har supermassiva svarta hål vänner? Galaxbildningens natur tyder på att svaret är ja, och i själva verket bör par av supermassiva svarta hål vara vanliga i universum.
Jag är astrofysiker och är intresserad av ett brett spektrum av teoretiska problem inom astrofysik, från bildandet av de allra första galaxerna till gravitationsinteraktionerna hos svarta hål, stjärnor och till och med planeter., Svarta hål är spännande system, och supermassiva svarta hål och de täta stjärnmiljöerna som omger dem representerar en av de mest extrema platserna i vårt universum.
det supermassiva svarta hålet som lurar i mitten av vår galax, kallad Sgr a*, har en massa på cirka 4 miljoner gånger vår sol. Ett svart hål är en plats i rymden där gravitationen är så stark att varken partiklar eller ljus kan fly från den. Omgivande Sgr a* är ett tätt kluster av stjärnor., Exakta mätningar av dessa stjärnors banor gjorde det möjligt för astronomer att bekräfta förekomsten av detta supermassiva svarta hål och mäta dess massa. I mer än 20 år har forskare övervakat banorna av dessa stjärnor runt det supermassiva svarta hålet. Baserat på vad vi har sett visar mina kollegor och jag att om det finns en vän där kan det vara ett andra svart hål i närheten som är minst 100 000 gånger solens massa.
Supermassiva svarta hål och deras vänner
Nästan varje galax, inklusive vår egen vintergata, har ett supermassivt svart hål i sitt hjärta, med massor av miljoner till miljarder gånger Solens massa. Astronomer studerar fortfarande varför galaxernas hjärta ofta är värd för ett supermassivt svart hål. En populär idé ansluter till möjligheten att supermassiva hål har vänner.,
för att förstå denna idé måste vi gå tillbaka till när universum var cirka 100 miljoner år gammalt, till de allra första galaxernas era. De var mycket mindre än dagens galaxer, cirka 10 000 eller fler gånger mindre massiva än Vintergatan. Inom dessa tidiga galaxer skapade de allra första stjärnorna som dog svarta hål, ungefär tiotals till tusen solens massa. Dessa svarta hål sjönk till tyngdpunkten, hjärtat av deras värdgalax., Eftersom galaxer utvecklas genom att slå samman och kollidera med varandra, kommer kollisioner mellan galaxer att resultera i supermassiva svarta hålpar – den viktigaste delen av denna berättelse. De svarta hålen kolliderar sedan och växer också i storlek. Ett svart hål som är mer än en miljon gånger vår sons massa anses vara supermassiv.
om det supermassiva svarta hålet verkligen har en vän som roterar runt den i nära omlopp, är galaxens mitt låst i en komplex dans. Partners gravitations bogserbåtar kommer också att utöva sitt eget drag på de närliggande stjärnorna som stör deras banor., De två supermassiva svarta hålen kretsar kring varandra, och samtidigt utövar var och en sitt eget drag på stjärnorna runt den.
gravitationskrafterna från de svarta hålen drar på dessa stjärnor och får dem att ändra sin bana; med andra ord, efter en revolution runt det supermassiva svarta hålparet, kommer en stjärna inte att gå exakt tillbaka till den punkt där den började.
med hjälp av vår förståelse av gravitationsinteraktionen mellan det möjliga supermassiva svarta hålparet och de omgivande stjärnorna kan astronomer förutsäga vad som händer med stjärnor., Astrofysiker som mina kollegor och jag kan jämföra våra förutsägelser med observationer, och sedan kan bestämma de möjliga banorna av stjärnor och ta reda på om det supermassiva svarta hålet har en följeslagare som utövar gravitations inflytande.
med hjälp av en välstuderad stjärna, kallad S0-2, som kretsar det supermassiva svarta hålet som ligger i mitten av galaxen var 16: e år, kan vi redan utesluta tanken att det finns ett andra supermassivt svart hål med massa över 100 000 gånger solens massa och längre än cirka 200 gånger avståndet mellan solen och jorden., Om det fanns en sådan följeslagare skulle jag och mina kollegor ha upptäckt dess effekter på omloppsbanan av SO-2.
men det betyder inte att ett mindre kamrat svart hål fortfarande inte kan gömma sig där. Ett sådant objekt kan inte ändra omloppsbana av SO-2 på ett sätt som vi lätt kan mäta.
fysiken i supermassiva svarta hål
supermassiva svarta hål har fått mycket uppmärksamhet på senare tid. I synnerhet öppnade den senaste bilden av en sådan jätte i mitten av galaxen M87 ett nytt fönster för att förstå fysiken bakom svarta hål.,
närheten till Vintergatans galaktiska centrum – bara 24 000 ljusår bort-ger ett unikt laboratorium för att ta itu med frågor i den grundläggande fysiken i supermassiva svarta hål. Astrofysiker som jag skulle till exempel vilja förstå deras inverkan på galaxernas centrala områden och deras roll i galaxbildning och utveckling., Upptäckten av ett par supermassiva svarta hål i galactic center skulle tyda på att Vintergatan slogs samman med en annan, möjligen liten, galax någon gång i det förflutna.
det är inte allt som övervakning av omgivande stjärnor kan berätta för oss. Mätningar av stjärnan S0 – 2 gjorde det möjligt för forskare att utföra ett unikt test av Einsteins allmänna relativitetsteori. I maj 2018 zoomade S0-2 förbi det supermassiva svarta hålet på ett avstånd av endast cirka 130 gånger jordens avstånd från solen., Enligt Einsteins teori bör våglängden av ljus som emitteras av stjärnan sträcka sig när den klättrar från det supermassiva svarta hålets djupa gravitationsbrunn.
sträckningsvåglängden som Einstein förutspådde – vilket gör att stjärnan visas rödare – upptäcktes och bevisar att teorin om allmän relativitetsteori exakt beskriver fysiken i denna extrema gravitationszon., Jag väntar ivrigt på det näst närmaste tillvägagångssättet för S0-2, som kommer att inträffa om cirka 16 år, eftersom astrofysiker som jag själv kommer att kunna testa mer av Einsteins förutsägelser om allmän relativitet, inklusive förändringen av orienteringen av stjärnornas långsträckta bana. Men om det supermassiva svarta hålet har en partner kan detta förändra det förväntade resultatet.
slutligen, om det finns två massiva svarta hål som kretsar kring varandra vid galactic center, som mitt lag föreslår är möjligt, kommer de att avge gravitationsvågor. Sedan 2015 har LIGO-Virgo observatorierna upptäckt gravitationsvågstrålning från sammanslagning av svarta hål och neutronstjärnor. Dessa banbrytande upptäckter har öppnat ett nytt sätt för forskare att känna universum.,
eventuella vågor som emitteras av vårt hypotetiska svarta hålpar kommer att vara vid låga frekvenser, för låga för att LIGO-Virgo-detektorerna ska känna av. Men en planerad rymdbaserad detektor som kallas LISA kanske kan upptäcka dessa vågor som hjälper astrofysiker att ta reda på om vårt galaktiska center black hole är ensam eller har en partner.
Leave a Reply