Supermassive Black Holes: Galactic Behemoths

Uprostřed naší galaxie je supermasivní černá díra. Nelze to vidět přímo dalekohledem nebo očima, ale astronomové to vědí. Ve skutečnosti jsou v srdcích mnoha galaxií supermasivní černé díry. Jak astronomové vědí, že se tyto příšery skrývají v galaktických jádrech? Používají různé metody ke studiu světla, když prochází černou dírou, a také studují oblast kolem černé díry, aby pochopili, jak to ovlivňuje blízké mraky plynu, prachu a dokonce i hvězd. V současnosti je supermasivní černá díra v Mléčné dráze, zvaná Střelec A *, poměrně tichá a astronomové ji sledují v mnoha vlnových délkách, aby pochopili její působení.

Černé díry jsou oblíbenými příběhy sci-fi a médii. Někdy se používají jako plotovací zařízení, aby umožnily nějaký mezihvězdný cestovní trik. Nebo se dostanou v časovém cestování nebo v jiném důležitém prvku příběhu. Jak fascinující jsou takové příběhy, realita za těmito podivnými monstrami je zajímavější, než si dokážou spisovatelé představit. Jaká jsou fakta kolem supermasivních černých děr? Existuje nějaká věda za zobrazením science fiction supermasivních černých děr? Pojďme to zjistit.

Obvykle, supermasivní černé díry jsou přesně to, co říká jejich jméno: opravdu, opravdu obrovské černé díry. Měří ve stovkách tisíc solárních hmot (jedna solární hmota se rovná hmotnosti Slunce) až do miliard solárních hmot. Mají ohromnou moc a nesou neuvěřitelný vliv na jejich galaxie.

V jádrech jádra existuje nejvíce supermasivních černých děr galaxie. Toto centrální umístění jim umožňuje (alespoň částečně) pomáhat držet galaxie pohromadě. Jejich gravitace je díky jejich neuvěřitelné hmotnosti tak obrovská, že dokonce hvězdy vzdálené stovky tisíc světelných let daleko jsou vázány na oběžné dráze kolem nich a jádra galaxií, která obývají.

Kdykoli astronomové mluví o černých dírách, hlavní vlastnost, kterou používají, odděluje černé díry od ostatních „běžných“ objektů vesmír je hustota. Toto je množství „věcí“ zabalených do objemu černé díry. Hustota v jádrech černých děr je tak vysoká, že je v podstatě nekonečná. Konkrétně se objem (velikost prostoru, který černá díra a jeho skrytá hmotnost zabírá) blíží nule. To znamená, že je to jen o něco více než jen malý bod ve vesmíru, ale ten malý bod, nazývaný singularita, obsahuje neuvěřitelné množství hmoty. Díky tomu je neuvěřitelně hustá. Tato hustota je rozptýlena po celé oblasti černé díry, od singularity po horizont událostí (což je bod, kde je gravitace černé díry příliš silná na to, aby na cokoli bylo odolat.

Zní to, jako by mohl být interiér černé díry (za horizontem události) neuvěřitelně rozdrcen, bez místa. Zajímavé je, že existuje myšlenkový experiment, který říká, že průměrná hustota supermasivních černých děr může být ve skutečnosti menší než samotný vzduch, který lidé dýchají. Ve skutečnosti platí, že čím větší je hmotnost, méně hustá superhmotná černá díra je, vezme-li se v úvahu celý objem oblasti od singularity po horizont událostí. Hmota by byla distribuována v této oblasti, s větší hmotností v singularitě než na „okraji“.

Pokud je to pravda, pak by bylo možné přistoupit nejen k supermasivní černé díře teoreticky spadají do supermasivní černé díry a přežijí nějakou dobu, dokud se nedostanou do blízkosti jedinečnost. Je tu však jeden velký problém: gravitace. Je tak silný, že cokoli, co se prohne kolem horizontu události, by bylo roztrženo extrémním gravitačním tahem. Tolik na červí díru!

Tvorba supermasivních černých děr je stále jednou z tajemství astrofyziky. Normální černé díry jsou zbytky jádra, které zůstaly pozadu supernova exploze obrovské hvězdy. Čím je hvězda hmotnější, tím hmotnější je černá díra, která zůstala.

