V roce 1971 angličtí astronomové Donald Lynden-Bell a Martin Rees předpokládali, že uprostřed naší Galaxie Mléčná dráha je supermasivní černá díra (SMBH). Toto bylo založeno na jejich práci s rádiovými galaxiemi, které ukázaly, že obrovské množství energie vyzařované těmito objekty bylo způsobeno tím, že se plyn a hmota nahromadily na černé díře v jejich středu.
V roce 1974 byly první důkazy o tomto SMBH nalezeny, když astronomové detekovali masivní radiový zdroj přicházející ze středu naší galaxie. Tato oblast, kterou nazvali Střelec A *, je více než 10 milionůkrát hmotnější než naše vlastní Slunce. Od svého objevu astronomové našli důkaz, že ve středech většiny spirálních a eliptických galaxií v pozorovatelném vesmíru jsou supermasivní černé díry.
Popis:
Supermasivní černé díry (SMBH) se liší od černých děr s nízkou hmotností mnoha způsoby. Pro začátek, protože SMBH mají mnohem vyšší hmotnost než menší černé díry, mají také nižší průměrnou hustotu. To je způsobeno skutečností, že u všech sférických objektů je objem přímo úměrný kostce poloměru, zatímco minimální hustota černé díry je nepřímo úměrná čtverci hmoty.
Kromě toho jsou přílivové síly v blízkosti horizontu události pro masivní černé díry výrazně slabší. Stejně jako u hustoty je přílivová síla na těle v horizontu události nepřímo úměrná čtverci hmoty. Jako takový by objekt nezažil významnou přílivovou sílu, dokud nebyl velmi hluboko do černé díry.
Formace:
Jak se formují SMBH, zůstává předmětem hodně vědecké debaty. Astrofyzici většinou věří, že jsou výsledkem fúzí černých děr a hromadění hmoty. Ale tam, kde pocházejí „semena“ (tj. Progenitory) těchto černých děr, dochází k neshodě. V současné době je nejzřetelnější hypotézou to, že jsou to zbytky několika masivních hvězd, které explodovaly, které byly vytvořeny narůstáním hmoty v galaktickém centru.
Jinou teorií je, že předtím, než se v naší galaxii vytvořily první hvězdy, zhroutil se velký oblak plynu na „hvězdu qausi“, která se stala nestabilní vůči radiálnímu rušení. Poté se změnila na černou díru asi 20 solárních mas bez nutnosti výbuchu supernovy. Postupem času rychle narůstala hmota, aby se stala mezilehlou, a pak superhmotnou černou dírou.
V ještě dalším modelu hustý hvězdný klastr zažil kolaps jádra v důsledku rozptylu rychlosti v jeho jádru, k němuž došlo při relativistických rychlostech v důsledku negativní tepelné kapacity. Konečně, existuje teorie, že pravěké černé díry mohly být vyrobeny přímo vnějším tlakem bezprostředně po Velkém třesku. Tyto a další teorie zůstávají prozatím teoretické.
Střelec A *:
Více důkazních bodů ukazuje na existenci SMBH ve středu naší galaxie. Ačkoli u Střelce A * nebyla učiněna žádná přímá pozorování, jeho přítomnost byla odvozena z vlivu, který má na okolní objekty. Nejpozoruhodnější z nich je S2, hvězda, která protéká eliptickou oběžnou dráhou kolem zdroje rádia A * Střelec.
S2 má orbitální období 15,2 let a dosahuje minimální vzdálenosti 18 miliard km (11,18 miliard mi, 120 AU) od středu centrálního objektu. Za to mohl odpovídat pouze supermasivní objekt, protože není možné rozeznat žádnou jinou příčinu. A z orbitálních parametrů S2 dokázali astronomové odhadnout velikost a hmotnost objektu.
Například pohyby S2 vedly astronomy k výpočtu, že objekt ve středu své oběžné dráhy nesmí mít méně než 4,1 milionu slunečních hmot (8,2 × 10 ³³ metrických tun; 9,04 × 10 ³³ amerických tun). Kromě toho by poloměr tohoto objektu musel být menší než 120 AU, jinak by s ním Solidovalo.
Dosavadní nejlepší důkaz však v roce 2008 poskytl Institut Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku a skupina Galaktického centra UCLA. Pomocí dat získaných za 16 let pomocí ESO velmi velkého dalekohledu a Keckova dalekohledu dokázali nejen přesně odhadnout vzdálenost do středu naší galaxie (27 000 světelných let od Země), ale také sledovat oběžnou dráhu hvězd tam s obrovskou přesností.
