Podíl:
10 způsobů, jak nás černé díry překvapí
Černou dírou je velké množství hmoty přitlačené do drobné oblasti s obrovským gravitačním zatížením pro její velikost. Mnoho černých děr tvoří z umírajících obřích hvězd, které se na sebe samy zhroutily. Ale i jako černé díry pokračují v oběžné dráze a vyvíjejí stejnou gravitační sílu na objekty kolem nich.
Vizualizujte ji tímto způsobem. Kdyby se Země stala černou dírou (kterou by nemohla), měla by stejnou váhu jako dnes, ale její velikost by byla menší než lidská oční bulvár. Ten oční bulb by však měl stejnou gravitační sílu, takže Měsíc by kolem něj obíhal.
Černou díru byste neviděli přímo, protože hranice kolem jejích úst (nazývaná "horizont události") zachycuje světlo uvnitř. Ale jako neviditelný vítr, který způsobuje, že se stromy ohýbají a houpají, věříme, že černé díry jsou kvůli jejich vlivu na jejich okolí.
Ne všichni vědci věří v černé díry. Ale pro ty, kteří to dělají, přicházejí překvapení.
10 Naši předchůdci mohli vidět černá díra mléčné dráhy
Asi před dvěma milióny let se supermasivní černá díra uprostřed naší galaxie rozlévala do života se zářivou záře. V té době se člověk právě začínal chodit vzpřímeně. Naši předkové by viděli na jižní obloze měsíční světlo, které vypadalo jako jasná kulička nebo šmouha.
Naše černá díra, Střelec A *, je nyní tichá. Ale tehdy se věřilo, že je to aktivní galaktické jádro (AGN), energeticky kompaktní centrum galaxie, které výrazně shromažďuje zbytek. Napájecí černá díra může být zdrojem AGN, protože jeho gravitační tah přitahuje záležitost a vytváří disk, který ohřívá a září. Pokud disk vytáhne velké množství hmoty, z černé díry kolmo k jejímu otáčení budou odhozeny dva jasné proudy vysokoenergetických částic.
Astronomové navrhli tuto teorii AGN v roce 2010 poté, co našli dvě bubliny Fermi, které se rozprostírají o 25 000 světelných let nad a pod naší galaxií. Vědci se domnívají, že proudy AGN by mohly způsobit tyto bubliny od jednoho do tří milionů let.
Koncert světla černé díry by pro naše předky trval několik tisíc let. Podle antropologa Chris Stringera: "Byl to začátek rodu Homo. Kamenářská výroba již začala, ale mozog se jen začíná zvětšovat. "Pokud se Střelec A * opět vydá na AGN, může se nám na noční obloze léčit vlastní úžasná světelná show.
Ne každá vesmírná elektrárna je černá díra
Po mnoho desetiletí mnozí vědci věřili, že extrémně jasné zdroje rentgenového záření, známé jako zdroj ultrafialového záření (ULX), musí být způsobeny černými dírami, které jedí hvězdy nebo jinou hmotu.
Když obrovská zátěž černé díry přitahuje plyn blízké hvězdy, plyn se spirálovitě natočí, aby vytvořil akreční disk kolem černé díry. Stejně jako voda, která krouží předtím, než klesne do odtoku, plyn velmi zrychluje a zahřívá na extrémně vysoké teploty, které uvolňují jasné rentgenové světlo v každém směru. Čím je krmná černá díra větší, tím více se spotřebuje a jasnější je světlo.
To byla teorie. Pak v nedaleké galaxii M82 astronomové náhodou objevili zdroj ULX, který pulsoval a vyžaroval jasný rentgenový paprsek, který se kolem Země rozléhal každých 1,37 sekund jako maják majáku. Problém je v tom, že černé díry nejsou pulzovány. Pulsars puls.
Pulsar je spinningová neutronová hvězda (zbytek umírající hvězdy, která nebyla dost velká na to, aby se stala černá díra), která vyzařuje rentgenové světlo ze svých magnetických pólů, jako je právě popsaný maják majáku. Ale pulsar v galaxii M82 je 100 krát jasnější, než by její hmotnost měla dovolit podle fyzikálního vodítka nazývaného Eddingtonův limit. Neměl by být zdrojem ULX.
"Můžete si myslet na tento pulsar jako Mocná myš na hvězdných zbytcích," říká Fiona Harrison z Kalifornského technologického institutu. "Má veškerou sílu černé díry s mnohem menší hmotností. Zdá se, že pulsar jíst ekvivalent stravy černé díry. "
Astronomové musí nyní přezkoumat další zdroje ULX, aby zjistili, zda pulzují. Nemohou již předpokládat, že každý zdroj ULX nebo kosmická elektrárna je černá díra.
