsevat keskialueitaan", Yu selitti.

"Siksi on luonnollista kysyä, miten tämän baryonisen aineen läsnäolo vaikuttaa romahtamisprosessiin. Osoitamme, että se nopeuttaa romahduksen puhkeamista. Tämä ominaisuus on juuri se, mitä meidän on selitettävä supermassiivisten mustien aukkojen alkuperälle varhaisessa maailmankaikkeudessa Itsevuorovaikutukset johtavat myös viskositeettiin, joka voi hajottaa keskushallin kulmamomentin ja auttaa edelleen romahtamisprosessia. "

Joukkue toivoo, että tulevat, jopa herkemmät instrumentit pystyvät paikantamaan varhaisen maailmankaikkeuden galaksit, joiden kirkkaus vaihtelee nykyisten teleskooppien ominaisuuksien ulkopuolella.

Tämän pitäisi voida auttaa vahvistamaan heidän mallinsa, tulos, joka ei vain auta meitä ratkaisemaan maailmankaikkeuden varhaisen supermassiivisen mustan aukon ongelmaa, vaan myös pimeän aineen salaperäinen luonne.


Kysy Ethanilta: Voimmeko nähdä galaksimme supermassiivisen mustan aukon?

Yksi astrofysiikan mielenkiintoisimmista löydöksistä oli, että mustia aukkoja ei tehdä vain erittäin massiivisten tähtien sydämen romahtamisesta, joka sisältää mistä tahansa muutamasta kerrasta yli 100-kertaiseen aurinkomme massaan, vaan myös mustien aukkojen jättiläismäiset behemotit - myös supermassiivisia mustia aukkoja - on olemassa.

Kuvahyvitys: NASA ja The Hubble Heritage Team (STScI / AURA).

Nämä mustat aukot, jotka sisältävät miljoonia tai jopa miljardeja kertoja Auringomme massaa, ovat galaksien keskuksissa, mukaan lukien yksi oman Linnunradan keskellä. Toistaiseksi olemme nähneet sen vain epäsuorasti, mutta se ei ole tarpeeksi hyvä kysyjä Franklin Johnstonille, joka kysyy:

Ymmärrän, että galaksimme keskellä on massiivinen musta aukko, mutta kuinka lähellä sinun pitäisi olla, jotta näet sen todella? Oletan, että sinun ei tarvitse olla lähellä tapahtumahorisonttia, mutta kun otetaan huomioon kaikki sitä ympäröivät tähdet ja siihen imeytynyt pöly ja roskat, näyttää epätodennäköiseltä, että voisit nähdä sen miltä tahansa tuntuvalta etäisyydeltä, vaikka olit suoraan galaksin tason ylä- tai alapuolella.

Kerrotaan ensin, mistä tiedämme, että galaksimme keskustassa on musta aukko.

Kuvahyvitys: Röntgenkuva: NASA / UMass / D.Wang et ai., IR: NASA / STScI.

Näkyvässä valossa suuri määrä pölyä - joka löytyy galaksimme tasosta - estää näkymämme galaktisesta keskuksesta. Mutta muilla aallonpituuksilla, kuten infrapunavalo, röntgensäteet ja radio, voimme nähdä tämän pölyn läpi ja havaita useita merkittäviä asioita, mukaan lukien kuumaa kaasua, joka liikkuu valtavilla nopeuksilla, satunnainen heijastus, joka on sopusoinnussa mustan aukon kanssa, joka syö vahingossa. ja kaikkein pakottavimmin yksittäisten tähtien kiertoradat nähdään kaikkien kiertävän yhden pisteen ympäri joka ei tuota lainkaan valoa.

Tuo "piste" on yhdenmukainen supermassiivisen mustan aukon kanssa, jossa on neljä miljoonaa aurinkomassaa. Ja mitä massiivisempi musta aukko on, sitä suurempi se on. Tai ainakin fyysisesti suurempi avaruudessa sen tapahtumahorisontti on, tai sitä ympäröivä alue, josta valoa ei pääse. Jos maapallomme muutettaisiin jotenkin mustaksi aukoksi, se olisi pieni: sen tapahtumahorisontin halkaisija olisi noin 0,7 tuumaa (1,7 cm). Jos tekisimme saman asian aurinkomme puolesta, se olisi kuitenkin paljon suurempi: noin 6 mailia poikki.