Dalo by se tedy předpokládat, že ze zhroucení supermasivní hvězdy vzniknou supermasivní černé díry. Problém je v tom, že bylo detekováno jen málo takových hvězd. Navíc nám fyzika říká, že by vůbec neměli existovat. Nicméně ano. Nejhmotnější hvězdy jsou desítky až stokrát větší než hmotnost Slunce. Několik vzácných hypergiantů může mít až 300 hvězdných hmot. Přesto i tato příšery jsou daleko od typů mas, které by byly zapotřebí k vytvoření supermasivní černé díry. Jednoduše řečeno: K vytvoření superhmotné černé díry je zapotřebí mnohem větší množství hmoty, než je obsaženo v těch nejhermasivnějších hvězdách.

Pokud tedy tyto objekty nejsou vytvořeny tradičním způsobem jiných černých děr, odkud pocházejí černé díry monster? Hlavní myšlenkou je, že vytvořily mnohem menší černé díry, aby vybudovaly velké. Nakonec by hromadění hmoty vedlo k vytvoření supermasivní černé díry. To je hierarchická teorie budování supermasivní černé díry. S touto teorií existují určité problémy, protože vyžaduje studium supermasivních černých děr „střední hmoty“. Byly by to „v mezidobí“ od menších černých děr po supermasivní monstra. Astronomové začínají detekovat více z nich a studují jejich konkrétní vlastnosti, aby vyplnili mezery v hierarchické teorii.

Další hlavní teorií o vytváření superhmotných černých děr je to, že se vytvořily v prvních okamžicích následujících po Velký třesk. Samozřejmě, že ne všechno je úplně pochopeno o podmínkách v té době, abychom zjistili, jak černé díry hrály roli a co podněcovalo jejich formaci.

Z pozorování známých černých děr s velkými a středními hmotnostmi vyplývá, že teorie fúze je pravděpodobně nejjednodušším vysvětlením. Zkoumání nejstarších, nejvzdálenějších a masivních supermasivních černých děr, kvasary konkrétně ukazuje, že existují důkazy sloučení mnoha galaxií hrál roli. Když se galaxie sloučí, zdá se, že také jejich černé díry. Fúze hrají roli při utváření galaxií, které dnes vidíme, a proto dává smysl, aby jejich centrální černé díry mohly přijít na cestu a růst spolu s galaxiemi. Je zajímavé, že když se tyto černé díry spojí, vysílají hodně energie. Akce také vydává gravitační vlny, které jsou astronomové právě nyní schopni měřit.

Pokud jsou sloučení odpovědí, pak poskytují částečné řešení problému střední černé díry. V obou případech odpověď zatím není jasná. K pozorování a charakterizaci galaxií a jejich černých děr je třeba udělat mnohem více.

Vrátíme-li se k sci-fi a černým otvorům, existují vlastnosti, které zcela ohýbají mysl, kterou autoři použili. Příběhy rychlejší než lehké cestování, mezihvězdné cestování a cestování časem prostupuje sci-fi romány. Existují dokonce teorie, že černé díry jsou branou do alternativních vesmírů.

Existuje tedy nějaký důkaz, který by podpořil některý z těchto nápadů? Vlastně ano, i když pouze za velmi extrémních okolností. Myšlenka používat černé díry jako červí díry, které nás nějak spojují s druhou stranou vesmíru, existuje už celá desetiletí. Je to skvělá a fantazijní fantazie, která se pravděpodobně nestane realitou v dohledné době.

Možnosti byly dokonce vypočteny s použitím vážné fyziky a obecná relativita. Teoreticky by se tedy tyto věci mohly stát, jak bylo ukázáno ve filmu z roku 2014 Mezihvězdný. Fyzik, který pracoval s filmaři, přišel s některými teoretickými nápady, které film podporovaly, a vědecky pracoval. Požadovaná technologie však stále není k dispozici a je třeba splnit řadu zvláštních podmínek. Ale kdo ví - většina technologií, které lidé dnes používají pro let, byla kdysi považována za nemožnou.

• Supermasivní černé díry existují v srdcích mnoha galaxií, včetně Mléčné dráhy.
• Některé galaxie, například galaxie Andromeda, mohou mít více než jednu z těchto příšer.
• Když se galaxie spojí, mohou se sloučit i jejich černé díry.
• Supermasivní černé díry mohou mít skryté až miliardy hvězdných hmot.
• Naše vlastní Mléčná dráha má supermasivní černou díru zvanou Střelec A *

• Mohon, Lee. "Supermasivní černé díry vyrůstají z jejich galaxií." NASA, NASA, 15. února 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "Vynulování toho, jak se vytvořily supermasivní černé díry." Vědecký Američan29. září 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• "Supermassive Black Hole | KOSMOS." Centrum pro astrofyziku a superpočítač, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive black hole.

Upraveno a aktualizováno uživatelem Carolyn Collins Petersen.