8Jak víc než třpytivý než si představoval
Až donedávna se vědci domnívali, že velikost černé díry určuje nejvyšší rychlost, kterou může jíst a produkovat světlo (Eddingtonův limit). Pak objevili P13, černou díru v galaxii NGC7793, která se otáčí okolo supergiantní hvězdy, zatímco ji kanibalizuje. P13 se však rozeznává na plynu svého družiny hvězdy desetkrát rychleji, než astronomy považují za možné.
P13 je věřil být 15krát menší než naše slunce ještě milionkrát jasnější. Má schopnost pohltit svou společnou hvězdu za méně než milión let, což je v kosmickém čase rychlé.
Tato malá černá díra spotřebovává každou minutu záležitost s hmotností rovnající se 100 miliardám hotspotů. "Jak jsme si s námi vyložili legendou Takeru Kobayashi, velikost nás vždycky nezajímá ve světě konkurenčního jídla a dokonce i malé černé díry mohou jíst plyn výjimečně," řekl astronom Roberto Soria.
Stejně jako pulsar M82, P13 je ultrafialový zdroj rentgenového záření, který nejenže porušuje Eddingtonovu hranici, ale vyrazí z galaxie. Astronomové si nyní uvědomují, že nemusí existovat přísná omezení ohledně toho, kolik může černá díra jíst.
7Supermasivní černé díry mohou být mnohem víc, než jsme si mysleli
Černé díry přicházejí v různých velikostech, od prvotního (což může být jak malý jako jeden atom) až po supermasivní (s hmotností větším než jeden milion sluncí zabalených do velikosti sluneční soustavy). Může se jednat io vzácnou mimořádně velkou velikost nazvanou ultramasivní.
Najednou se předpokládalo, že pouze větší galaxie obsahují mohutné černé díry.Ale začátkem roku 2014 astronomové odhalili, že více než 100 malých trpasličích galaxií má v jejich střediscích obrovské černé díry. Ve srovnání se sbírkou 200-400 miliard hvězd naší mléčné dráhy má trpasličí galaxie jen několik miliard hvězd a mnohem méně hmoty.
Potom v září 2014 astronomové oznámili, že našli supermasivní černou díru v ultrakompaktní trpasličí galaxii nazvané M60-UCD1, nejhustejší galaxii, která je v současné době známa. Pokud jste žili v modelu M60-UCD1, uvidíte na noční obloze nejméně jeden milion hvězd, na rozdíl od 4000 hvězd, které vidíme na Zemi pouhým okem.
Ačkoli centrální černá díra Mléčné dráhy má hmotnost čtyři miliony sluncí, je to méně než 0,01 procenta celkové hmotnosti naší galaxie. Pro srovnání, centrální černá díra M60-UCD1 je monstrum s hmotností 21 milionů sluncí, což je 15 procent celkové hmotnosti galaxie.
Na základě těchto zjištění se někteří astronomové domnívají, že mnoho ultrakompaktních trpasličích galaxií může být pozůstatky větších galaxií, které se rozlomily, když se srazily s jinými galaxiemi. Takže v centrech ultrakompaktních trpasličích galaxií může existovat tolik supermasivních černých děr, jak se vyskytují ve větších galaxiích.
6Globlování mše jako dítě Pac-Man
Quasars jsou brilantní centra nejodlehlejších galaxií, které můžeme vidět v našem vesmíru. Oni jsou věřil být supermassive černé díry s akretion disky, které vypalují neuvěřitelně jasné rentgenové světlo. Quasars mohou svítit až dvě bilióny krát jasnější než naše slunce. Mohou to být miliardy světelných let daleko od Země. Podíváme-li se na quasar, je třeba se podívat zpět na jeho fotku dítěte.
Vědci se zamysli nad tím, jak brzká černá díra mohla začít životy zhruba deseti slunečními hmotami a poté rychle rostla na více než jednu miliardu slunečních hmot krátce po velkém třesku. Za normálních okolností se plyn vytáhl směrem k černé díře a spirálovitě stoupá, aby vytvořil akreční disk. Některé plyny se spouští uvnitř, ale několik procesů obvykle zpomaluje růst černé díry.
