MIS ON SUPERMASSIIVNE MUST AUK?

Send

Inglise astronoomid Donald Lynden-Bell ja Martin Rees tegid 1971. aastal hüpoteesi, et meie Linnutee galaktika keskmes asub supermassiivne must auk (SMBH). See põhines nende tööl raadiogalaktikatega, mis näitas, et nende objektide poolt kiirgavad tohutud energiakogused olid tingitud gaasist ja ainest, mis akumuleerus nende keskele asuvasse musta auku.

1974. aastaks leiti esimesed tõendid selle SMBH kohta, kui astronoomid tuvastasid tohutu raadioallika, mis saabus meie galaktika keskusest. See piirkond, mida nad nimetasid Amburiks A *, on üle 10 miljoni korra massiivsem kui meie oma Päike. Alates avastusest on astronoomid leidnud tõendeid, et vaadeldava universumi spiraalsete ja elliptiliste galaktikate keskpunktis on supermassiivsed mustad augud.

Kirjeldus:

Supermassiivsed mustad augud (SMBH) eristuvad väiksema massiga mustadest aukudest mitmel viisil. Alustuseks, kuna SMBH mass on palju suurem kui väiksemate mustade aukude korral, on neil ka väiksem keskmine tihedus. See on tingitud asjaolust, et kõigi sfääriliste objektide korral on maht otseselt võrdeline raadiuse kuubiga, samas kui musta augu minimaalne tihedus on pöördvõrdeline massi ruuduga.

Lisaks on sündmushorisondi läheduses olevad loodejõud massiivsete mustade aukude korral märkimisväärselt nõrgemad. Nagu tiheduse korral, on loodejõud kehale sündmuse horisondi korral pöördvõrdeline massi ruuduga. Sellisena ei avaldaks objekt märkimisväärset loodejõudu enne, kui see oli väga sügavale musta auku.

Kihistu:

See, kuidas SMBH-d moodustatakse, on endiselt palju teaduslikku arutelu. Astrofüüsikud usuvad suuresti, et need on musta augu ühinemiste ja mateeria akrediteerimise tagajärg. Kuid kust tekkisid nende mustade aukude seemned (s.o eellased), kus tekivad lahkarvamused. Praegu on kõige ilmsem hüpotees, et need on mitme plahvatanud massiivse tähe jäänused, mis moodustusid galaktikakeskuses oleva aine akumuleerumisega.

Veel üks teooria on see, et enne esimeste tähtede moodustumist meie galaktikas varises suur gaasipilv ümber qausi-täheks, mis muutus radiaalseks häiringuks ebastabiilseks. Seejärel muutus see umbes 20 päikesemassi mustaks auguks, ilma et oleks vaja supernoova plahvatust. Aja jooksul akrediteerus see kiiresti massi, et saada vahepealseks ja seejärel ülimassiivseks mustaks auguks.

Veel ühes mudelis koges tihe täheparv tuuma kokkuvarisemist tuuma kiiruse hajutamise tagajärjel, mis juhtus negatiivse soojusmahtuvuse tõttu relativistlikel kiirustel. Viimaseks on teooria, mille kohaselt ürgsed mustad augud võisid tekkida vahetult pärast suurt pauku kohe välise surve tagajärjel. Need ja muud teooriad jäävad esialgu teoreetilisteks.

Ambur A *:

Mitmed tõendusmaterjalid viitavad SMBH olemasolule meie galaktika keskel. Kuigi Amburi A * kohta ei ole otseseid tähelepanekuid tehtud, on selle olemasolu tuletatud selle mõjust ümbritsevatele objektidele. Neist kõige tähelepanuväärsem on S2, täht, mis voolab elliptilise orbiidil ümber Amburi A * raadioallika.

S2 orbitaalperiood on 15,2 aastat ja see jõuab keskse objekti keskpunktist minimaalse kauguseni 18 miljardit km (11,18 miljardit mi, 120 AU). Ainult supermassiivne objekt võiks seda arvesse võtta, kuna muud põhjust ei ole võimalik kindlaks teha. Ja S2 orbitaalparameetrite põhjal on astronoomid suutnud anda hinnangu objekti suuruse ja massi kohta.

Näiteks on S2-liikumised lasknud astronoomidel arvutada, et orbiidi keskpunktis oleval objektil peab olema vähemalt 4,1 miljonit päikesemassi (8,2 × 10³³ tonni; 9,04 × 10³³ USA tonni). Lisaks peaks selle objekti raadius olema väiksem kui 120 AU, vastasel juhul põrkub S2 sellega kokku.

Sellegipoolest esitasid parimad tõendid 2008. aastal Max Plancki Maavälise Füüsika Instituut ja UCLAs Galactic Center Group. Kasutades ESO väga suure teleskoobi ja Kecki teleskoobi 16 aasta jooksul saadud andmeid, suutsid nad mitte ainult täpselt hinnata meie galaktika keskpunkti (Maast 27 000 valgusaasta kaugusel) asuvat kaugust, vaid ka jälgida tähtede orbiite seal tohutu täpsusega.