Supermassiivinen musta aukko galaksimme keskustassa? 14,7 miljoonaa mailia (23,6 miljoonaa kilometriä) eli noin 40% elohopean kiertoradasta auringon ympäri. On huomattava, että muissa galakseissa on paljon, paljon suurempia, ne ovat vain paljon kauempana, miljoonia valovuosien tuhansien sijasta.

Kuvahyvitys: D.Benningfield / K. Gebhardt / StarDate (ylhäällä) NASA / ESA / Andrew C.Fabian (alhaalla).

Se on valtava yhdelle esineelle, ja avaruuden kaarevuuden aiheuttavat yleisen suhteellisuusteorian vaikutukset suurentavat sitä entisestään! Mutta vaikka valtavia asioita on helpompi nähdä avaruudessa, se on myös hyvin, hyvin kaukana, mikä tekee siitä uskomattoman vaikean ratkaista. Noin 26000 valovuoden etäisyydellä mustan aukon fyysinen koko on vain 19 mikro-ark-sekuntia eli 19 miljoonasosaa kuudenkymmenes-kuudestakymmenestä astetta. Vertailun vuoksi, Hubble-avaruusteleskoopin paras resoluutio on noin 26 milli-arc-sekuntia, yli 1000 kerroin on liian suuri tämän mustan aukon näkemiseen.

Kuvahyvitys: NASA, ESA ja Hubinan SM4 ERO -tiimi Carinan sumussa päätöslauselmilla. [+] lähestyy Hubblen teoreettista maksimia.

Teoriassa, jos pääsisimme paljon lähemmäksi - niin että olisimme vain muutaman sadan valovuoden päässä -, voimme kuvata sen suoraan. Mutta se ei oikeastaan ​​kuulu käytännöllisyyden piiriin. On kuitenkin hankala tekniikka, jota voimme käyttää tämän rajan ylittämiseen. Näet, että valolla on tiettyjä aallonpituuksia, erityisesti radio ja röntgensäde, joissa joko musta aukko voi hetkeksi muuttua erittäin kirkkaaksi, tai mustan aukon lähellä kulkevat esineet voivat valaista tapahtumahorisonttia valaisemalla sen takaisin.

Tarkkuuden suhteen normaalisti teleskoopin peilin koko määrittää, kuinka terävästi voimme nähdä kohteen: kuinka monta aallonpituutta valosta mahtuu teleskoopin peiliin. Siksi Chandra X-Ray -teleskoopilla on niin suuri resoluutio huolimatta siitä, että se on suhteellisen pieni teleskooppi: Röntgensäteen valolla on niin pienet aallonpituudet, ja niin monet heistä mahtuvat peilin yli. Siksi radioteleskoopit - kuten Arecibossa - ovat niin valtavia: radioaaltojen halkaisija voi olla useita metrejä, ja siksi ne vaativat valtavia teleskooppeja erittäin hyvän resoluution saamiseksi.

Kuvahyvitys: H.Schweiker / WIYN ja NOAO / AURA / NSF.

Mutta parempien resoluutioiden saamiseksi on kiertotapa, mikä tarkoittaa, että meidän ei tarvitse rakentaa maapallon kokoista (tai suurempaa) teleskooppia mustan aukon kuvaamiseksi suoraan: voimme käyttää taulukko teleskooppeja, jotka on erotettu hyvin pitkillä perusviivoilla. Heillä on vain yksittäisten teleskooppien valoa keräävä voima, mikä tarkoittaa, että esine näyttää hyvin heikosta, mutta he voivat saada tarkkuuden kaukoputkesta, joka on noin etäisyydellä välillä sarjan kaukaisimmat kaksi kaukoputkea!

Kuvahyvitys: Event Horizon -teleskooppisivustot Arizonan yliopiston kautta osoitteessa. [+] https://www.as.arizona.edu/event-horizon-telescope.

Se on täsmälleen idea tapahtumahorisontiteleskoopin takana, joka aikoo käyttää hyvin pitkää perustason interferometriaa lyhyellä (

1 mm) radioaallonpituudet täsmälleen tämän tyyppisen mittauksen tekemiseksi! On olemassa kaksi ehdotusta - seitsemän ja kolmetoista asemaa - joista kukin voisi vastata kysymykseen "onko mustilla aukoilla todellinen tapahtumahorisontti", suora kuvantaminen niitä!