Vědci věří, že časný vesmír obsahoval proudy studeného plynu, které byly mnohem hustší než dnes. Mladá černá díra by se rychle posunula, neustále se měnící směr, jako by se klukající Pac-Man, jak blízké dětské hvězdy zaklepaly. Tyto rychlé směrové změny mohou nechat černý otvor jíst materiál přímo z těchto hustějších proudů plynu tak rychle, že pomalá spirála se nikdy nestala. Jak černá díra rostla, jedla ještě rychleji. V kosmicky rychlých deseti milionech let by černá díra rostla z 10 slunečních hmot na 10 000 slunečních hmot. Pak by se tempo růstu zpomalilo. Ale cesta k hmotnosti nejméně jedné miliardy slunečních hmot by byla zablokována.
5barevné díry mohou zabránit vzniku hvězd
Ve vyspělých galaxii výzkumníci zjistili, že mohutné černé díry mohou zastavit vývoj dětských hvězd tím, že budou vylučovat částice, které vyzařují rádiové vlny. Cestující v blízkosti rychlosti světla působí tyto vyhřívané trysky jako vypínače, aby zastavily horký plyn v galaxii z chlazení a kondenzace do nových hvězd. Vědci nevědí, proč středové černé díry v těchto starších, často eliptických galaxiích začnou emitovat tyto částice.
Ale až donedávna věřili, že obrovské centrální černé díry jsou vždy vinu za "červené a mrtvé galaxie", které se skládají pouze ze starších hvězd. Pak objevili několik kompaktních mladých galaxií, které umírají předčasně. Tyto mladé galaxie mají masu Mléčné dráhy vytlačenou na poměrně malou plochu.
Na základě jejich výzkumu se tým astronomů domnívá, že tyto hvězdy jsou zodpovědné za to, že v těchto mladších galaxiich převrhli svůj vlastní vypínač. Výbuch hvězdné aktivity začíná s kolizí dvou plynových galaxií, které přivádějí spousty studeného plynu do kompaktního středu sloučené galaxie. Energie z této zběsilé porodní činnosti může vypuknout veškerý zbytkový plyn, který vypne budoucí formaci hvězd. Je také možné, že plyn v těchto galaxiích se jednoduše stává příliš horkým, aby ochladil a kondenzoval do nových hvězd.
Oko Saurona ukazuje, že černé díry váží více
Astronomové si dnes myslí, že supermasivní černé díry v centrech galaxií mají o 40 procent více hmoty, než se původně domnívaly. To může pomoci vysvětlit, proč Eddingtonova hranice jasu nefunguje s některými současnými výpočty hmotnosti.
Výzkumníci použili metodu pozemního geodetického měření vzdálenosti od galaxie NGC 4151, jejíž aktivní jádro se nazývá "Eye of Sauron", protože vypadá jako jeho jmenovec z Pán prstenů filmy. Dřívější technika odhadla vzdálenost od Země k centrální černé díře NGC 4151 ve výši 13 milionů až 95 milionů světelných let.
Vědci se rozhodli používat dalekohledy Keck na Havaji - a jednodušší matematiku - aby získali výsledek s téměř 90% přesností. Černá díra NGC 4151 byla aktivní, krmila se na okolní plyn a produkovala rentgenové světlo. Toto ultrafialové záření pak zahřívalo prachový kroužek obíhající kolem černé díry. Po 30 dnech by prach vyzařoval infračervené záření. Při použití 30 dnů a rychlosti světla vědci vypočítali vzdálenost mezi černou dírou a prstencem prachu.
Tato vzdálenost byla použita k vytvoření základny rovnoramenného trojúhelníku. Po změření úhlu na obloze z prachového kroužku použili výzkumníci jednoduchou geometrii, aby vypočítali vzdálenost k oku Sauronu přibližně 62 milionům světelných let.
Tato mnohem jednodušší technika jim nyní dává možnost přesněji měřit hmotnost supermasivních černých děr. Dalším účelem je zjistit, jak rychle expanduje vesmír, což by pomohlo určit věk vesmíru.
3Zjistěte, jak se čmeláci létají
Až do nedávné doby většina gravitačních vědců věřila, že časoprostor nemůže být turbulentní. Ale tři vědci se obrátili na svou víru, když se rozhodli analyzovat, zda se gravitace může chovat jako tekutina. Za správných podmínek jsou kapaliny turbulentní. Stejně jako krém se do vaší kávy promíchá, mohou se místo toho hladce pohybovat a vířit.
Vědci se usadili na rychlých černých dírách pro studium. Časoprostor je méně viskózní kolem rychlých černých děr, což zvyšuje možnost turbulence podobně jako víření vody víc než melasa.
