Супермасивна црна дупка

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Облак од гас со неколку маси поголем од масата ан Земјата забрзува кон супермасивна црна дупка во центарот на Млечниот Пат.
Горе: артистичко претставување ба супермасивна црна дупка која растргнува ѕвезда. Доле: слики за кои се верува дека претставуваат супермасивна црна дупка која проголтува ѕвезда во галаксијата RX J1242-11. Лево: рендгенска снимка, десно: во видлива светлина.[1]

Супермасивна црна дупка (СЦД) — најголемиот вид на црна дупка, со големина од илијадници па се до милијарди сончеви маси. Повеќето а најверојатно сите галаксии соджат супермасивна црна дупка во центарот.[2][3] Во случајот на Млечниот пат, СЦД се претпоставува дека одговара со местоположбата на Стрелец A*.[4]

Супермасивните црни дупки имаат својства кои ги разликуваат од маломасивните класификации. Прво, просечната густина на супермасивната црна дупка (определена масата на црната дупка поделена со зафатнината во Шварцшилдовиот полупречник) може да биде помала од гстината на водата како што е случајот кај некои супермасивни црни дупки.[5] Ова се должи на фактот што Шварцшилдовиот полупречник е директно зависен од масата, додека пак густината е обратнопропорционално зависна од густината. Знаејќи дека зафатнината на топчест објект (како што е хоризонтот на случувањто за невртежни црни дупки) е правопопорционален на кубот од полупречникот, густината на црната дупка обратнопропорционална на квадратото од масата, и на тој начин црните дупки со поголеми маси имаат помала просечна густина. Во продолжение, плимните сили во близината на хоризонтот на случувањто се значително послаби за масивните црни дупки. Како и со густината, плимната сила на тело во хоризонтот на случувањето е обратнопропорционално на квадратот од масата: личност на површината од Земјата и друга на површината од хоризонтот на случувањата на 10 милиони сончево масивни црни дупки е иста како плимната сила меѓу главата и стапалата на еден човек. За разлика од ѕвездените црни дупки, овде нема да се почуствува ефектот на значителната плимна сила се додека не се пристигне во длабочините на црната дупка.

Историја на истражувањата[уреди | уреди извор]

Доналд Линден-Бел и Мартин Рис претпоставиле во 1971 година дека центарот на Млечниот Пат содржи масивна црна дупка. Стрелец A* беше откриен и именуван во февруари 13 и 15 1974 година, од астрономите Брус Балик и Роберт Бровн кои го користеле основнолинискиот интерферометарт на Националната астрономска радио опсерваторија.[6] Тие забележале извор на радиобранови кои се емитува преку синхотроно зрачење, за кое се забележало дека е густо и неподвижно поради сопствената гравитација. Ова, бил првиот доказ дека се работи за супермасивна црна дупка, која постои во центарот на Млечниот Пат.

Создавање[уреди | уреди извор]

Артистичка замисла за изгледот на една супермасивна црна дупка и нејзиниот акретационен диск.

Потеклото на супермасивните црни дупки е сеуште тема на истражување. Астрофизичарите се согласни дека еднаш кога црна дупка ќе се смести во центарот на галаксијата, истата нараснува преку насобирање (акреција) на амтеријата и преку спојување со други црни дупки. Сепак, има неколку претпоставки за механизмите преку кои се создаваат првичните маси на претходниците т.е. „семињата“, на супермасивните црни дупки. Најочигледната претпоставка е дека станува збор за семиња кои се црни дупки со десетици а можеби и со стотици сончеви маси кои се остатоци од експлозиите на масивните ѕвезди и истите нараснуваат со насобирање на материја преку насобирање.

Друг модел ги вклучува големите облаци од гас во периодот пред да се создадат првите ѕвезди создале т.н. „квазиѕвезди“ за подоцна да прераснат во црна дупка со почетна маса од приближно 20 сончеви маси, за по кус период истите да прераснат во средномасивни црни дупки, а со тоа и во СЦД доколку насобирањето не е потиснато при поголемите маси.[7] Почетната „квази-ѕвезда“ ќе стане нестабилна поради радијалните пертурбации предизвикани од создавањето на парови електрон-позитрон во јадрото, и истите можат да колабираат директно во црна дупка без да има супернова експлозија, која ќе исфрли поголем дел од масата и ќе го спречи создавањето на црна дупка како остаток од таа експлозија.

