HVAD ER ET SUPERMASSIVT SORT HUL?

Send

I 1971 antog de engelske astronomer Donald Lynden-Bell og Martin Rees, at et supermassivt sort hul (SMBH) befinder sig i midten af vores Melkevejsgalakse. Dette var baseret på deres arbejde med radiogalakser, som viste, at de enorme mængder energi, der udstråles af disse genstande, skyldtes, at gas og stof blev anbragt på et sort hul i deres centrum.

I 1974 blev det første bevis for denne SMBH fundet, da astronomer opdagede en massiv radiokilde, der kom fra centrum af vores galakse. Denne region, som de kaldte Skytten A *, er over 10 millioner gange så massiv som vores egen sol. Siden opdagelsen har astronomer fundet bevis for, at der er supermassive sorte huller i centrum af de fleste spiral- og elliptiske galakser i det observerbare univers.

Beskrivelse:

Supermassive sorte huller (SMBH) adskiller sig fra sorte huller med lavere masse på flere måder. For begyndere, da SMBH har en meget højere masse end mindre sorte huller, har de også en lavere gennemsnitstæthed. Dette skyldes det faktum, at med alle sfæriske genstande er volumen direkte proportional med radiusens terning, mens minimumsdensiteten af et sort hul er omvendt proportional med kvadratet af massen.

Derudover er tidevandskræfterne i nærheden af begivenhedshorisonten markant svagere for massive sorte huller. Som med densitet er tidevandskraften på en krop i begivenhedshorisonten omvendt proportional med kvadratet af massen. Som sådan ville en genstand ikke opleve betydelig tidevandskraft, før den var meget dybt ned i det sorte hul.

Dannelse:

Hvordan SMBH'er dannes, forbliver genstand for meget videnskabelig debat. Astrofysikere mener i vid udstrækning, at de er resultatet af fusioner i sorte huler og akkretion af materie. Men hvor "frøene" (dvs. forfader) af disse sorte huller kom fra, er der hvor der er uenighed. I øjeblikket er den mest åbenlyse hypotese, at de er resterne af flere massive stjerner, der eksploderede, som blev dannet ved akkretion af stof i det galaktiske centrum.

En anden teori er, at før de første stjerner, der blev dannet i vores galakse, kollapset en stor gassky til en ”qausi-stjerne”, der blev ustabil for radiale forstyrrelser. Det forvandlede sig derefter til et sort hul på ca. 20 solmasser uden behov for en supernovaeksplosion. Over tid akkrediteres den hurtigt masse for at blive et mellemliggende og derefter supermassivt, sort hul.

I endnu en anden model oplevede en tæt stjerneklynge kerne-sammenbrud som et resultat af hastighedsdispersion i dens kerne, hvilket skete med relativistiske hastigheder på grund af negativ varmekapacitet. Til sidst er der teorien om, at oprindelige sorte huller kan være produceret direkte ved eksternt tryk umiddelbart efter Big Bang. Disse og andre teorier forbliver teoretiske for tiden.

Skytten A *:

Flere bevislinjer peger mod eksistensen af en SMBH i midten af vores galakse. Mens der ikke er foretaget nogen direkte observationer af Skytten A *, er dens tilstedeværelse udledt af den indflydelse, den har på omgivende genstande. Den mest bemærkelsesværdige af disse er S2, en stjerne, der flyder en elliptisk bane omkring Skytten A * radiokilde.

S2 har en orbitalperiode på 15,2 år og når en minimal afstand på 18 milliarder km (11,18 milliarder mi, 120 AU) fra centrum af det centrale objekt. Kun et supermassivt objekt kunne redegøre for dette, da ingen anden årsag kan skelnes. Og fra S2's orbitalparametre har astronomer været i stand til at fremstille estimater for objektets størrelse og masse.

For eksempel har S2s bevægelser ført til, at astronomer har beregnet, at objektet i midten af dets bane skal have ikke mindre end 4,1 millioner solmasser (8,2 × 10³³ metriske ton; 9,04 × 10³³ amerikanske ton). Desuden skulle dette objekts radius være mindre end 120 AU, ellers ville S2 kollidere med det.

Imidlertid blev det hidtil bedste bevis fremlagt i 2008 af Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics og UCLAs Galactic Center Group. Ved hjælp af data, der er opnået over en periode på 16 år af ESOs Very Large Telescope og Keck Telescope, var de i stand til ikke kun nøjagtigt at estimere afstanden til centrum af vores galakse (27.000 lysår fra Jorden), men også spore stjernernes bane der med enorm præcision.