Výsledky byly překvapivé i pro ně. "Během posledních několika let jsme se vyhnuli vážným pochybnostem o tom, zda může gravitace někdy být turbulentní, až do té míry, že to dokáže," řekl výzkumný pracovník Luis Lehner.
Zanedlouho to může být od teoretického zjištění až po pozorovatelný. Nové detektory mohou brzy mít schopnost detekovat gravitační vlny, vlnky v časoprostoru, které se chovají jako vlny v oceánu, když loď pluje přes to. Ve vesmíru může gravitační tekutina zvlnit z obrovských kosmických událostí, jako jsou například dvě srážky černé díry.
Ale tato zjištění nám mohou také pomoci pochopit turbulence zde na Zemi - včetně fyziky hurikánů, střihu větru s letadly a zdánlivě nemožného úniku čmeláka.
2 Středisko tajemství galaktického vraždy
Někteří astronomové věří, že tajemství vraždy ve vesmíru mění pulsary na malé černé díry. Říká se tomu "chybějící problém s pulzarem".
Chcete-li rekapitulovat, pulsary rotují neutronové hvězdy (zbytky umírajících hvězd příliš malé, aby se staly černými dírami), které vyzařují jasné záření z jejich magnetických pólů jako maják majáku. S tolika hvězdami v naší galaxii by nejméně 50 mrtvých mělo být pulsary uprostřed naší Mléčné dráhy. Ale astronomové najdou pouze jednu.
Existuje několik možných vysvětlení, ale jedna z nejzajímavějších je tmavá hmota. Stejně jako černé díry je tmavá hmota neviditelná a může být zjištěna pouze tím, že její gravitační tah interaguje s jinými objekty ve vesmíru.
Dva vědci navrhli, aby gravitace pulsaru přitahovala určité částice temné hmoty, což způsobilo, že tmavá hmota nabobtnal pulsar na tak velkou velikost, že se zhroutí do černé díry. Pulzar se stává tak velký, že dává díru skrze tkaninu časoprostoru a zmizí. "Tmavá hmota nemůže shromažďovat hustě nebo rychle ve středu pravidelných hvězd," řekl výzkumník Joseph Bramante. "Ale v pulsarech by se temná hmota shromáždila na asi 2-metrovou míč. Pak se tato koule zhroutí do černé díry a sála pulsar. "
Některá temná hmota v každé částice kombinuje hmotu a antihmotu. Ty částice se při kontaktu navzájem zničí. Vědci se proto domnívají, že v časovém rozmezí pulsarů se mohou stavět pouze asymetrické částice temné hmoty (které jsou hmotou nebo antihmoty, nikoliv oba).
V galaktickém jádru je větší koncentrace temné hmoty, což může vysvětlovat, proč pulsary chybí pouze v centru naší Mléčné dráhy.
1Náš vesmír může pocházet ze čtyřrozměrné černé díry
Velkým problémem s teorií velkého třesku je to, že náš vědecky předvídatelný vesmír pochází z jedinečnosti, nekonečně hustého bodu, který nehraje stejná pravidla fyziky. Fyzikové nerozumí zvláštnosti. Nemohou vysvětlovat, co způsobilo velký třesk. Někteří fyzici se domnívají, že je nepravděpodobné, že by takový chaotický začátek vytvářel vesmír s převážně jednotnou teplotou.
Tři výzkumníci z Perimetrového institutu navrhli novou teorii, která trvají na tom, že je matematicky zdravá a testovatelná. Oni tvrdí, že náš vesmír je násilně vysunutý vnější materiál z supernovy smrti 4-D hvězdy, jehož vnitřní vrstvy se zhroutily do černé díry.
V našem vesmíru má 3-D černá díra horizont 2D událostí, hranice kolem ústí černé díry, která představuje místo, kde se nevrátí cokoliv, co padne dovnitř a je zachyceno gravitací.
Ve vesmíru se čtyřmi prostorovými rozměry by měla 4-D černá díra 3-D horizont události. Náš vesmír, vysunutý materiál ze supernovy, by tvořil 3-D membránu kolem horizontu událostí 3-D. Tento růst membrány je to, co vnímáme jako kosmickou expanzi. Náš 3-D vesmír by zdědil jednotnost 4D vesmírného rodiče, kdyby ten 4D vesmír existoval již dlouho.
Vědci stále zdokonalují svůj model. Pokud považujeme jejich teorii za absurdní, tvrdí, že to je prostě proto, že nerozumíme 4D vesmíru. Naše myšlení je omezeno trojdimenzionálním světem, které může představovat jen špičku reality.