Supermassive Black Holes: Galactic Behemoths

V strede našej galaxie je supermasívna čierna diera. Nemožno to vidieť priamo cez ďalekohľady alebo našimi očami, ale astronómovia vedia, že tam sú. V srdci mnohých galaxií sa nachádzajú supermasívne čierne diery. Ako vedia astronómovia, že sa tieto monštrá skrývajú v galaktických jadrách? Používajú rôzne metódy na štúdium svetla, keď prechádza čiernou dierou, a tiež študujú oblasť okolo čiernej diery, aby pochopili, ako to ovplyvňuje blízke oblaky plynu, prachu a dokonca aj hviezd. V súčasnosti je čierna diera v Mliečnej dráhe nazývaná Strelec A * pomerne tichá a astronómovia ju sledujú v mnohých vlnových dĺžkach, aby pochopili jej pôsobenie.

Čierne diery sú obľúbenými príbehmi sci-fi a médiami. Niekedy sa používajú ako plotovacie zariadenie na umožnenie nejakého medzihviezdneho cestovného triku. Alebo sa dostanú v čase cestovania alebo nejakom inom dôležitom prvku príbehu. Ako fascinujúce sú také príbehy, realita týchto podivných monštier je fascinujúcejšia, ako si autori dokážu predstaviť. Aké sú fakty o supermasívnych čiernych dierach? Existuje nejaká veda za zobrazením sci-fi veľkolepých čiernych dier? Poďme zistiť.

všeobecne platí, supermasívne čierne diery sú presne to, čo hovorí ich meno: naozaj, skutočne obrovské čierne diery. Meria sa v stovkách tisícov slnečných hmôt (jedna solárna hmota sa rovná hmotnosti Slnka) až do miliárd slnečných hmôt. Majú nesmiernu moc a majú neuveriteľný vplyv na svoje galaxie.

Najviac supermasívne čierne diery existujú v jadrách galaxie. Táto centrálna poloha im umožňuje (aspoň čiastočne) pomáhať držať galaxie pohromade. Ich gravitácia je kvôli ich neuveriteľnej hmotnosti taká obrovská, že dokonca hviezdy vzdialené stovky tisíc svetelných rokov sú viazané na obežnej dráhe okolo nich a jadrách galaxií, ktoré obývajú.

Kedykoľvek astronómovia hovoria o čiernych dierach, hlavná vlastnosť, ktorú používajú, odlišuje čierne diery od ostatných „normálnych“ objektov vesmír je hustota. Toto je množstvo „vecí“ zabalených do objemu čiernej diery. Hustota jadier čiernych dier je taká vysoká, že je v podstate nekonečná. Konkrétne sa objem (veľkosť priestoru, ktorý čierna diera a jeho skrytá hmotnosť zaberá) blíži nule. To znamená, že je to o niečo viac ako len malý bod vo vesmíre, ale ten malý bod, nazývaný singularita, obsahuje neuveriteľné množstvo hmoty. Vďaka tomu je neuveriteľne hustá. Táto hustota sa rozprestiera po celej oblasti čiernej diery, od singularity po horizont udalostí (čo je bod, v ktorom je gravitácia čiernej diery príliš silná na to, aby niečo mohlo ovplyvniť odolať.

Znie to, akoby sa interiér čiernej diery (za horizontom udalosti) mohol neuveriteľne rozdrviť, bez miesta. Je zaujímavé, že existuje experiment s myšlienkami, ktorý hovorí, že priemerná hustota supermasívnych čiernych dier môže byť v skutočnosti menšia, ako dýchajú samotní ľudia. V skutočnosti platí, že čím väčšia je hmotnosť, menej hustá superhmotná čierna diera je, ak vezmeme do úvahy celý objem oblasti od jedinečnosti po horizont udalostí. Masa by sa distribuovala cez tento región, s väčšou hmotnosťou v singularite ako na „okraji“.

Ak je to pravda, potom by bolo nielen možné priblížiť sa k supermasívnej čiernej diere teoreticky spadajú do supermasívnej čiernej diery a prežijú dosť dlho, kým sa nedostanú do blízkosti singularity. Je tu však jeden veľký problém: gravitácia. Je taká silná, že všetko, čo sa prehnalo za horizont udalostí, by bolo roztrhané extrémnym gravitačným ťahom. Toľko na červí dieru!

Tvorba supermasívnych čiernych dier je stále jednou z tajomstiev astrofyziky. Normálne čierne diery sú zvyšky jadra, ktoré zostali pozadu supernova explózia obrovskej hviezdy. Čím je hviezda mohutnejšia, tým masívnejšia čierna diera zostane.

Dalo by sa preto predpokladať, že zo zrútenia supermasívnej hviezdy sa vytvoria supermasívne čierne diery. Problém je v tom, že bolo zistených len málo takýchto hviezd. Okrem toho nám fyzika hovorí, že by nemali vôbec existovať. Avšak áno. Najhmotnejšie hviezdy sú desiatky až stokrát väčšie ako Slnko. Niekoľko zriedkavých hypergiantov môže mať až 300 hviezdnych hmôt. Napriek tomu aj tieto príšery sú ďaleko od typov mas, ktoré by boli potrebné na vytvorenie superhmotnej čiernej diery. Úprimne povedané: na vytvorenie superhmotnej čiernej diery je potrebné oveľa viac hmoty, ako je obsiahnuté v tých najkompasnejších hviezdach.

