Găurile negre supermasive sunt monștrii Galaxy

Există o gaură neagră supermasivă în centrul galaxiei noastre. Nu poate fi văzut direct prin telescoape sau cu ochii noștri, dar astronomii știu că este acolo. De fapt, există găuri negre supermasive la inimile multor galaxii. De unde știu astronomii acești monștri pândesc în miezurile galactice? Ei folosesc o varietate de metode pentru a studia lumina în timp ce trece pe lângă o gaură neagră și, de asemenea, studiază regiunea din jurul unei găuri negre pentru a înțelege modul în care afectează nori de gaz, praf și chiar stele din apropiere. În prezent, gaura neagră supermasivă de pe Calea Lactee, numită Săgetătorul A *, este una destul de liniștită, iar astronomii o monitorizează în multe lungimi de undă de lumină pentru a înțelege acțiunile sale.

De ce Fascinația cu găurile negre?

Găurile negre sunt cele preferate în poveștile și mass-media science fiction. Uneori sunt folosite ca dispozitiv de complot pentru a permite un fel de truc de călătorie interstelar. Sau, sunt prezentate în călătorii în timp sau în alt element important al unei povești. Oricât de fascinante sunt astfel de povești, realitatea din spatele acestor ciudate ciudăți este mai interesantă decât își pot imagina scriitorii. Care sunt faptele din jurul găurilor negre supermasive? Există vreo știință în spatele reprezentărilor științifico-fantastice ale găurilor negre supermasive? Să aflăm.

Ce sunt găurile negre supermasive?

În general, găurile negre supermasive sunt exact ceea ce le spune numele: găuri negre cu adevărat masive. Ele măsoară în sute de mii de mase solare (o masă solară este egală cu masa Soarelui) până la miliarde de mase solare. Ei au o putere imensă și au o influență incredibilă asupra galaxiilor lor.

Tragerea gravitațională a găurii negre suspectate formează un disc de gaz rece, asemănător unui frisbee, în miezul unei galaxii. Observațiile de mai târziu Hubble o altă galaxie a confirmat realitatea unor monstruoase găuri negre gravitaționale care prind totul, chiar și lumina. L. Ferrarese (Johns Hopkins University) și NASA

Cele mai multe găuri negre supermasive există în miezurile galaxiilor. Această locație centrală le permite (cel puțin parțial) să ajute la menținerea galaxiilor împreună. Gravitatea lor este atât de imensă, din cauza masei lor incredibile, încât chiar și stele la sute de mii de ani-lumină distanță sunt legate pe orbită în jurul lor și nucleele galaxiei pe care le locuiesc.

Găurile negre și densitățile lor incredibile

Ori de câte ori astronomii vorbesc despre găuri negre, principala proprietate pe care o folosesc care stabilește găurile negre de alte obiecte „normale” din univers este densitatea. Aceasta este cantitatea de „chestii” ambalate în volumul unei găuri negre. Densitatea din miezurile găurilor negre este atât de mare încât, în esență, devine infinită. Mai exact, volumul (cantitatea de spațiu pe care o găură neagră și masa ascunsă o iau) se apropie de zero. Asta înseamnă că este puțin mai mult decât un punct mic în spațiu, dar acel punct minuscul, numit singularitate, conține o cantitate incredibilă de masă. Asta îl face incredibil de dens. Această densitate este răspândită pe întreaga regiune a găurii negre, de la singularitate la orizontul evenimentului (care este punctul în care gravitația găurii negre este prea puternică pentru ca orice să reziste.. 

Un model de gaură neagră înconjurat de material ionizat încălzit). Aceasta poate fi cum arată „gaura neagră” din Calea Lactee. Brandon DeFrise Carter, CC0, Wikimedia.   

Asta sună ca și cum interiorul găurii negre (dincolo de orizontul evenimentului) ar putea fi incredibil de zdrobit, fără spațiu. Interesant, există un experiment de gândire care spune că densitatea medie a găurilor negre super-masive poate fi de fapt mai mică decât aerul care respiră oamenii. De fapt, cu cât este mai mare masa, cu atât Mai puțin densă este gaura neagră supermasivă, dacă se ia în considerare întregul volum al zonei de la singularitate la orizontul evenimentului. Masa va fi distribuită prin acea regiune, cu mai multă masă la singularitate decât în ​​„periferia”. 

Dacă acest lucru este adevărat, atunci nu ar fi posibil să se apropie doar de o gaură neagră super-masivă, teoretic s-ar putea cădea într-o gaură neagră supermasivă și să supraviețuiască destul de mult timp până când se apropie de singularitate. Cu toate acestea, există o mare problemă: gravitația. Este atât de puternic încât orice lucru care trece peste orizontul evenimentului ar fi rupt de atracția gravitațională extremă. Atât de mult pentru călătoria cu gaura de vierme! 

Cum se formează găurile negre supermasive?

Formarea găurilor negre supermasive este încă unul dintre misterele astrofizicii. Găurile negre normale sunt rămășițele de bază rămase în urma exploziei supernovei a unei stele masive. Cu cât steaua este mai masivă, cu atât gaura neagră rămâne mai masivă.

Prin urmare, s-ar putea presupune că găurile negre supermasive sunt create din prăbușirea unei stele supermasive. Problema este că puține astfel de stele au fost detectate. Mai mult, fizica ne spune că nici măcar nu ar trebui să existe. Cu toate acestea, ei o fac. Cele mai masive stele sunt de zeci până la o sută de ori masa Soarelui. Câțiva hipergiști rari pot fi de până la 300 de mase stelare. Totuși, chiar și acești monștri sunt departe de tipurile de mase care ar fi necesare pentru a crea o gaură neagră super-masivă. Pentru a o spune în mod necruțător: este nevoie de mult mai multă masă pentru a face o gaură neagră supermasivă decât cea conținută chiar și în cele mai supermasive stele. 

Coliziunea a două găuri negre - un eveniment extrem de puternic detectat pentru prima dată de Interferometrul Laser Gravitational-Wave Observatory, sau LIGO - se vede în acest lucru încă dintr-o simulare computerizată. LIGO a detectat valuri gravitaționale sau ondulări în spațiu și timp generate pe măsură ce găurile negre au spiralat unul spre celălalt, s-au ciocnit și s-au contopit. Această simulare arată modul în care fuziunea ar apărea în ochii noștri, dacă am putea într-un fel călători într-o navă spațială pentru o privire mai atentă. A fost creat prin rezolvarea ecuațiilor din teoria generală a relativității lui Albert Einstein folosind datele LIGO. LIGO / CalTech

Deci, dacă aceste obiecte nu sunt create în mod tradițional al altor găuri negre, de unde provin găurile negre monstru? Ideea conducătoare este că au format găuri negre mult mai mici pentru a construi altele mari. În cele din urmă, acumularea de masă ar duce la crearea unei găuri negre supermasive. Aceasta este o teorie ierarhică a construirii unei găuri negre supermasive. Există unele probleme cu această teorie, deoarece necesită studiul găurilor negre supermasive „de masă intermediară”. Ei ar fi „în b între pas” de la găuri negre mai mici la monștrii supermasivi. Astronomii încep să detecteze mai multe dintre acestea și studiază caracteristicile lor specifice pentru a completa golurile din teoria ierarhică. 

Black Holes, Big Bang și Fuziuni

O altă teorie conducătoare despre crearea unor găuri negre supermasive este aceea că acestea s-au format în primele momente în urma Big Bang-ului. Desigur, nu totul este înțeles complet despre condițiile din acea perioadă pentru a ne da seama cum au jucat găurile negre și ce a stimulat formarea lor. 

Observațiile cunoscute ale găurilor negre supermasive și de masă intermediară sugerează că teoria fuziunii este probabil cea mai simplă explicație. Examinarea celor mai vechi, cele mai îndepărtate și masive gauri negre supermassive, în mod specific cvasare, arată că există dovezi că fuziunea multor galaxii a jucat un rol. Atunci când galaxiile se contopesc, se pare că și găurile lor negre. Fuziunile joacă un rol în conturarea galaxiilor pe care le vedem astăzi și, astfel, are sens că găurile lor negre centrale pot veni pe parcurs pentru călătorie și să crească împreună cu galaxiile. Interesant este că atunci când acele găuri negre se contopesc, trimit multă energie. Acțiunea emite, de asemenea, valuri gravitaționale, pe care astronomiștii le pot măsura.

Dacă fuziunile reprezintă răspunsul, atunci furnizează o soluție parțială la problema găurii negre intermediare. În ambele cazuri, răspunsul nu este clar. Trebuie depusă multă muncă pentru a observa și caracteriza galaxiile și găurile lor negre.

Știința în știința ficțiune

Revenind la ficțiunea științifică și la găurile negre, există proprietăți care îndoaie complet mintea pe care au folosit-o scriitorii. Povestiri cu o viteză mai rapidă decât călătoria ușoară, călătoria interstelară și călătoria în timp, dispar în romanele de ficțiune științifică. Există chiar teorii că găurile negre sunt poartă către universuri alternative.

Două nave spațiale intră într-o gaură de vierme în spațiul exterior pentru a ajunge la un univers dintr-o altă parte a galaxiei. Corey Ford / Stocktrek Images

Deci există vreo dovadă care să susțină oricare dintre aceste idei? De fapt, da, deși numai în circumstanțe extrem de extreme. Ideea de a folosi găurile negre ca găuri de vierme care ne conectează cumva cu cealaltă parte a universului a fost în jur de zeci de ani. Este o fantezie grozavă și fantezistă care probabil nu va deveni realitate oricând curând.

Posibilitățile au fost chiar calculate folosind fizica serioasă și relativitatea generală. Deci, teoretic, aceste lucruri s-ar putea întâmpla, așa cum s-a arătat în filmul din 2014 Interstelar. Fizicianul care a lucrat cu cineastii a venit cu câteva idei teoretice care au susținut filmul și au lucrat științific. Cu toate acestea, tehnologia necesară nu este încă disponibilă și trebuie îndeplinite o varietate de condiții speciale. Dar cine știe - o mare parte din tehnologia pe care oamenii o folosesc astăzi pentru zbor a fost, de asemenea, considerată imposibilă. 

Fapte rapide

• Gurile negre supermasive există în inimile multor galaxii, inclusiv ale Calea Lactee.
• Unele galaxii, cum ar fi Galaxia Andromeda, pot avea mai mult de unul dintre acești monștri.
• Când galaxiile se contopesc, găurile lor negre se pot contopi.
• Găurile negre super-masive pot avea până la miliarde de mase stelare ascunse în interior.
• Calea noastră Lactee are o gaură neagră supermasivă numită Săgetătorul A *

surse

• Mohon, Lee. „Gurile negre super-masive își depășesc galaxiile.” NASA, NASA, 15 februarie 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "Zeroing In cu privire la modul în care au fost formate găuri negre supermasive." Științific american, 29 septembrie 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• „Gaura Neagră Supermassive | COSMOS." Centrul pentru Astrofizică și Supercomputare, astronomie.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive gaură neagră.

Editat și actualizat de Carolyn Collins Petersen.