Supermasivna črna luknja: nastanek, odkrivanje, lastnosti

Črne luknje so področja tkiva prostora in časa, ki imajo tako maso, da noben predmet, niti ne svetloba, ne more uiti iz svojega gravitacijskega polja. Čeprav so teoretiki že oblikovali splošno idejo o črnih luknjah, njihov obstoj ni v celoti dokazan. To izhaja iz klasične teorije teže, kar pomeni, da če so teorije nepravilne, imajo lahko črne luknje drugačno naravo.

Gigantomanija

Tudi največja črna luknja se lahko po mnenju sodobnih znanstvenikov pojavi v enem od štirih scenarijev. Dva izmed njih - tako imenovani realistični - sta povezana s kolapsom. "Zastarela" zvezda se zruši ali skrči, kar povzroči nevtronsko zvezdo. Z maso enega in pol našega Sonca ima zelo majhen premer - približno dvajset kilometrov, vendar je gostota snovi zelo velika. Če ima zvezda zelo veliko maso, se namesto nevtronske zvezde pojavi črna luknja.

Druga realistična različica kaže na to, da je lahko videz obravnavanega predmeta povezan z razpadom protogalaktičnega plina ali celotnega osrednjega dela galaksije.

Preostali dve - hipotetični - različici pravita, da morda nekatere črne luknje v vesolju obstajajo od trenutka Velikega poka, se imenujejo primarne. Po drugi predpostavki se lahko oblikujejo tudi kot posledica visoko energetskih jedrskih reakcij.

Največja črna luknja

V zadnjem desetletju so ti nevidni vesoljski objekti povzročili hrup med astrofiziki. Obstoj ogromnih črnih lukenj je bil neverjeten, vendar se je izkazalo, da ga ni mogoče težko najti, če obstaja načrt.

V središču vsake galaksije je neviden objekt ogromne velikosti, ki izkrivlja orbite zvezd. Ta objekt je bila supermasivna črna luknja. To je mogoče razložiti z dejstvom, da je v osrednjih delih galaksij grozd zvezd največji, rezultat njihovega združevanja vodi v ogromne mase črnih lukenj, in izkaže se, da supermasivna črna luknja v središču galaksije ni čudna stvar, ampak pravilnost.

Seveda se je takoj pojavilo vprašanje, kako velike so lahko. Sodobni znanstveniki jih razvrščajo s povečanjem mase. Črne luknje zvezdne mase so primerljive z masami od 10 do več deset mas. Dimenzije supermasivnih črnih lukenj so ogromne - od milijon do več sto milijonov mas naše zvezde. Preostali predmeti spadajo v kategorijo medija, znanstveniki pa menijo, da so veliko manjši od ostalih, vendar še ne morejo razložiti razloga za takšno količinsko razliko.

Velikan naše galaksije

V Rimski cesti obstaja supermasivna črna luknja. Njegova masa je štiri milijone. mase sonca, kar je 0,1% celotne galaksije! Vendar je naša galaksija po kozmičnih standardih precej majhna. Na primer, v relativni soseski z nami, v ozvezdju Devica, se nahaja Messier 87, ki ima velikost dvestokrat večji. Astrofizik Ethan Siegel, avtor članka "Največja črna luknja v znanem vesolju", navaja, da je v tej galaksiji neverjetna anomalija: iz njegovega središča izvira tok snovi okoli pet tisoč svetlobnih let (na primer celotna Rimska cesta). več kot sto tisoč svetlobnih let). Po mnenju znanstvenikov je vzrok te anomalije lahko le supermasivna črna luknja.

Nadaljnje in nadaljnje

Običajno je supermasivna črna luknja 0,01% mase galaksije, kar pomeni, da je mogoče domnevati, da je iskanje "nevidnega" največje velikosti treba začeti z iskanjem največje galaksije. Taka v opazovalnem vesolju je IC 1101, katere dolžina je dva milijona svetlobnih let kar je skoraj dvakrat večja od sosednje galaksije, Andromede. Po teži je lahko enaka vsem ozvezdje Devica. Znanstveniki so predlagali, da je najbolj "težka" črna luknja, vendar IC 1101 ima konkurenta.

Znanstveniki z univerze Yale, ki iščejo supermasivne črne luknje v našem zvezdnem nebu, so odkrili anomalijo v najbolj oddaljeni galaksiji. Galaxy CID-947 je tako daleč od nas, da jo astrofiziki menijo v močni retrospektivi. Po naših običajnih standardih je zdaj po starosti 1,5–2 milijard let po Velikem poku (po mnenju znanstvenikov se je to zgodilo pred 14 milijardami let). Črna luknja v tej galaksiji je neobičajno težka in predstavlja 17% mase celotne galaksije, ki presega stopnjo Sonca 7 milijard krat, čeprav sama CID-947 ni večja od naše Rimske ceste. Lahko rečemo, da je to trenutno največja črna luknja znanost.

Rojstvo supermasivnega

Astrofiziki še niso prišli do skupnega mnenja o vprašanju oblikovanja črnih lukenj. Morda primer ni omejen na štiri teorije ali pa so povsem narobe. Glede CID-947 pa znanstveniki ne predvidevajo. Menijo, da se lahko supermasivne črne luknje oblikujejo kot posledica njihovega »brstenja« iz črnih lukenj zvezdnih mas, kar traja milijarde let. Vendar pa CID-947 vidimo precej mlade in črna luknja v njenem središču je neverjetno velika. Zanimivo bi bilo videti, kako izgleda zdaj, po 12 milijardah let, vendar tega ne moremo vedeti.

