I 1971 antok engelske astronomer Donald Lynden-Bell og Martin Rees at et supermassivt svart hull (SMBH) ligger i sentrum av Melkeveis galaksen. Dette var basert på deres arbeid med radiogalakser, som viste at de enorme energimengdene som utstrålte av disse gjenstandene skyldtes at gass og materie ble anbragt på et svart hull i sentrum.
I 1974 ble det første beviset for denne SMBH funnet da astronomer oppdaget en massiv radiokilde som kom fra sentrum av vår galakse. Denne regionen, som de kalte Skytten A *, er over 10 millioner ganger så massiv som vår egen sol. Siden oppdagelsen har astronomer funnet bevis på at det er supermassive sorte hull i sentrum av de fleste spiral- og elliptiske galakser i det observerbare universet.
Beskrivelse:
Supermassive sorte hull (SMBH) er forskjellige fra sorte hull med lavere masse på flere måter. For det første, siden SMBH har en mye høyere masse enn mindre sorte hull, har de også en lavere gjennomsnittstetthet. Dette skyldes det faktum at volumet er direkte proporsjonalt med kuben til radien, med alle sfæriske gjenstander, mens minste tetthet av et svart hull er omvendt proporsjonalt med massens kvadrat.
I tillegg er tidevannskreftene i nærheten av hendelseshorisonten betydelig svakere for massive sorte hull. Som med tetthet, er tidevannskraften på et legeme ved hendelseshorisonten omvendt proporsjonal med massens kvadrat. Som sådan ville en gjenstand ikke oppleve betydelig tidevannskraft før den var veldig dypt inn i det sorte hullet.
Dannelse:
Hvordan SMBHs dannes, gjenstår gjenstand for mye vitenskapelig debatt. Astrofysikere tror i stor grad at de er et resultat av sammenslåinger av sorte hull og materiellet. Men der "frøene" (dvs. forfedre) til disse svarte hullene kom fra, er det der uenighet oppstår. For øyeblikket er den mest åpenbare hypotesen at de er restene av flere massive stjerner som eksploderte, og som ble dannet av akkresjonen av materie i det galaktiske sentrum.
En annen teori er at før de første stjernene som ble dannet i vår galakse, kollapset en stor gasssky i en "qausi-stjerne" som ble ustabil for radielle forstyrrelser. Det ble til et svart hull på rundt 20 solmasser uten behov for en supernovaeksplosjon. Over tid akkrediterte den raskt masse for å bli et mellomliggende, og deretter supermassivt, svart hull.
I enda en modell opplevde en tett stjerneklynge kjernekollaps som et resultat av hastighetsdispersjon i kjernen, noe som skjedde med relativistiske hastigheter på grunn av negativ varmekapasitet. Til slutt er det teorien om at urfarlige sorte hull kan ha blitt produsert direkte ved eksternt trykk rett etter Big Bang. Disse og andre teorier forblir teoretiske foreløpig.
Skytten A *:
Flere bevislinjer peker mot eksistensen av en SMBH i sentrum av galaksen. Selv om det ikke er gjort noen direkte observasjoner av Skytten A *, er dens tilstedeværelse utledet fra innflytelsen den har på omkringliggende objekter. Den mest bemerkelsesverdige av disse er S2, en stjerne som flyter en elliptisk bane rundt Skytten A * radiokilden.
S2 har en omløpstid på 15,2 år og når en minimal avstand på 18 milliarder km (11,18 milliarder mi 120 AU) fra sentrum av den sentrale gjenstanden. Bare et supermassivt objekt kan redegjøre for dette, siden ingen andre årsaker kan skjelnes. Og fra orbitalparametrene til S2, har astronomer vært i stand til å produsere estimater på objektets størrelse og masse.
For eksempel har S2s bevegelser ført til at astronomer beregnet at gjenstanden i midten av bane sin må ha ikke mindre enn 4,1 millioner solmasser (8,2 × 10³³ metriske tonn; 9,04 × 10³³ amerikanske tonn). Videre må radiusen til dette objektet være mindre enn 120 AU, ellers ville S2 kollidere med den.
Imidlertid ble det beste beviset hittil gitt i 2008 av Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics og UCLAs Galactic Center Group. Ved å bruke data innhentet over en 16 års periode av ESOs Very Large Telescope og Keck Telescope, kunne de ikke bare estimere avstanden til sentrum av vår galakse (27 000 lysår fra Jorden), men også spore stjernenees bane der med enorm presisjon.