Som Reinhard Genzel, sagde teamlederen fra Max-Planck-instituttet for ekstrem jordfysik:

“Uden tvivl er det mest spektakulære aspekt af vores langtidsundersøgelse, at det har leveret det, der nu betragtes som det bedste empiriske bevis for, at supermassive sorte huller virkelig eksisterer. De stjernebane i Galactic Center viser, at den centrale massekoncentration på fire millioner solmasser skal være et sort hul, uden enhver rimelig tvivl. ”

En anden indikation på Skytten A * tilstedeværelse kom den 5. januar 2015, hvor NASA rapporterede en rekordstor røntgenstråling, der kom fra centrum af vores galakse. Baseret på aflæsninger fra Chandra X-ray Observatory rapporterede de emissioner, der var 400 gange lysere end normalt. Disse blev antaget at være resultatet af en asteroide, der faldt ned i det sorte hul, eller af sammenfiltringen af magnetfeltlinier i gassen, der strømmer ind i det.

Andre galakser:

Astronomer har også fundet bevis for SMBH'er i midten af andre galakser inden for den lokale gruppe og videre. Disse inkluderer den nærliggende Andromeda Galaxy (M31) og elliptisk galakse M32 og den fjerne spiralgalakse NGC 4395. Dette er baseret på det faktum, at stjerner og gasskyer nær midten af disse galakser viser en observerbar stigning i hastighed.

En anden indikation er Active Galactic Nuclei (AGN), hvor massive udbrud af radio, mikrobølgeovn, infrarød, optisk, ultraviolet (UV), røntgenstråle og gammastrålebånd regelmæssigt detekteres fra områder med koldt stof (gas og støv) ) i midten af større galakser. Mens strålingen ikke kommer fra de sorte huller, menes den indflydelse, som en så massiv genstand ville have på omgivende stof, at være årsagen.

Kort sagt danner gas og støv akkretionsskiver i midten af galakser, der kredser over supermassive sorte huller og gradvist fodrer dem med noget. Den utrolige tyngdekraft i dette område komprimerer diskens materiale, indtil den når millioner af grader kelvin, hvilket genererer lys stråling og elektromagnetisk energi. Der dannes også en korona af varmt materiale over akkretionsskiven og kan sprede fotoner op til røntgenstråle-energier.

Samspillet mellem det roterende magnetiske felt SMBH og akkretionsskiven skaber også kraftfulde magnetiske jetfly, der fyrer materiale over og under det sorte hul i relativistiske hastigheder (dvs. ved en betydelig del af lysets hastighed). Disse jetfly kan strække sig over hundreder af tusinder af lysår og er en anden potentiel kilde til observeret stråling.

Når Andromeda-galaksen fusionerer med vores egen om nogle få milliarder år, vil det supermassive sorte hul, der er i centrum, smelte sammen med vores eget og producere et meget mere massivt og magtfuldt hul. Denne vekselvirkning vil sandsynligvis sparke flere stjerner ud af vores kombinerede galakse (producerer useriøse stjerner) og vil sandsynligvis også forårsage, at vores galaktiske kerne (som i øjeblikket er inaktiv) bliver aktiv en igen.

Undersøgelsen af sorte huller er stadig i sin spædbarn. Og det, vi har lært i de sidste par årtier, har været både spændende og frygtindgydende. Uanset om det er lavmasse eller supermassiv, er sorte huller en integreret del af vores univers og spiller en aktiv rolle i dens udvikling.

Hvem ved hvad vi vil finde, når vi kikker dybere ind i universet? Måske en dag vil vi teknologien, og den bløde modighed, eksistere, så vi måske prøver at nå et højdepunkt under en hændelseshorisons slør. Kan du forestille dig, at det sker?

Vi har skrevet mange interessante artikler om sorte huller her på Space Magazine. Her er ud over enhver rimelig tvivl: Et supermassivt sort hul bor i midten af vores galakse, røntgenstråle-ekko afslører supermassivt sort hul Torus, hvordan vejer du et supermassivt sort hul? Tag temperaturen, og hvad sker der, når supermassive sorte huller kolliderer?

Astronomi Cast også nogle relevante episoder om emnet. Her er afsnit 18: Sorte huller store og små og afsnit 98: kvasarer.

Mere at udforske: Astronomy Cast's episoder Quasars og Black Holes Big and Small.

Kilder: