Tag - supermasywne czarne dziury

Supermasywna Czarna Dziura przyłapana na wysysaniu energii pobliskich gwiazd

Teleskop

Zdjęcie powyżej przedstawia VLT (The Very Large Telescope), ktory wykorzystuje cztery połączone teleskopy działające w zakresie podczerwieni, którymi astronomowie mogą przebić się przez burzliwe centrum naszej galaktyki i zbadać supermasywną czarną dziurę, która się tam czai.

Astronomowie od dawna mają oko na grupę gwiazd, które krążą tuż poza supermasywną czarną dziurą w sercu naszej galaktyki Drogi Mlecznej. W odkryciu ogłoszonym w czwartek przez Europejskie Obserwatorium Południowe naukowcy stwierdzają, że w końcu dostrzegli jedną z tych gwiazd podczas jej podróży przez pole grawitacyjne czarnej dziury. To pierwszy test teorii względności Alberta Einsteina w pobliżu supermasywnej czarnej dziury.

Dane, nagrane z niewiarygodną szczegółowością, pokazują, jak ekstremalne grawitacyjne przyciąganie czarnej dziury wpływa na światło.

Einstein podejrzewał, że czarna dziura może być wystarczająco potężna, by obniżyć intensywność światła w ekstremalnych warunkach, i po raz kolejny jego teoria została potwierdzona przez test. Ogłoszenie nastąpiło w siedzibie Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Garching w Niemczech. Na konferencji prasowej badacz ESO Frank Eisenhuer porównał przewidywane teoretyczne przesunięcie ku czerwieni, jak to określił Einstein, do tego co zaobserwowano – jako dane idealnie zbliżone do siebie. Publiczność przyjęła tą wiadomość aplauzem.

Przez dziesięciolecia naukowcy monitorowali czarną dziurę zwaną Sagittarius A *, która znajduje się w centrum Drogi Mlecznej. Jej masa jest cztery miliony razy większa niż masa naszego Słońca. A wokół niej krąży tajemnicza grupa gwiazd.

19 maja 2018 r. jedna z tych orbitujących gwiazd, zwana S2, przeszła przez pole grawitacyjne Sagittarius A *, dając naukowcom doskonałą okazję do zbadania, czy zjawisko przepowiedziane przez Einsteina, nazwane grawitacyjnym przesunięciem ku czerwieni, ma miejsce w najbardziej ekstremalnych warunkach.

Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni następuje, gdy światło przemieszcza się przez pole grawitacyjne i traci część swojej energii, powodując przesunięcie ku czerwonemu krańcowi spektrum. Ponieważ światło coraz bardziej „odczuwa” przyciąganie grawitacyjne, musi „pracować” ciężej, aby utrzymać stałą prędkość. Więc zamiast oscylować na pierwotnej częstotliwości, jego długość fali jest w pewnym sensie rozciągnięta i staje się dłuższa.

Naukowcy od dawna mają nadzieję zaobserwować, jak to zjawisko zachodzi w pobliżu czarnej dziury. Jednak Sagittarius A * znajduje się w odległości około 26 000 lat świetlnych od nas i jest ukryty przed naszym zasięgiem za wielkimi obłokami pyłu.

Jednak niedawno Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) wyposażyło swoją infrastrukturę w Bardzo Duży Teleskop (VLT) z nowym narzędziem. Nazywany GRAVITY, łączy w sobie światło zebrane przez cztery teleskopy VLT, uzyskując 15-krotność rozdzielczości i dokładności, jaką tylko jeden z teleskopów mógłby osiągnąć sam. Rozdzielczość taka jest równoważna z obserwacją piłki tenisowej na Księżycu z Ziemi (!). Pozwala to astronomom na dokonywanie pomiarów godzinnych, gdy gwiazda S2 wykonała swój ostatni przelot ze Sagittarius A *.

Obserwowali oni, co się stanie, gdy S2 zbliżyła się do czarnej dziury, zbliżając się na odległość około 12 miliardów kilometrów, co nie jest dużą odległością w skali kosmicznej. Podczas tego bliskiego spotkania S2 osiągnął prędkość prawie 5000 mil na sekundę, co jest równe 2,7% prędkości światła.

Zespół ESO porównał te nowe dane z poprzednio zebranymi danymi na temat S2, aby zrozumieć, w jaki sposób zmieniało się jego światło poprzez zanurzenie w silnym polu grawitacyjnym. W ten sposób potwierdzili, że światło emitowane z gwiazdy staje się mniej energetyczne.

Po raz drugi zaobserwowaliśmy bliskie przejście S2 wokół czarnej dziury w naszym centrum naszej galaktyki. Ale tym razem, dzięki znacznie ulepszonemu instrumentarium, byliśmy w stanie obserwować gwiazdę z niespotykaną dotąd rozdzielczością

– wyjaśnia Reinhard Genzel z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka.

Od kilku lat intensywnie przygotowujemy się do tego wydarzenia, ponieważ chcieliśmy jak najlepiej wykorzystać tę wyjątkową okazję do zaobserwowania ogólnych efektów relatywistycznych.

Na konferencji prasowej Odele Staub z Obserwatorium Paryskiego wyjaśnia:

Dlaczego to ważne, dlaczego w ogóle to robiliśmy? Grawitacja jest podstawową własnością wszechświata. Zrozumienie grawitacji na Ziemi, w Układzie Słonecznym, w Drodze Mlecznej, poza Drogą Mleczną

– to klucz do zrozumienia naszego wszechświata.

Spojrzeliśmy na nasze centrum galaktyczne i to, co widzieliśmy, jest zgodne z tym, jak zachowuje się jak czarna dziura Einsteina. To, co zmierzyliśmy, nie może już być opisane przez Newtona.

W nadchodzących miesiącach naukowcy planują również śledzić, w jaki sposób to spotkanie mogło przesunąć trajektorię S2.

Źródło: Astronomy.com

Powiększanie małych czarnych dziur

Supermasywna czarna dziura

W niniejszym artykule opisujemy koncepcję powiększania małych czarnych dziur, która obejmuje karmienie się resztkami supermasywnych czarnych dziur.

W zeszłym roku trzej amerykańscy fizycy podzielili się Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za swoją rolę w historycznym fakcie wykrycia fal grawitacyjnych. Sygnały pochodziły z kosmicznych zmarszczek w czasoprzestrzeni tworzonych przez niektóre z najbardziej gwałtownych wydarzeń we wszechświecie: zderzające się ze sobą czarne dziury.

Teraz zaś naukowcy odkryli sześć sygnałów fal grawitacyjnych – pięć z połączonych par czarnych dziur o masie gwiazdowej (tzw. gwiazdowe czarne dziury – czarne dziury powstające w wyniku kolapsu grawitacyjnego masywnej gwiazdy o masie większej niż ok. 20 M) i jeden sygnał pochodzący z łączącej się pary gwiazd neutronowych. Dziwnym jednak jest fakt, iż większość czarnych dziur o masie gwiazdowej była ponad 20 razy większa niż Słońce. Czarne dziury które powstają, gdy masywne gwiazdy zapadają się, zazwyczaj osiągają bowiem masę od 10 do 15 mas Słońca.

Jak więc te stosunkowo małe czarne dziury powiększyły się przed połączeniem?

W przeszłości naukowcy podejrzewali, że czarne dziury powiększały się, ponieważ zaczynały swoje życie jako olbrzymie gwiazdy z bardzo małą ilością metali (pierwiastków) – oprócz wodoru i helu. Ponieważ gwiazdy o niskiej metaliczności wytwarzają słabe wiatry słoneczne, zatrzymują większość swojej masy zanim zapadną się w czarne dziury.

Jednak zgodnie z nowym badaniem opublikowanym w Astrophysical Journal Letters, może istnieć więcej niż jeden sposób na stworzenie czarnej dziury – i nie obejmuje on gwiazd o niskiej zawartości metali.

Zamiast tego autorzy opisują sposób, w jaki przeciętna czarna dziura o masie gwiazdowej może rosnąć, pochłaniając materiał krążący nad supermasywną czarną dziurą galaktyki. Co więcej, ten nowy mechanizm może również przewidywać świeże źródła fal grawitacyjnych.

Dyski spiralne

Astronomowie wiedzą, że większość dużych galaktyk zawiera supermasywne czarne dziury w swoich centrach. Wiele z tych czarnych dziur pozostaje uśpionych przez większość ich życia, gromadząc małą materię i produkując niewiele światła.

Jednak niektóre supermasywne czarne dziury są otoczone gęstym dyskiem gazu i pyłu, które wciągają razem, gdy wirują one w kierunku do wewnątrz: właśnie w kierunku supermasywnej czarnej dziury. Ten wirujący dysk wytwarza niewiarygodne ilości tarcia, które to powoduje z kolei, że materiał wewnątrz niego jasno świeci. Jeśli te promienne dyski są szczególnie jasne, astronomowie nazywają je aktywnymi jądrami galaktycznymi (AGN).

Tuż za tymi chaotycznymi dyskami są jednak liczne gwiazdy – z których wiele ostatecznie przekształci się w czarne, dziury o masie gwiazdowej.

Zgodnie z nowym badaniem para omawianych bliskich czarnych dziur o masie gwiazdowej może zostać uwięziona w dysku AGN. Kiedy tak się dzieje, czarne dziury żywią się dostępną materią zanim ostatecznie się połączą, zbliżając się coraz bardziej i rosnąc od około 7 do ponad 20 mas Słońca.

Sygnał fali grawitacyjnej generowany przez takie połączenie wskazywałby, że dwie czarne dziury miały masę około 20 mas Słońca, mimo że obie początkowo były znacznie mniejsze.

Fale grawitacyjne

Fale grawitacyjne są wytwarzane przez połączenie dwóch niezwykle gęstych obiektów, takich jak czarne dziury lub gwiazdy neutronowe. Powoduje to powstawanie zmarszczek w czasoprzestrzeni, które rozprzestrzeniają się na zewnątrz z prędkością światła.

Astronomia wielu wiadomości

Ciekawą wytłumaczeniem tej nowo proponowanej metody tworzenia czarnych dziur w masie gwiazdowej jest to, że ich środowisko często może powodować synchronizację ich osi spinowych, jak dwa wirujące razem wierzchołki. Według badań, takie systemy uwalniają około 10% swojej energii jako fale grawitacyjne, kiedy łączą się. To aż trzy razy więcej energii fal grawitacyjnych, niż byłoby uwolnione, gdyby czarne dziury były losowo zorientowane, co oznacza, że ​​te połączenia są prawdopodobnie wykrywalne z obecną technologią, taką jak interferometr laserowy Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO).

Autorzy twierdzą również, że takie czarne dziury prawdopodobnie emitowałyby duże ilości promieni X, gamma lub nawet fal radiowych. Te długości fal mogłyby zapewnić elektromagnetyczny odpowiednik sygnału fal grawitacyjnych, ujawniając ważne szczegóły, które w przeciwnym razie mogłyby zostać ukryte.

W ubiegłym roku astronomowie zdołali to zrobić, gdy zaobserwowali fale grawitacyjne i gamma będące źródłem połączenia dwóch gwiazd neutronowych. W tym czasie astronom Josh Simon z Carnegie Observatories mówił o wykrywaniu gwiazd neutronowych:

Są rzeczy, które można odkryć za pomocą fal grawitacyjnych, których nigdy nie można było zobaczyć za pomocą światła elektromagnetycznego i vice versa. Posiadanie tej kombinacji powinno dostarczyć nam wglądu w te obiekty.

Co dalej?

Czy ta nowo opracowana metoda tworzenia czarnych dziur w masie gwiazdowej tłumaczy wyjątkowe detekcje LIGO, czy też odpowiedzialne są gwiazdy o niskiej zawartości metali? A może to połączenie obu zjawisk? W tym momencie nie wiemy na pewno.

Jednak LIGO i jej siostrzany detektor Virgo są obecnie w trakcie planowanych modernizacji i powinny zacząć ponowne detekcje na początku roku 2019. Wtedy astronomowie zaczną polować na sygnały fal grawitacyjnych, które mogą być połączone z obserwacjami elektromagnetycznymi. Takie detekcje wielu komunikatów będą prawdopodobnie kluczowe dla przyszłości astronomii, więc radzimy pozostawać na bieżąco.

Źródło, foto: Astronomy.com