Kuvahyvitys: S. Doeleman et ai., Kautta. [+] http://www.eventhorizontelescope.org/docs/Doeleman_event_horizon_CGT_CFP.pdf.

Jousimies A *, galaktisen keskuksen musta aukko, on ihanteellinen kohde, koska sen odotetaan olevan suurin tapahtumahorisontti, joka on näkyvissä maapallolta. Mikä hauskaa: toiseksi suurimman pitäisi olla M87-keskuksen (huipulla), Neitsyt-klusterin suurin galaksi, jonka pitäisi olla vain tekijä viisi suurempi kuin ehdotettu tapahtumahorisontiteleskoopin tarkkuus, mikä tarkoittaa, että voimme tarkkailla sen suihkua ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti ja saada ikkuna tarkalleen kuinka nämä hyperäänenpoiston ominaisuudet muodostuvat ja käyttäytyvät!

Mutta jos kysymyksesi koskee vain silmiesi käyttöä - jos sinä sinä itse halusi nähdä sen - Minulla on kauheita uutisia sinulle.

Kuvahyvitys: Ute Kraus, fysiikan koulutusryhmä Kraus, Universität Hildesheim, avaruusmatkailu,. [+] taustalla Axel Mellinger.

Ihmissilmän resoluutio on vähäinen, säälittävä 60 kaarisekuntia, mikä tarkoittaa, että jos haluat ratkaista jotain, joka oli 19 mikro-arc-sekunnin päästä, sinun on oltava noin kolme miljoonaa kertaa lähempänä sitä tai noin 546 tähtitieteellisen yksikön etäisyydellä. Aurinko on meille lähin tähti, mutta toinen lähin on Proxima Centauri, noin 4,24 valovuoden päässä, tai 268 000 tähtitieteellistä yksikköä! Aivan, sen pitäisi olla noin 500 kertaa lähempänä meitä kuin seuraavaa lähintä tähteä, vain sinun (säälittävillä ihmissilmillesi) ratkaisemiseksi se ollenkaan.

Neuvoni? Pidä kiinni kaukoputkista. Paitsi että se on paljon nopeampi, paitsi paljon halvempi (ja vähemmän vaarallinen) kuin valtava tähtienvälinen matka, mutta se on myös palkitsevampaa, koska näemme tällä teleskooppiryhmällä enemmän kuin sinun silmät koskaan voisivat.


Tähtitieteilijät hämmentyivät supermassiivisesta mustasta aukosta, joka liikkuu oudosti syvässä avaruudessa

Miksi se on käynnissä, on epäselvää, mutta sen epätavallinen nopeus voi johtua viimeaikaisesta sulautumisesta tai näkymättömästä kumppanista.

Galaksin J0437 + 2456 sydämessä on musta aukko, tähtitieteilijät luulevat löytäneensä levottoman mustan aukon.

Supermassiivinen musta aukko, noin 3 miljoonaa kertaa aurinkoa massiivisempi, on pakenemassa. Noin 230 miljoonan valovuoden päässä maasta, musta aukko on häiriintynyt ja nyt se liikkuu erikoisesti noin 110 000 mailin tunnissa - mutta tähtitieteilijät eivät ole aivan varmoja miksi.

Astrophysical Journal -lehdessä perjantaina julkaistussa uudessa tutkimuksessa joukko tähtitieteilijöitä havaitsi supermassiivisia mustia aukkoja galaksien sydämessä etsimällä merkkejä, joita ne saattavat liikkua epätavallisesti. Avaruudessa kaikki liikkuu kaikenlaisiin suuntiin painovoiman työntö- ja vetovoiman ansiosta, mutta useimmat mustat aukot liikkuvat samaan suuntaan samalla nopeudella kuin isäntägalaksinsa.

"Emme odota, että suurin osa supermassiivisista mustista aukoista liikkuu, ja yleensä he tyytyvät vain istumaan", Harvardin ja Smithsonianin astrofysiikan keskuksen tähtitieteilijä ja tutkimuksen johtava kirjoittaja Dominic Pesce kertoi Harvard Gazette -lehdelle. .

Ei niin galaksille J0437 + 2456 ja sen SMBH: lle. Se ei ole tyydyttävää vain istua.

Kosmosesta postilaatikkoon. Hanki viimeisimmät avaruustarinat CNETiltä joka viikko.