Nagu ütles maavälise füüsika Max-Plancki instituudi meeskonnavanem Reinhard Genzel:

“Meie pikaajalise uuringu vaieldamatult kõige tähelepanuväärsem külg on see, et see on andnud selle, mida praegu peetakse parimaks empiiriliseks tõendiks, et supermassiivsed mustad augud on tõesti olemas. Galaktikakeskuse tähe orbiidid näitavad, et nelja miljoni päikese massi keskne kontsentratsioon peab olema must auk, ilma igasuguse mõistliku kahtluseta. "

Veel üks märge Amburi A * kohaloleku kohta saabus 5. jaanuaril 2015, kui NASA teatas rekordilisest röntgenikiirguse hoogustumisest meie galaktika keskusest. Chandra röntgenikiirguse vaatluskeskuse näitude põhjal teatasid nad tavapärasest 400 korda heledamast heitest. Arvati, et need on põhjustatud asteroidist, mis kukub musta auku, või magnetvälja väljuvate joonte takerdumisega sinna voolavasse gaasi.

Muud galaktikad:

Astronoomid on leidnud ka tõendeid SMBH-de kohta teiste galaktikate keskpunktis kohalikul rühmal ja väljaspool seda. Nende hulka kuuluvad lähedal asuv Andromeda galaktika (M31) ja elliptiline galaktika M32 ning kaugem spiraalgalaktika NGC 4395. See põhineb asjaolul, et nende galaktikate keskpunkti lähedal asuvad tähed ja gaasipilved näitavad kiiruse märgatavat suurenemist.

Teiseks näidustuseks on aktiivsed galaktilised tuumad (AGN), kus perioodiliselt tuvastatakse raadio-, mikrolaine-, infrapuna-, optilise, ultraviolett- (UV), röntgen- ja gammakiirguse lainealade purskeid külmaaine (gaas ja tolm) piirkondadest ) suuremate galaktikate keskpunktis. Kuigi kiirgus ei pärine mustadest aukudest, arvatakse, et põhjuseks on selline massiline objekt ümbritsevale ainele.

Lühidalt, gaasi ja tolmu moodustuvad kerkimiskettad galaktikate keskmes, mis tiirlevad läbi ülimagevate mustade aukude, toites neile järk-järgult ainet. Selle piirkonna uskumatu raskusjõud surub ketta materjali kokku, kuni see jõuab miljonites kraadides kelvini, tekitades eredat kiirgust ja elektromagnetilist energiat. Kuuma materjali koroon moodustub ka akretsiooniketta kohal ja see võib hajutada footoneid kuni röntgenienergiateni.

SMBH pöörleva magnetvälja ja akretsioonketta vahelise interaktsiooni käigus luuakse ka võimsad magnetid, mis tulistavad materjali musta augu kohal ja all relativistlikel kiirustel (st olulisel osal valguse kiirusest). Need joad võivad ulatuda sadadesse tuhandetesse valgusaastatesse ja on vaatlusliku kiirguse teine potentsiaalne allikas.

Kui Andromeda galaktika sulandub mõne miljardi aasta pärast meie omaga, ühineb selle keskmes olev supermassiivne must auk meie omaga, saades palju massiivsema ja võimsama. See vastastikmõju laseb tõenäoliselt mitu tähte meie ühendatud galaktikast välja (tekitades petturitest tähti) ja tõenäoliselt põhjustab meie galaktiline tuum (mis on praegu passiivne) taas aktiivse tuuma.

Mustade aukude uurimine on alles lapsekingades. Ja see, mida ainuüksi viimase paarikümne aasta jooksul oleme õppinud, on olnud nii põnev kui ka aukartust äratav. Olenemata sellest, kas need on väiksema massiga või supermassiivsed, on mustad augud meie Universumi lahutamatu osa ja mängivad aktiivset rolli selle arengus.

Kes teab, mida leiame, kui uurime sügavamale universumisse? Võib-olla eksisteerib mingil päeval tehnoloogia ja ilmne julgus, nii et võime proovida jõuda sündmusehorisondi loori alla. Kas te kujutate seda ette?

Oleme siin ajakirjas Space Magazine kirjutanud palju huvitavaid artikleid mustade aukude kohta. Siin on lisaks mõistlikele kahtlustele: ülioperatiivne must auk elab meie galaktika keskuses. Röntgenikiirguse kaja paljastab ülikerge musta augu toruse. Kuidas kaalute supermassiivset musta auku? Võtke temperatuur ja mis juhtub, kui ülikerged mustad augud põrkuvad?

Astronoomia Esita ka mõned olulised episoodid sellel teemal. Siin on episood 18: mustad augud suured ja väikesed ning episood 98: kvaasarid.

Veel uurida: astronoomiaosatäitmise episoodid kvaasarid ning mustad augud suured ja väikesed.

Allikad: