Supermassive sorte huller: Galaktiske Behemoths

Der er et supermassivt sort hul i midten af ​​vores galakse. Det kan ikke ses direkte gennem teleskoper eller med vores øjne, men astronomer ved, at det er der. Der er faktisk supermassive sorte huller i hjertet af mange galakser. Hvordan ved astronomer, at disse monstre lurer i de galaktiske kerner? De bruger en række forskellige metoder til at studere lys, når det passerer ved et sort hul, og de studerer også regionen omkring et sort hul for at forstå, hvordan det påvirker nærliggende skyer af gas, støv og endda stjerner. I øjeblikket er det supermassive sorte hul i Mælkevejen, kaldet Skytten A *, en temmelig stille en, og astronomer overvåger det i mange bølgelængder af lys for at forstå dens handlinger.

Sorte huller er en favorit i science fiction-historier og medier. Undertiden bruges de som en plot-enhed til at muliggøre en slags interstellar rejse-trick. Eller så bliver de omtalt i tidsrejser eller et andet vigtigt element i en historie. Så fascinerende som sådanne historier er, virkeligheden bag disse underlige behemoths er mere spændende, end forfattere kan forestille sig. Hvad er fakta omkring supermassive sorte huller? Er der nogen videnskab bag science fiction skildringer af supermassive sorte huller? Lad os finde ud af det.

Generelt, supermassive sorte huller er lige hvad deres navn siger: virkelig, virkelig massive sorte huller. De måler i de hundreder af tusinder af solmasser (en solmasse svarer til solens masse) op til milliarder af solmasser. De besidder enorm magt og har en utrolig indflydelse på deres galakser.

De fleste supermassive sorte huller findes i kernerne i galakser. Denne centrale placering giver dem mulighed for (i det mindste delvist) at hjælpe med at holde galakser sammen. Deres tyngdekraft er så enorm på grund af deres utrolige masse, at endda stjerner hundreder af tusinder af lysår væk er bundet i kredsløb omkring dem og galakse-kernerne, de bor.

Hver gang astronomer taler om sorte huller, er den vigtigste egenskab, de bruger, der adskiller sorte huller andre "normale" objekter i universet er densitet. Dette er mængden af ​​"ting" pakket ind i volumen på et sort hul. Densiteten ved kernerne i sorte huller er så høj, at den i det væsentlige bliver uendelig. Konkret nærmer sig volumen (mængden af ​​plads et sort hul og dets skjulte masse) nul. Det betyder, at det er lidt mere end et lille punkt i rummet, men at den lille prik, kaldet en singularitet, indeholder en utrolig masse masse. Det gør det utroligt tæt. Denne tæthed er spredt over hele det sorte huls region fra singulariteten til begivenhedshorisont (som er det punkt, hvor tyngdekraften i det sorte hul er for stærk til, at noget til modstå.

Det lyder som om det indre af det sorte hul (ud over begivenhedshorisonten) kunne være utroligt knust uden plads. Interessant nok er der et tankeeksperiment, der siger, at den gennemsnitlige massefylde af supermassive sorte huller faktisk kan være mindre end den meget luft, mennesker indånder. Faktisk, jo større er massen mindre tæt, er det supermassive sorte hul, hvis man overvejer hele volumen af ​​området fra singulariteten til begivenhedshorisonten. Massen ville blive fordelt gennem dette område med mere masse ved singulariteten end i "udkanten."

Hvis det er sandt, ville det ikke kun være muligt at nærme sig et supermassivt sort hul, man kunne falder teoretisk i et supermassivt sort hul og overlever i ganske lang tid, indtil man kommer tæt på singularitet. Der er dog et stort problem: tyngdekraften. Det er så stærkt, at alt, der svæber forbi begivenhedshorisonten, ville blive revet fra hinanden af ​​det ekstreme tyngdepunkt. Så meget til rejse i ormehul!

Dannelsen af ​​supermassive sorte huller er stadig et af mysterierne i astrofysik. Normale sorte huller er de kernesterester, der er tilbage fra supernova eksplosion af en massiv stjerne. Jo mere massiv stjernen er, des mere massiv er det sorte hul, der blev efterladt.

Man kunne derfor antage, at supermassive sorte huller skabes fra sammenbruddet af en supermassiv stjerne. Problemet er, at få sådanne stjerner er blevet opdaget. Desuden fortæller fysik, at de ikke engang burde eksistere i første omgang. Dog gør de det. De mest massive stjerner er snesevis til hundrede gange solens masse. Et par sjældne hypergiganter kan være op til 300 stjernemasser. Selv disse monstre er stadig langt fra de typer masser, der ville være nødvendigt for at skabe et supermassivt sort hul. For at sige det klart: en masse mere masse er nødvendig for at fremstille et supermassivt sort hul, end det er indeholdt i selv de mest supermassive stjerner.