Vuonna 2018 Pesce ja hänen kollegansa huomasivat, että J0437 + 2456: n keskellä oleva supermassiivinen musta aukko on saattanut toimia hieman oudosti. Seuraten alkuperäisiä havaintojaan galaksista Puerto Ricossa sijaitsevan Arecibo-observatorion ja Havaijin ja Chilen Gemini-observatorion kanssa, he kuvaavat nyt galaksin mammutin mustan aukon harvinaisia ​​ja funky-liikkeitä.

Mustien aukkojen - näkymättömien kosmisten petojen - tutkimiseksi joukkueen oli keskityttävä reikiä ympäröivään alueeseen. SMBH: n kiertäminen galaksin keskellä on roskien ja pölyisen materiaalin "kerääntymiskiekko", jota hitaasti kerätään. Se on loistava valon ja radioaaltojen lähde. Tiimi tarkasteli SMBH-levyjä, jotka sisälsivät vettä levyissään, ja etsivät ilmaisinta, jonka kiertävä vesi heittää pois - äärimmäisen scifi-kuuloinen ilmiö, joka tunnetaan nimellä "maser". Tätä päästöä voidaan käyttää mustan aukon nopeuden mittaamiseen.

Tutkimastaan ​​10 mustasta aukosta vain J0437 + 2456: n keskellä oleva oli epätavallinen. Se ei liikkunut samalla nopeudella kuin kotigalaksinsa.

Mutta miten se tuli niin häiritseväksi? Joukkue ei ole varma, mutta ne tarjoavat joitain mahdollisuuksia.

Tutkimusten painopiste on ollut käyttää masereita tunnistamaan äskettäin sulautuneet SMBH-parit tai mustat aukot. Sulautumisskenaariossa uusi musta aukko voi "palautua", mikä voi selittää, miksi sen nopeus eroaa kotigalaksista. Jos kyseessä on mustien reikien pari - binaarijärjestelmä -, painovoiman voimakas työntö ja vetäminen saattaa aiheuttaa häiriöitä sen nopeudelle.

On myös mahdollista, että se on SMBH ulkoisesta galaksista, joka törmäsi äskettäin malliin J0437 + 2456.


Mitä ovat keskisuuret mustat aukot?

Välimassan mustat aukot painavat 100 - 10000 aurinkomassaa.

Tähtitieteilijät ovat pitkään ennustaneet välissä olevien mustien aukkojen olemassaoloa, mutta niiden löytäminen maailmankaikkeudesta on toinen asia. Vuosien varrella on tullut esiin paljon ehdokkaita, mutta heidän on osoittautunut vaikeaksi vahvistaa. Sitten, toukokuussa 2019, tutkijat havaitsivat jotain uskomatonta: Uusi, välitön musta aukko muodostumisen aikana.

Kansallisen tiedesäätiön laserinterferometrin gravitaatioaaltojen observatorio (LIGO) havaitsi gravitaatioaallot kahden tähtimassan mustan aukon sulautumisesta - törmäys näytti synnyttävän välitöntä mustaa aukkoa.

LIGO-animaatio, joka osoittaa välimassan mustan aukon muodostumisen.

Kahden törmänneen mustan aukon massa oli noin 85 ja vastaavasti 66 kertaa Auringon massa. Yhdistymisen myötä he loivat vielä suuremman mustan aukon, jonka massa oli noin 142 aurinkomassaa.

Vastasyntynyt musta aukko merkitsi ensimmäistä kertaa, kun tutkijat havaitsivat välimassan mustan aukon syntymän - ja se auttoi vahvistamaan, että nämä petot todellakin olemassa teorian ulkopuolella.

Mikä on uutta - Uudessa Luontotähtitiede Tutkimuksessa tutkijat havaitsivat gammasädepurkauksen, jonka nimi oli GRB 950830, joka on kaukana olevasta galaksista tuleva suurenerginen räjähdys. Vaikka mustat aukot itsessään eivät lähetä valoa, mustiin reikiin putoava aine kuumenee ja ne säteilevät ultraviolettivaloa, röntgensäteitä ja gammasäteitä.


Ymmärtäminen mielessä taipuvat mustat reiät

Olemme halunneet murtaa mustia aukkoja AirSpace-podcastissa jo jonkin aikaa - jos vain siksi, että voisimme paremmin ymmärtää ne itse (he ovat maailmankaikkeuden salaisimpia ilmiöitä, voitko syyttää meitä?).

