czy supermassive black hole ma znajomych? Natura powstawania galaktyk sugeruje, że odpowiedź brzmi tak, a w rzeczywistości pary supermasywnych czarnych dziur powinny być powszechne we wszechświecie.
jestem astrofizykiem i interesuje mnie szeroki zakres teoretycznych problemów astrofizyki, od powstawania pierwszych galaktyk po oddziaływania grawitacyjne czarnych dziur, gwiazd, a nawet Planet., Czarne dziury są intrygującymi systemami, a supermasywne czarne dziury i gęste środowiska Gwiezdne, które je otaczają, stanowią jedno z najbardziej ekstremalnych miejsc w naszym wszechświecie.
supermasywna czarna dziura, która czai się w centrum naszej galaktyki, zwana Sgr a*, ma masę około 4 milionów razy większą od masy naszego Słońca. Czarna dziura to miejsce w przestrzeni, gdzie grawitacja jest tak silna, że ani cząstki, ani światło nie mogą z niej uciec. Wokół Sgr a * znajduje się gęsta Gromada gwiazd., Dokładne pomiary Orbit tych gwiazd pozwoliły astronomom potwierdzić istnienie tej supermasywnej czarnej dziury i zmierzyć jej masę. Od ponad 20 lat naukowcy monitorują orbity tych gwiazd wokół supermasywnej czarnej dziury. Na podstawie tego, co widzieliśmy, moi koledzy i ja pokazujemy, że jeśli jest tam przyjaciel, może to być druga czarna dziura w pobliżu, która ma co najmniej 100 000 razy masę Słońca.
supermasywne czarne dziury i ich przyjaciele
prawie każda galaktyka, w tym nasza Droga Mleczna, ma supermasywną czarną dziurę w sercu, o masach od milionów do miliardów razy większych od masy Słońca. Astronomowie wciąż badają, dlaczego w sercu galaktyk często znajduje się supermasywna czarna dziura. Jeden z popularnych pomysłów łączy się z możliwością, że supermasywne dziury mają przyjaciół.,
aby zrozumieć tę ideę, musimy cofnąć się do czasów, kiedy Wszechświat miał około 100 milionów lat, do ery pierwszych galaktyk. Były znacznie mniejsze niż dzisiejsze galaktyki, około 10 000 lub więcej razy mniej masywne niż droga Mleczna. W obrębie tych wczesnych galaktyk pierwsze zmarłe Gwiazdy stworzyły czarne dziury o masie od kilkudziesięciu do tysięcy mas Słońca. Te czarne dziury zatonęły w środku ciężkości, sercu ich galaktyki gospodarza., Ponieważ galaktyki ewoluują przez łączenie się i zderzanie ze sobą, zderzenia między galaktykami spowodują powstanie supermasywnych par czarnych dziur – kluczowej części tej historii. Czarne dziury następnie zderzają się i rosną w rozmiarze, jak również. Czarna dziura, która jest ponad milion razy większa od masy naszego syna, jest uważana za supermasywną.
Jeśli rzeczywiście supermasywna czarna dziura ma przyjaciela obracającego się wokół niej na bliskiej orbicie, centrum galaktyki jest zamknięte w złożonym tańcu. Grawitacyjne holowniki partnerów będą również oddziaływać na pobliskie Gwiazdy zakłócając ich orbity., Obie supermasywne czarne dziury krążą wokół siebie i jednocześnie każda z nich wywiera własny nacisk na otaczające ją Gwiazdy.
siły grawitacyjne czarnych dziur przyciągają te gwiazdy i sprawiają, że zmieniają one swoją orbitę; innymi słowy, po jednym obrocie wokół supermasywnej pary czarnych dziur, gwiazda nie wróci dokładnie do punktu, w którym się rozpoczęła.
korzystając z naszego zrozumienia oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy możliwą supermasywną parą czarnych dziur a otaczającymi je gwiazdami, astronomowie mogą przewidzieć, co się stanie z gwiazdami., Astrofizycy, tacy jak moi koledzy i ja, mogą porównać nasze przewidywania z obserwacjami, a następnie określić możliwe orbity gwiazd i dowiedzieć się, czy supermasywna czarna dziura ma towarzysza, który wywiera wpływ grawitacyjny.
używając dobrze przebadanej Gwiazdy S0-2, która okrąża supermasywną czarną dziurę leżącą w centrum galaktyki co 16 lat, możemy już wykluczyć, że istnieje druga supermasywna czarna dziura o masie powyżej 100 000 razy masy Słońca i większej niż około 200 razy odległości między Słońcem a Ziemią., Gdyby istniał taki towarzysz, ja i moi koledzy wykrylibyśmy jego wpływ na orbitę SO-2.
ale to nie znaczy, że mniejsza towarzyszka czarna dziura nie może się tam jeszcze ukryć. Taki obiekt nie może zmienić orbity SO-2 w sposób, który możemy łatwo zmierzyć.
fizyka supermasywnych czarnych dziur
supermasywne czarne dziury zyskały ostatnio wiele uwagi. W szczególności, niedawny obraz takiego olbrzyma w centrum galaktyki M87 otworzył nowe okno do zrozumienia fizyki za czarnymi dziurami.,
bliskość centrum galaktycznego Drogi Mlecznej – oddalonego o zaledwie 24 000 lat świetlnych-stanowi unikalne laboratorium do rozwiązywania problemów podstawowych fizyki supermasywnych czarnych dziur. Na przykład astrofizycy tacy jak ja chcieliby zrozumieć ich wpływ na centralne regiony galaktyk i ich rolę w tworzeniu i ewolucji galaktyk., Wykrycie pary supermasywnych czarnych dziur w centrum galaktyki wskazywałoby, że droga Mleczna połączyła się z inną, prawdopodobnie małą galaktyką w przeszłości.
to nie wszystko, co może nam powiedzieć obserwacja otaczających gwiazd. Pomiary Gwiazdy S0-2 pozwoliły naukowcom przeprowadzić unikalny test ogólnej teorii względności Einsteina. W maju 2018 roku S0 – 2 zbliżył się do supermasywnej czarnej dziury w odległości zaledwie 130 razy większej niż odległość Ziemi od Słońca., Zgodnie z teorią Einsteina, długość fali światła emitowanego przez gwiazdę powinna rozciągać się, gdy wspina się ona z głębokiej studni grawitacyjnej supermasywnej czarnej dziury.
długość fali rozciągającej, którą przewidział Einstein – co sprawia, że gwiazda wydaje się bardziej czerwona – została wykryta i dowodzi, że teoria ogólnej teorii względności dokładnie opisuje fizykę w tej ekstremalnej strefie grawitacyjnej., Z niecierpliwością czekam na drugie najbliższe podejście S0-2, które nastąpi za około 16 lat, ponieważ astrofizycy tacy jak ja będą w stanie przetestować więcej przewidywań Einsteina dotyczących ogólnej teorii względności, w tym zmianę orientacji wydłużonej orbity gwiazd. Ale jeśli supermasywna czarna dziura ma partnera, może to zmienić oczekiwany wynik.
wreszcie, jeśli istnieją dwie ogromne czarne dziury orbitujące wokół siebie w centrum galaktyki, jak sugeruje mój zespół, będą emitować fale grawitacyjne. Od 2015 roku obserwatoria Ligo-Virgo wykrywają promieniowanie fal grawitacyjnych z połączenia czarnych dziur i gwiazd neutronowych o masie gwiazdowej. Te przełomowe odkrycia otworzyły naukowcom nowy sposób wyczuwania wszechświata.,
wszelkie fale emitowane przez naszą hipotetyczną parę czarnych dziur będą miały niskie częstotliwości, zbyt niskie, aby detektory LIGO-Virgo mogły je wyczuć. Ale planowany detektor kosmiczny znany jako LISA może być w stanie wykryć te fale, które pomogą astrofizykom dowiedzieć się, czy nasza galaktyczna czarna dziura jest sama, czy ma partnera.
Leave a Reply