Ak teda tieto objekty nie sú vytvorené tradičným spôsobom ako iné čierne diery, odkiaľ pochádzajú čierne diery monštrum? Hlavnou myšlienkou je, že vytvorili veľké množstvo čiernych dier. Zhromaždenie hmoty by nakoniec viedlo k vytvoreniu supermasívnej čiernej diery. Toto je hierarchická teória budovania supermasívnej čiernej diery. S touto teóriou existujú určité problémy, pretože si vyžaduje štúdium supermasívnych čiernych dier „strednej hmoty“. Boli by to „medzi krokmi“ od menších čiernych dier po supermasívne príšery. Astronómovia ich začínajú objavovať a študujú svoje konkrétne vlastnosti, aby vyplnili medzery v hierarchickej teórii.

Ďalšou vedúcou teóriou o vytváraní supermasívnych čiernych dier je to, že sa vytvorili v prvých chvíľach nasledujúcich po roku 2008 Veľký tresk. Samozrejme, nie všetko je úplne pochopené o podmienkach v tom čase, aby sme zistili, ako čierne diery hrali úlohu a čo podnietilo ich formovanie.

Z pozorovaní známych čiernych dier, ktoré sú známe ako supermasívne a stredne veľké, vyplýva, že teória fúzií je pravdepodobne najjednoduchším vysvetlením. Vyšetrenie najstarších, najvzdialenejších a najmasívnejších supermasívnych čiernych dier, kvazary konkrétne ukazuje, že existujú dôkazy, že zlúčením mnohých galaxií hral rolu. Keď sa galaxie zlúčia, zdá sa, že aj ich čierne diery. Fúzie hrajú úlohu pri formovaní galaxií, ktoré dnes vidíme, a preto dáva zmysel, že ich stredné čierne diery sa môžu pri jazde priblížiť a rásť spolu s galaxiami. Je zaujímavé, že keď sa tieto čierne diery zlúčia, vyšlú veľa energie. Akcia vysiela aj gravitačné vlny, ktoré sú astronómovia teraz schopní merať.

Ak sú fúzie odpoveďou, potom poskytujú čiastočné riešenie problému so strednou čiernou dierou. V oboch prípadoch odpoveď zatiaľ nie je jasná. Na pozorovanie a charakterizáciu galaxií a ich čiernych dier je potrebné vykonať oveľa viac práce.

Vráťme sa k sci-fi a čiernym dieram, existujú vlastnosti, ktoré úplne ohýbajú myseľ, ktorú autori použili. Príbehy rýchlejšie ako ľahké cestovanie, medzihviezdne cestovanie a časom preniknuté romány sci-fi. Existujú dokonca teórie, že čierne diery sú bránou k alternatívnym vesmírom.

Existuje teda nejaký dôkaz na podporu niektorého z týchto nápadov? V skutočnosti áno, aj keď iba za veľmi extrémnych okolností. Myšlienka použitia čiernych dier ako červí diery, ktoré nás nejako spájajú s druhou stranou vesmíru, existuje už desaťročia. Je to veľká a vymyslená fantázia, ktorá sa pravdepodobne nestane realitou v dohľadnej dobe.

Možnosti boli dokonca vypočítané pomocou vážnej fyziky a všeobecná relativita. Teoreticky by sa tak mohli stať tieto veci, ako sa ukázalo vo filme 2014 Interstellar. Fyzik, ktorý spolupracoval s tvorcami, prišiel s niekoľkými teoretickými myšlienkami, ktoré film podporili a vedecky pracovali. Požadovaná technológia však stále nie je k dispozícii a je potrebné splniť celý rad osobitných podmienok. Ale kto vie - veľa technológie, ktorú ľudia dnes používajú na let, sa tiež považovalo za nemožné.

• V srdci mnohých galaxií, vrátane Mliečnej dráhy, existujú obrovské čierne diery.
• Niektoré galaxie, napríklad galaxia Andromeda, môžu mať viac ako jednu z týchto príšer.
• Keď sa galaxie zlúčia, môžu sa zlúčiť aj ich čierne diery.
• Supermasívne čierne diery môžu mať skryté až miliardy hviezdnych hmôt.
• Naša vlastná Mliečna dráha má supermasívnu čiernu dierku zvanú Strelec A *

• Mohon, Lee. "Supermasívne čierne diery prerastajú do svojich galaxií." NASANASA, 15. februára 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "Nulovanie, ako sa vytvorili supermasívne čierne diery." Scientific American29. septembra 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• „Supermassive Black Hole | COSMOS. " Centrum pre astrofyziku a superpočítač, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive black hole.

Upravené a aktualizované používateľom Carolyn Collins Petersen.