Mustien aukkojen käsite ei ole uusi - tutkijat teorioivat ensimmäisen kerran niiden olemassaolon 1900-luvun alussa. Mutta viime vuosina tietämyksemme mustista aukoista on kasvanut eksponentiaalisesti - supermassiivisten mustien aukkojen vahvistumisesta galaksien keskellä aina ensimmäiseen mustan aukon kuvaan, jonka Event Horizon -teleskooppi on kaapannut.

Saadaksesi lisätietoja puhuimme kahden asiantuntijan: tohtori Andrea Ghezin ja tohtori Sheperd Doelemanin kanssa. Ghez jakoi vuoden 2020 fysiikan Nobel-palkinnon työstään todistamaan mustan aukon olemassaolo galaksimme keskellä, Jousimies A *. Ja Doeleman on Event Horizon -teleskoopin perustajajohtaja ja johtaa joukkoa, joka kuvasi mustaa aukkoa galaksin M87 keskellä.

Keskustelumme Doelemanin ja Ghezin kanssa saivat meidät vakuuttuneiksi siitä, että mustat reiät ovat vieläkin hämmentävämpiä kuin olisimme voineet koskaan kuvitella. Uskallamme sinun ajatella toisin.

Tässä on joitain suosituimpia mustaa aukkoamme koskevia faktoja:

Emme näe mustia aukkoja, joten meidän on tarkkailtava niitä epäsuorasti

Mustat aukot ovat määritelmänsä mukaan näkymättömiä. Ne edustavat avaruuden alueita, joissa painovoiman vetovoima on niin voimakasta, mikään ei voi paeta sitä, edes valo. Joten miten voit kuvitella, puhumattakaan tutkimisesta, käyttökelvoton?

"[Musta aukko] on luonnon näkymätön viitta. Siinä painovoima on niin voimakasta, että edes valo ei pääse tälle esineelle, joten meidän on tarkkailtava sitä sen vaikutuksen kautta muihin asioihin - aineeseen, valoon. Voimme nähdä sen vain epäsuorasti ... sen diafoonisen läsnäolon kautta. " - Doeleman

Tutkijat voivat "nähdä" mustia aukkoja tarkkailemalla niiden gravitaatiovaikutusta ympäröiviin asioihin. Tarkkailemalla tähtiä Linnunradan keskustan lähellä, Ghez pystyi tutkimaan niiden kiertorataa vääristävää painovoimakenttää paljastaen supermassiivisen mustan aukon. Uskomme nyt, että useimpien galaksien keskellä on mustia aukkoja.

”Missä teen työtä galaksin keskellä, ympäristö on niin erilainen kuin muualla galaksissa. Haluan kutsua galaksin keskusta tungosta kaupunkialueeksi verrattuna lähiöihin, joissa asut ... Mikä tekee galaksin keskuksesta niin jännittävän tutkia, asiat vaikuttavat toisiinsa, koska se on niin täynnä ja niin äärimmäistä. " -Ghez

Mustat aukot ovat sekä massiivisia että äärettömän pieniä samanaikaisesti

Einsteinin painovoimateoria ennustaa, että mustien aukkojen keskellä olevat singulariteetit ovat maailmankaikkeuden pienimpiä esineitä, ja niiden äärimmäinen painovoima vetää kaikki lähellä olevat massat yllättävän pieneen kosmiseen pakettiin. Tämä yhdessä niiden etäisyyden kanssa maasta voi tehdä mustista aukoista vielä vaikeampia havaita (vaikka sinäkin voisi nähdä ne).

"Oman galaksimme keskellä musta aukko… on neljä miljoonaa kertaa aurinkomme massa. Ja jos sinun pitäisi nähdä se, se olisi sama kuin oranssin näkeminen Kuulla. " - Doeleman

Joten, jotta voit kuvata yhtä, sinun on rakennettava a Todella iso kaukoputki. Ja juuri niin Doeleman ja hänen tiiminsä tekivät.

"Tapahtumahorisonteleskoopin idea oli muuttaa maapallo teleskoopiksi." - Doeleman

Event Horizon -teleskooppi yhdistää synkronoidut radiolautaset ympäri maailmaa. Kukin näistä radioteleskoopeista tallentaa tietoja mustasta aukosta niiden maantieteellisissä sijainneissa muodostaen tehokkaasti planeetan kokoisen teleskooppiryhmän. Tiedot yhdistetään ja toistetaan mustan aukon kuvan luomiseksi.