Možna razlaga za to anomalijo je, da je bila črna luknja primarna, tj. Oblikovana že med Velikim pokom, ali pa je sama galaksija imela zelo veliko koncentracijo zvezd in protogalaktični plin v svojem središču.

Odkrivanje črne luknje

V študiji in opazovanju črnih lukenj je kar nekaj težav, glavna težava pa je v njihovem odkrivanju. Svetloba ne more premagati svoje gravitacije, kar pomeni, da predmet s tako ogromno maso ostaja neviden! Torej, tudi če najmočnejši teleskop našega časa - Hubble - »vidi« supermasivno črno luknjo, lahko samo astrofizik razume, da je res tam.

Praviloma se črne luknje znajdejo skozi izkrivljanje orbit okoli zvezd. Imajo tudi rentgenske žarke in gama žarke (to je posledica pretoka vodika, najpogostejše snovi v našem vesolju), ki se pred izginotjem v črne luknje segreje na temperaturo več milijonov stopinj.

Drug način je, da ugotovimo maso, nato pa prostornino objekta in ga primerjamo z gravitacijskim polmerom. Ta metoda velja za edino zanesljivo. Znanstveniki prav tako pomagajo znanstvenikom ugotoviti, ali je predmet črna luknja in razmerje med njegovo maso in svetilnostjo, hitrostjo virov vala in hitrostjo vrtenja plina.

Dejstva in podrobnosti

Kaj se zgodi, če prideš v črno luknjo? To vprašanje je eno najbolj zanimivih. Znanstveniki kažejo, da se bomo pri približevanju človeškem telesu začeli raztezati. To se nadaljuje, dokler se ne pretvori v tok delcev in prečka horizont dogodkov. Vendar pa bo ta učinek opazen, če ima črna luknja zvezdno maso. Za supermasiv je scenarij nekoliko drugačen, ker je zaradi svoje velikosti singularnost precej daleč od obzorja.

Tako bo popotnik lahko prečkal obzorje dogodkov - rob črne luknje, in se potopil dovolj globoko v to, preden bo začutil uničujoče učinke. Njegova hitrost se bo nenehno pospešila, dokler ne doseže hitrost svetlobe in čas za upočasnitev. Ampak to še ni vse!

En način

Na določeni stopnji bo lahko sočasno videl vse predmete, ki jih je črna luknja pogoltnila v svojem življenju, in če se bo obrnil nazaj, bo opazoval tiste, ki jih velikan še ni pogoltnil. Prostor črne luknje bo vedno bolj oviral pogled, potem pa se bo popolnoma zaprl, potnik pa bo videl prostor skozi majhno "luknjo", kot da bi skozi cev. Zaradi popačenja dojemanja časa bo to potovanje trajalo milijone let in bo resnično osupljivo.

Toda kako lahko astrofiziki govorijo o predmetih, katerih dejanski obstoj ni celo popolnoma dokazan? Vsi razlogi za matematične izračune. Na podlagi nekaterih podatkov lahko znanstveniki izdelajo izračune in na njihovi osnovi celo sklepajo o notranji strukturi objektov. Torej lahko le s špekulativnim eksperimentom odgovorijo na mnoga vprašanja, celo povedo, kaj se bo zgodilo, če boste prišli v črno luknjo.

Če zamenjate sonce s črno luknjo

Še en zanimiv miselni poskus je zamenjava ene zvezde našega sistema z ekvivalentno črno luknjo. Mimogrede, obzorje dogodkov takega velikana bo velikosti ... balona. Vendar pa prisotnost »univerzalnega absorberja« v ozadju dejansko praktično ne bo vplivala na planete našega sistema: lahko se absorbira le objekt, ki prehaja v relativno bližino črni luknji. Planeti se gibljejo v svoji orbiti, kar izključuje možnost konvergence: astrofiziki so našli veliko zvezd in planetov, ki se tiho vrtijo okoli črnih lukenj.

Vendar ni vse tako preprosto. Prva stvar, ki bo izginila, je sončna svetloba, ki daje življenje vsem na Zemlji, in to je glavni problem. Seveda, če je človeštvo obvladalo tehnologijo termonuklearna fuzija in genetski inženiring, verjetno bi lahko nadaljevali z življenjem v temačni temi na postopno ohlajevalnem planetu, vendar bi v tej fazi razvoja ljudje umrli v nekaj desetletjih.

Glavna napačna predstava

Obstaja mnenje, da črne luknje v vesolju absorbirajo samo energijo. Pravzaprav ni. Podobno kot rastline, ki absorbirajo ogljikov dioksid med procesom fotosinteze in jo izločajo med drugimi procesi, črna luknja vpije snov in jo sprosti.

Ta pojav je mogoče razložiti le s stališča kvantne fizike. Črna luknja tvori tok elementarnih delcev, predvsem fotonov, ki se imenuje kvantno sevanje črne luknje ali Hawkingovo sevanje (poimenovano po samem Stephenu Hawkingu). V kvantni mehaniki obstaja tako imenovani tunelski mehanizem, ki pomaga delcem premagovati ovire, ki so nepremostljive za nequantum material.