Jako Reinhard Genzel, vedoucí týmu z Institutu Max-Planck pro mimozemskou fyziku řekl:
“Nepochybně nejpozoruhodnějším aspektem naší dlouhodobé studie je to, že poskytla to, co je nyní považováno za nejlepší empirický důkaz, že supermasivní černé díry skutečně existují. Hvězdné oběžné dráhy v galaktickém centru ukazují, že centrální hmotnostní koncentrace čtyř milionů slunečních hmot musí být bezpochyby černá díra. “
Další náznak přítomnosti Střelce A * nastal 5. ledna 2015, kdy NASA ohlásila rekordní rentgenovou erupci přicházející ze středu naší galaxie. Na základě údajů z rentgenové observatoře Chandra uvedli emise, které byly 400krát jasnější než obvykle. Předpokládalo se, že to bylo důsledkem pádu asteroidu do černé díry nebo zapletením čar magnetického pole do plynu, který do něj proudil.
Další galaxie:
Astronomové také našli důkazy o SMBH ve středu jiných galaxií v místní skupině i mimo ni. Patří mezi ně blízká galaxie Andromeda (M31) a eliptická galaxie M32 a vzdálená spirální galaxie NGC 4395. Je to založeno na skutečnosti, že hvězdy a oblaky plynu v blízkosti středu těchto galaxií vykazují pozorovatelné zvýšení rychlosti.
Další indikací je aktivní galaktická jádra (AGN), kde jsou periodicky detekovány masivní výboje rádiových, mikrovlnných, infračervených, optických, ultrafialových (UV), rentgenových a gama paprsků, přicházejících z oblastí studené hmoty (plyn a prach) ) ve středu větších galaxií. Zatímco záření nepochází ze samotných černých děr, je příčinou takový vliv, jaký by takový masivní objekt měl na okolní hmotu.
Stručně řečeno, plyn a prach tvoří akreční disky ve středu galaxií, které obíhají supermasivní černé díry, a postupně je přivádějí na hmotu. Neuvěřitelná gravitační síla v této oblasti komprimuje materiál disku, dokud nedosáhne milionů kelvinů, čímž vytváří jasné záření a elektromagnetickou energii. Nad akrečním diskem se také vytváří koróna horkého materiálu a může rozptýlit fotony až do rentgenových energií.
Interakce mezi rotujícím magnetickým polem SMBH a akrečním diskem také vytváří silné magnetické trysky, které střílejí materiál nad a pod černou dírou při relativistických rychlostech (tj. Při významném zlomku rychlosti světla). Tyto trysky se mohou prodloužit o stovky tisíc světelných let a jsou druhým potenciálním zdrojem pozorovaného záření.
Když se galaxie Andromeda spojí s naší vlastní za několik miliard let, superhmotná černá díra, která je v jejím středu, se sloučí s naší vlastní a vytvoří mnohem mohutnější a silnější. Tato interakce pravděpodobně vyhodí několik hvězd z naší kombinované galaxie (produkující nepoctivé hvězdy) a také pravděpodobně způsobí, že se naše galaktické jádro (které je v současné době neaktivní) opět stane aktivním.
Studie černých děr je stále v plenkách. A to, co jsme se naučili pouze v posledních několika desetiletích, bylo vzrušující a úžasné. Ať už jde o nižší hmotnost nebo o superhmotnost, černé díry jsou nedílnou součástí našeho vesmíru a hrají aktivní roli v jeho vývoji.
Kdo ví, co najdeme, když se podíváme hlouběji do vesmíru? Možná, že jednoho dne budeme technologie a naprostá drzost existovat, abychom se mohli pokusit vyvinout pod závoj horizontu události. Dokážete si to představit?
Zde jsme v Space Magazine napsali mnoho zajímavých článků o černých dírách. Zde je mimo rozumné pochybnosti: Supermasivní černé díry žije ve středu naší galaxie, rentgenová erupce ozvěny odhaluje supermasivní černé díry Torus, jak vážíte supermasivní černé díry? Vezměte si jeho teplotu a co se stane, když dojde ke kolizi supermasivních černých děr?
Astronomie Obsazení také některé relevantní epizody na toto téma. Tady je epizoda 18: Black Holes Big and Small a Episode 98: Quasars.
Více k prozkoumání: Epizody Astronomie Cast, kvasary a Black Holes Big and Small.
Zdroje:
- Wikipedia - Supermassive Black Hole
- NASA - Supermassive Black Holes
- Swinburne University: Cosmos - Supermassive Black Hole