Joten tämä herättää kysymyksen, pystytkö rakentamaan jopa maapalloa suuremman kaukoputken? Doeleman sanoo kyllä. Jos laukaisit teleskooppeja maapallon kiertoradalle, voit tehdä niin suuren kaukoputken kuin maan ja avaruudessa olevien kaukoputkien välinen etäisyys, mikä lisää luotavien kuvien terävyyttä.

Mustat aukot ovat kirkkaimpia asioita maailmankaikkeudessa (odota, mitä?)

Luulin, ettet näe niitä? Kyllä, okei, et näe itse mustaa aukkoa. Mutta kaikki asia vain mustan aukon ulkopuolella puristetaan ja lämmitetään niin paljon, että se hehkuu erittäin kirkkaasti.

"Syvän painovoiman takia, joka houkuttelee ainetta, kaasua, pölyä, kaiken hyvin pieneksi tilavuudeksi, kaikki niitä lähestyvä aine puristuu ja se kuumenee kitkan kautta samalla tavalla kuin hieroessasi käsiäsi ne lämpenevät . Joten mustaa aukkoa ympäröivä kaasu on satojen miljardien asteiden lämpötilassa. " - Doeleman

Mitä enemmän opimme mustista aukoista, sitä salaperäisemmiksi niistä tulee

On niin monia kysymyksiä, jotka ovat jäljellä mustista aukoista. Tämä innostaa tutkijoita jatkamaan ymmärryksemme kasvamista.

”Minusta mustat aukot ovat niin mielenkiintoisia, koska tiedämme niin vähän vielä. Kysymyksiä on jäljellä niin paljon. Ja itse asiassa sanoisin, että työ, jonka olemme tehneet galaksin keskellä ... on avannut niin monia muita kysymyksiä, koska melkein kaikki, mitä voimme ennustaa siitä, mitä odotamme näkevän lähellä mustaa aukkoa, on ollut ristiriidassa havainnot. Joten tämä on todella hauskaa, koska se todella antaa sinulle polun eteenpäin. " -Ghez

Ja juuri viime kuussa Event Horizon Telescope -tiimi julkaisi uuden kuvan M87: stä polarisoidussa valossa, joka osoittaa tapahtumahorisontin ympärillä syntyvät magneettikentät. Mitä tämä tarkoittaa? Kukaan ei tiedä (vielä) - mutta se voi auttaa selittämään, miksi jotkut tähti-aineet putoavat mustan aukon syvyiseen painovoima-aukkoon, kun taas muu materiaali suihkutetaan avaruuteen upeissa aineen ja energian lähteissä. Mutta odota, luulin sanoneesi, ettei mikään voi paeta mustaa aukkoa? Me teimme! Mitä enemmän opimme, sitä outeampi se on. Kaikista käsittelemättömistä ristiriidoista huolimatta mustilla aukoilla on (lähes) vastustamaton vetovoima, joka pitää meidät palaamassa lisää.

Haluatko oppia lisää? Kuuntele AirSpace-podcastin uusin jakso kuulla Dr. Gheziltä ja tohtori Doelemanilta ja laajenna mustan aukon tietämystäsi. Kuuntele alla tai suosikki podcast-sovelluksessasi.


Galaksin keskellä oleva supermassiivinen musta reikä voi olla piilossa oleva madonreikä, sanovat tähtitieteilijät

Yksi Linnunradan galaksin erikoisimmista kohteista on Jousimies A * (lausutaan Jousimies A-tähdeksi). Tämä pieni esine on kirkas radioaaltojen lähde Jousimiehen tähdistössä, joka löydettiin vuonna 1974.

Siitä lähtien tähtitieteilijät ovat tehneet lukuisia havaintoja Jousimies A *: sta ja lähellä olevista tähdistä, joista osa kiertää sitä erittäin suurella nopeudella. Tämä tarkoittaa, että Jousimies A * on erittäin massiivinen ja koska se on niin pieni, sen on myös oltava erittäin tiheä.

Siksi monet tähtitieteilijät uskovat, että tämä esine on supermassiivinen musta aukko, joka makaa galaksin keskellä. Itse asiassa Jousimies A * on noin 4 miljoonaa kertaa massiivisempi kuin Aurinko pakattuna tilavuuteen, joka ei ole paljon suurempi kuin Merkuruksen kiertorata.