Som Reinhard Genzel, sa teamlederen fra Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics:
“Utvilsomt det mest spektakulære aspektet ved vår langtidsstudie er at den har levert det som nå anses for å være det beste empiriske beviset for at supermassive sorte hull virkelig eksisterer. De stjernebane i Galactic Center viser at den sentrale massekonsentrasjonen på fire millioner solmasser må være et svart hull, over enhver rimelig tvil. ”
En annen indikasjon på Skytten A * tilstedeværelse kom 5. januar 2015, da NASA rapporterte en rekordstor røntgenfluss som kom fra sentrum av vår galakse. Basert på avlesninger fra Chandra røntgenobservatorium rapporterte de utslipp som var 400 ganger lysere enn vanlig. Disse ble antatt å være et resultat av at en asteroide falt ned i det sorte hullet, eller av sammenfiltringen av magnetfeltlinjer i gassen som strømmet inn i det.
Andre galakser:
Astronomer har også funnet bevis for SMBHs i sentrum av andre galakser i Local Group og videre. Disse inkluderer den nærliggende Andromeda Galaxy (M31) og elliptisk galakse M32, og den fjerne spiralgalaksen NGC 4395. Dette er basert på det faktum at stjerner og gassskyer nær sentrum av disse galaksene viser en observerbar hastighetsøkning.
En annen indikasjon er Active Galactic Nuclei (AGN), der massive bølgebånd av radio, mikrobølgeovn, infrarød, optisk, ultrafiolett (UV), røntgen og gammastråle med jevne mellomrom oppdages fra områdene med kaldt materiale (gass og støv) ) i sentrum av større galakser. Mens strålingen ikke kommer fra selve de sorte hullene, antas påvirkningen en så massiv gjenstand vil ha på omgivelsene være årsaken.
Kort fortalt danner gass og støv akkresjonsskiver i sentrum av galakser som går i bane rundt supermassive sorte hull og gradvis mater dem materie. Den utrolige tyngdekraften i dette området komprimerer skivens materiale til den når millioner av grader kelvin, og genererer lys stråling og elektromagnetisk energi. Det dannes også en korona av varmt materiale over akkresjonsskiven, og kan spre fotoner opp til røntgenenergier.
Samspillet mellom det roterende magnetfeltet SMBH og akkresjonsskiven skaper også kraftige magnetiske jetfly som skyter materiale over og under det sorte hullet i relativistiske hastigheter (dvs. med en betydelig brøkdel av lysets hastighet). Disse jetflyene kan strekke seg i hundretusenvis av lysår, og er en andre potensiell kilde til observert stråling.
Når Andromeda-galaksen fusjonerer med vår egen om noen milliarder år, vil det supermassive sorte hullet som er i sentrum, slå seg sammen med vårt eget, og produsere et mye mer massivt og kraftig. Dette samspillet vil sannsynligvis sparke flere stjerner ut av vår kombinerte galakse (produsere useriøse stjerner), og vil sannsynligvis også føre til at vår galaktiske kjerne (som for tiden er inaktiv) blir aktiv en igjen.
Studien av sorte hull er fremdeles i sin spede begynnelse. Og det vi har lært de siste tiårene alene, har vært både spennende og utrolig. Enten de er av mindre masse eller supermasse, er sorte hull en integrert del av universet vårt og spiller en aktiv rolle i dens utvikling.
Hvem vet hva vi vil finne når vi titter dypere inn i universet? Kanskje en dag vi teknologien, og ren modighet, vil eksistere slik at vi kan prøve å toppe under sløret av en hendelseshorisont. Kan du forestille deg at det skjer?
Vi har skrevet mange interessante artikler om sorte hull her på Space Magazine. Her er utover enhver rimelig tvil: Et supermassivt svart hull bor i sentrum av vår galakse, røntgenflareekko avslører supermassivt svart hull Torus, hvordan veier du et supermassivt svart hull? Ta temperaturen, og hva skjer når supermassive svarte hull kolliderer?
Astronomy Cast har også noen relevante episoder om emnet. Her er avsnitt 18: Black Holes Big and Small, og Episode 98: Quasars.
Mer å utforske: Astronomy Cast sine episoder Quasars, og Black Holes Big and Small.
kilder:
- Wikipedia - Supermassivt svart hull
- NASA - Supermassive Black Holes
- Swinburne University: Cosmos - Supermassive Black Hole