Så hvis disse objekter ikke oprettes på traditionel vis af andre sorte huller, hvor kommer de sorte monsterhuller fra? Den førende idé er, at de dannede som meget mindre sorte huller til at bygge store. Til sidst ville masseopbygningen føre til oprettelsen af ​​et supermassivt sort hul. Det er en hierarkisk teori om opbygning af et supermassivt sort hul. Der er nogle problemer med denne teori, fordi den kræver undersøgelse af "mellemliggende masse" supermassive sorte huller. De ville være "i b mellem trin" fra mindre sorte huller til de supermassive monstre. Astronomer begynder at opdage flere af disse og studere deres særlige egenskaber for at udfylde hullerne i den hierarkiske teori.

En anden førende teori om oprettelsen af ​​supermassive sorte huller er, at de dannede sig i de første øjeblikke efter Stort brag. Naturligvis er ikke alt helt forstået om forholdene i løbet af denne tid for at finde ud af, hvordan sorte huller spillede en rolle, og hvad der ansporet deres dannelse.

Observationer af de kendte supermassive og mellemmasse sorte huller antyder, at fusionsteorien sandsynligvis er den enkleste forklaring. Undersøgelse af de ældste, mest fjerne og massive supermassive sorte huller, kvasarer viser specifikt, at der er bevis for, at fusionen af ​​mange galakser spillede en rolle. Når galakser smelter sammen, ser det ud til, at deres sorte huller også gør. Fusioner spiller en rolle i udformningen af ​​de galakser, vi ser i dag, og det giver derfor mening, at deres centrale sorte huller kan komme med på turen og vokse sammen med galakserne. Interessant nok, når de sorte huller smelter sammen, sender de en masse energi ud. Handlingen udsender også gravitationsbølger, som astronomer lige nu er i stand til at måle.

Hvis fusioner er svaret, leverer de en delvis løsning på det mellemliggende sort hulproblem. I begge tilfælde er svaret endnu ikke klart. Meget mere arbejde skal gøres for at observere og karakterisere galakser og deres sorte huller.

At komme tilbage til science fiction og sorte huller, der er egenskaber, der fuldstændigt bøjer sindet, som forfattere har brugt. Historier om hurtigere end let rejse, interstellar rejser og tidsrejser gennemgår science fiction-romaner. Der er endda teorier om, at sorte huller er gateways til alternative universer.

Så er der nogen beviser for at støtte nogen af ​​disse ideer? Faktisk ja, skønt det kun er under meget ekstreme omstændigheder. Ideen om at bruge sorte huller som ormehuller, der på en eller anden måde forbinder os med den anden side af universet, har eksisteret i årtier. Det er en stor og fantasifuld fantasi, der sandsynligvis ikke bliver virkelighed snart.

Mulighederne er endda blevet beregnet ved hjælp af seriøs fysik og generel relativitet. Så teoretisk set kunne disse ting ske, som det blev vist i filmen i 2014 Interstellar. Fysikeren, der arbejdede med filmskaberne, kom med nogle teoretiske ideer, der understøttede filmen og arbejdede videnskabeligt. Den krævede teknologi er dog stadig ikke tilgængelig, og en række specielle betingelser skal overholdes. Men hvem ved - meget af den teknologi, som mennesker bruger til flyvning i dag, blev også engang troet umuligt.

• Supermassive sorte huller findes i hjertet af mange galakser, herunder Mælkevejen.
• Nogle galakser, såsom Andromeda Galaxy, kan have mere end en af ​​disse monstre.
• Når galakser smelter sammen, kan deres sorte huller også smelte sammen.
• Supermassive sorte huller kan have op til milliarder af stjernemasser skjult inde.
• Vores egen Mælkevej har et supermassivt sort hul kaldet Skytten A *

• Mohon, Lee. “Supermassive sorte huller vokser frem for deres galakser.” NASA, NASA, 15. februar. 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. “Nulstilling i, hvordan supermassive sorte huller dannede sig.” Videnskabelig amerikansk, 29. september. 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• “Supermassivt sort hul | COSMOS.” Center for Astrofysik og Supercomputing, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive black hole.

Redigeret og opdateret af Carolyn Collins Petersen.