Mutta on olemassa toinen selitys - että tämä massiivinen tiheä esine on madonreikä, joka yhdistää avaruusalueemme toiseen pisteeseen universumissa tai jopa toiseen osaan multiversumia. (Astrofyysikot ovat jo pitkään tienneet, että madonreiät ovat sallittuja yleisen suhteellisuustason lakien mukaan ja ne ovat saattaneet muodostua pian Ison räjähdyksen jälkeen.)

Ja tämä herättää mielenkiintoisen kysymyksen. Jos Jousimies A * on madonreikä, kuinka tähtitieteilijät voivat erottaa sen mustasta aukosta? Tänään saamme vastauksen Zilong Li ja Cosimo Bambin työn ansiosta Shanghain Fudanin yliopistossa.

Nämä kaverit ovat laskeneet, että mustan aukon kiertävä plasma näyttäisi erilaiselta kuin sama plasma, joka kiertää matoreikää. He ovat laskeneet eron ja jopa simuloineet tuloksena olevia kuvia, joiden pitäisi olla mahdollista kerätä seuraavan sukupolven interferometristen teleskooppien avulla. Toisin sanoen, jos galaksimme keskellä on madonreikä, meidän pitäisi pystyä näkemään se lähivuosien aikana.

Ajatus siitä, että galaksin keskellä saattaa olla madonreikä, ei ole niin kaukaa haettu kuin miltä se kuulostaa. In the early universe, quantum fluctuations may well have a connected different regions of the cosmos, creating wormholes that were preserved during inflation when universe increased in size by many orders of magnitude.

The presence of a wormhole would actually solve a major problem of galaxy formation. In recent years, astronomers have observed what appear to be supermassive black holes at the centre of many galaxies. Indeed, many believe that supermassive black holes are necessary for galaxies to form in the first place— they provide the gravitational pull to hold galaxies together in their early stages.

But if that’s true, how do supermassive black holes become so massive so quickly? After all, the one at the centre of our galaxy must have been in place about 100 million years after the Big Bang. That doesn’t leave much time to grow.

A wormhole, on the other hand, is a primordial object formed in the blink of an eye after creation. So if wormholes did form in this way, they would be present in the early universe to trigger the formation of the first galaxies.

That’s why telling one from the other is so significant— the difference provides important clues about the nature of the early universe.

On the face of it, it’s easy to imagine that telling them apart ought to be impossible. After all, both black holes and wormholes sit behind an event horizon from which light cannot escape. There is no way of seeing what’s going on inside an event horizon.

However, there is an important difference between black holes and wormholes— the latter is much smaller than the former and this is the basis on which Zilong and Bambi say they can be told apart.

They consider a cloud of hot plasma orbiting each body and emitting infrared light. They then calculate the trajectory the light must take to escape towards Earth where it can be imaged.

Because this light has difficulty escaping from the extreme gravitational fields of these objects, the image of the cloud of plasma becomes smeared out. But the difference in size between a black hole and a wormhole causes a crucial difference in this smearing. This distinctive pattern of smearing is the signature that astronomers can use to tell them apart.

Nobody has succeeded in viewing Sagittarius A* in the optical or near infrared part of the spectrum. But that is going to change in the next few years.

In particular, astronomers are building an infrared interferometer called GRAVITY at the Very Large Telescope Interferometer in the Atacama desert of northern Chile. This device will be capable of resolving clouds of plasma around Sagittarius A*and spotting the unique signature of a wormhole, if one is there.

These images will provide a fascinating insight into the nature of the massive dense object at the centre of our galaxy. The confirmation that it is a supermassive black hole will be important but the discovery that it is a wormhole will be mind-blowing.

GRAVITY is being shipped to Chile next year and will hopefully be in operation soon after that. If there is a wormhole at the heart of the Milky Way, the likelihood is that we’ll find out in the not too distant future.

Ref: arxiv.org/abs/1405.1883 : Distinguishing Black Holes And Wormholes With Orbiting Hot Spots

Follow the Physics arXiv Blog on Twitter at @arxivblog, on Facebook and by hitting the Follow button below.


Katso video: Un misterioso objeto perforó un agujero en la Vía Láctea (Tammikuu 2022).