Друг модел пак[8] ги вклучува густите ѕвездени јата кај кои доаѓа до колабирање на јадрото, како што негативниот топлински капацитет на системот ја зголемува брзинското расејување во јадрото до релативистички брзини. Конечно, првичните црни дупки можно е да се директно создадени од пнадворешниот притисок во првите моменти по Големата експлозија. Создавањето на црни дупки од смртта на првите ѕвезди е темелно истражувано и истот е потврдено преку набљудувањата. Другите модели за создавањето на црни дупки кои се наведени погоре се теории.

Артистички изглед на огромен истек на исфрлената амтерија од квазарот SDSS J1106+1939.[9]

Тешкотијата за создавање на супермасивна црна дупка е во потребата од постоење на огромно количество на материја во многу мала зафатнина. Оваа материја потребно е да има многу мал аголен момент за да се случи настанот. Нормално, процесот на насобирање го вклучува и пренесувањето на аголниот момент со голем почетен допринос кон надворешноста, и ова на некој начин е факторот од кој зависи растот на црната дупка. Ова е голем дел од теоријата за акреционите дискови. Насобирањето на гасот е најефикаснот, но истовремено и најизразен, начин на кои растат црните дупки. Растот на масата на супермасивните црни дупки се смета дека настанува преку неколкукратни епизоди на брза насобирање на гасот, која може да се забележи во активното галактичко јадро или квазарите. Набљудувањата покажале дека квазарите се почести во вселената кога истата била помлада, што наведува на фактот дека супермасивните црни дупки биле создадени и растат од самиот почеток на вселената. Голем ограничувачки фактор за теориите за создавањето на супермасивните црни дупки е набљудувањето на далечните сјајни квазари, па што наведува дека супермасивните црни дупки со маси од милијарда сончеви маси sвеќе биле создадени кога универзумот бил стар само 1 милијарда години. Ова укажува дека супермасивните црни дупки настанале на почетокот на раниот универзум, во внатрешноста на првите масивни галаксии.

Моментално, како да постои празнина во набљудуваната масена распределба на црните дупки. Постојат ѕвезденомасени црни дупки, создадени од колабрирачките ѕвезди, кои достигнуваат маса од 33 соларни маси. Најмалата супермасивна црна дупка е со маса од неколку стотици илијади сончеви маси. Меѓу овие вредности за масите како да има недостаток од средномасивни црни дупки. Ваквата празнина упатува на различни процеси на создавање. Но сепак,н екои модели[10] наведуваат дека ултрасјајните рендгенски извори можно е да се црни дупки кои е можно да се од групата која недостасува.

Доплерови мерења[уреди | уреди извор]

Директните Доплерови мерења на водените масери околу јадрото на блиските галаксии покажале мошне брзи Кеплерови движења, кои се можни само при голема концентрација на маса во центарот. Моментално, единствените познати објекти кои може да соберат толкава амтерија во толку мал простор се црните дупки, или нештата кои ќе се развијат во црни дупки за мошне куси астрономски периоди. За оддалечените активни галаксии, ширината на спектралните линии може да се искористи за испитување на гасот кој орбитира во близина на хоризонтот на случувањата. Техниката на одекнувачко мапирање ја користи променливоста на овие линии за да се измери масата а можеби и спинот на црната дупка која ги напојува активните галаксии.

Гравитацијата од супермасивните црни дупки во центарот на многу од галаксиите се смета дека ги напојува активните објекти како што се Сејфертовите галаксии и квазарите.

Емпириската поврзаност меѓу големината на супермасивните црни дупки и ѕвезденото брзинско расејување на галактичкото испакнување[11] се нарекува однос M-σ.

Црната дупка во галактичкиот центар на Млечниот Пат[уреди | уреди извор]

Преклопените орбити на 6 ѕвезди околу кандидатот за супермасивна црна дупка Стрелец A* во галактичкиот центар на Млечниот Пат.[12]

Астрономите се уверени дека нашата галаксија Млечен Пат поседува супермасивна црна во центарот, 26.000 сг. од Сончевиот систем, во областа наречена Стрелец A*[13] бидејќи:

  • ѕвездата Ѕ2 се двиќи по елиптична орбита со период од 15,2 години и периапсида (најблиско растојание) од 17 светлински часови (1.8×1013 м или 120 ае.) од центарот на централниот објект.[14]
  • од движењето на ѕвездата Ѕ2, масата на објектот се проценува дека изнесува 4,1 милион сончеви маси,[15][16] или околу 8.2×1036 kg.
  • Полупречникот на централниот објект мора да биде помал од 17 светлински часови, бидејќи во спротивност, Ѕ2 ќе се судри со објектот. Како факт, неодамнешните набљудувања[17] покажале дека полупречникот не е поголем од 6,25 светлински часови, колку што изнесува пречникот на орбитата на Уран. Сепак, сп примена на равенката за Шварцшилдовиот полупречник се добиваат околу 41 светлосна секунда, што пак е во согласност со потребната брзина за напуштање која е еднакав ана брзината на светлината.
  • Ниеден познат астрономски објект освен црна дупка може да има маса од 4,1 милион сончеви маси во овој волуменски простор.

Макс Планковиот институт за екстратерстријална физика и Галактичката централна група од Лос Анџелесовиот универзитет на Калифорнија[18] го имаат обезбедено најсилниот доказ до сега дека Стрелец A* е местото на супермасивна црна дупка,[13] засновано на податоците добиени од телскопт на ЕВА наречен Многу голем телескоп[19] и Кековиот телескоп.[20]

Супермасивни црни дупки надвор од Млечниот Пат[уреди | уреди извор]

Поврзано: Список на најмасивни црни дупки
Артистички приказ на околината на супермасивна црна дупка во NGC 3783[21]

Непобитен динамички доказ за супермасивните дупки постои само во само мал број на галаксии,[22] тука спаѓаат Млечниот Пат, галаксиите од Месната груп М31 и М32, и неколку галаксии надвор од Месната група како на пример NGC 4395. Кај овие галаксии, квадратот на брзините на ѕвездите или гасот се зголемува со однос ~1/r во близина на центарот, што означува присуство на тежишна маса. Кај сите галаксии досега набљудувани, брзините се рамни, или пак истите се намалуваат, кон центарот, укажувајќи дека е невозможно да постои супермасивна црна дупка.[22] Nevertheless it is commonly accepted that the center of nearly every galaxy contains a supermassive black hole.[23] Причината за оваа претпоставка е односот M-σ, тесен однос меѓу масата на црната дупка во ~10 галаксии со точно определени особености, и брзината на расејувањето на ѕвездите во испакнатината на тие галаксии.[24] Овој сооднос, иако е заснован на мал број на галаксии, наведува многу астрономи да забележат силна поврзаност на создавањето на црната дупка и самата галаксија.[23]

Блиската галаксија Андромеда, на растојание од 2,5 милиони сг., содржи централна црна дупка со маса од (1,1–2,3) × 108 (110-230 милиони) сончеви маси, значително поголема од онаа во Млечниот Пат.[25] Најголемата супермасивна црна дупка во близина на Млечниот Пат е онаа на М87, која има маса од (6,4 ± 0,5) × 109 (~6,4 милијарди) сончеви маси на растојание од 53,5 милиони сг.[26][27] На 5 декември 2011 година астрономите ја забележале досега најмасивната супермасивна црна дупка, станува збор за NGC 4889, која има маса од 21 милијарда сончеви маси и оваа галаксија е на растојание од 336 милиони сг во соѕвездието Береникина Коса.[28]

Некои галаксии, како што е Галаксија 0402+379, имаат по две супермасивни црни дупкиво нивните центри, со што се создава двоен систем. Доколку истите се судрат, настанот ќе создаде силни гравитациони бранови.[29] Двојните супермасивни црни дупки се верува дека се честа последица од галактичките спојувања.[30] Парот во OJ 287, на растојание од 3,5 милијарди сг., го содржи претходникот на најмасивната црна дупка (пред откритието во NGC 4889 [31]), со маса која се проценува на 18 милијарди сончеви маси.[32] Супермасивна црна дупка е неодамна забележана во џуџестата галаксија Henize 2-10, која нема испакнатост. Прецизните дејства на ова откритие на создавањето на црните дупки е непознато, но може да покаже дека црните дупки се создадени пред создавањето на испакнатоста.[33]

На 28 март 2011 година, беше забележано како супермасивна црна дупка растргнува средноголема ѕвезда.[34] Тоа е според астрономите, наједноставното објасбување за неочекуваното рендгенско зрачење на тој ден и последователните широкопојасни набљудувања.[35][36] Изворот пред тоа беше неактивно галактичко јадро, и од проучувањето на избликот за галактичкото јадро се смета дека е супермасивна црна дупка со маса од околу милион сончеви маси. Оваа редок настан се претпоставува дека е релативистички изблик (материјал кој е исфрлен како млаз со значителна брзина која е со мала разлика во однос на брзината на светлината) од ѕвездата која е плимно разорена од супермасивната црна дупка. Се смета дека значителен дел со маса од една сончева маса ќе акрецира околу супермасивната црна дупка. Подоцнежните долго-периодични набљудувања ќе овозможат оваа претпоставка да се потврди доколку оддавањето од млазовите се распадне како што се очекува масата која акрецира околу супермасивната црна дупка.

Во 2012 година, астрономите забележаа неверојатно голема маса од 17 милијарди сончеви маси за црна дупка во компактната, леќеста галаксија NGC 1277, која се наоѓа на растојание од 220 милиони сг. во соѕвездието Персеј. Оваа црна дупка поседува 59% од масата на испакнатоста кај оваа леќеста галаксија (14% од вкупата маса на глаксијата).[37] Друго прочување пак дошло до други податоци: всушност дека оваа црна дупка не е супермасивна, туку се проценува дека има меѓу 2 и 5 милијарди сончеви маси што и всушнос е најверојатната маса.[38] На 28 февруари 2013 година астрономите го измериле синот на супермасивната црна дупка за првпат со употреба на NuSTAR, со што хоризонтот на случувањето се вртио со брзина приближна на брзината на светлината.[39]

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. Chandra :: Photo Album :: RX J1242-11 :: 18 Feb 04
  2. Antonucci, R.. Unified Models for Active Galactic Nuclei and Quasars. „Annual Reviews in Astronomy and Astrophysics“ том  31 (1): 473–521. doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.002353. Bibcode1993ARA&A..31..473A. 
  3. Urry, C.; Padovani, P.. Unified Schemes for Radio-Loud Active Galactic Nuclei. „Publications of the Astronomical Society of the Pacific“ том  107: 803–845. doi:10.1086/133630. Bibcode1995PASP..107..803U. 
  4. Schödel, R.; et al.. A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. „Nature“ том  419 (6908): 694–696. doi:10.1038/nature01121. PMID 12384690. Bibcode2002Natur.419..694S. 
  5. Celotti, A.; Miller, J.C.; Sciama, D.W.. Astrophysical evidence for the existence of black holes. „Class. Quant. Grav.“ том  16 (12A): A3–A21. doi:10.1088/0264-9381/16/12A/301. 
  6. Melia 2007, p. 2
  7. Begelman, M. C.; et al. (јуни 2006 г). Formation of supermassive black holes by direct collapse in pre-galactic haloed. „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ том  370 (1): 289–298. doi:10.1111/j.1365-2966.2006.10467.x. Bibcode2006MNRAS.370..289B. 
  8. Spitzer, L. (1987). Dynamical Evolution of Globular Clusters. Princeton University Press. ISBN 0-691-08309-6. 
  9. Biggest Black Hole Blast Discovered“ (конс. 28 ноември 2012 г).
  10. Winter, L.M.; et al. (октомври 2006 г). XMM-Newton Archival Study of the ULX Population in Nearby Galaxies. „Astrophysical Journal“ том  649 (2): 730–752. doi:10.1086/506579. Bibcode2006ApJ...649..730W. 
  11. Gultekin K, et al.. The M and M-L Relations in Galactic Bulges, and Determinations of Their Intrinsic Scatter. „The Astrophysical Journal“ том  698 (1): 198–221. doi:10.1088/0004-637X/698/1/198. Bibcode2009ApJ...698..198G. 
  12. "SINFONI in the Galactic Center: Young Stars and Infrared Flares in the Central Light-Month" by Eisenhauer et al, The Astrophysical Journal, 628:246-259, 2005
  13. 13,0 13,1 Henderson, Mark. „Astronomers confirm black hole at the heart of the Milky Way“, Times Online, 9 декември 2008 (конс. 17 мај 2009 г).
  14. Schödel, R.; et al. (17 октомври 2002 г). A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. „Nature“ том  419 (6908): 694–696. doi:10.1038/nature01121. PMID 12384690. Bibcode2002Natur.419..694S. 
  15. Ghez, A. M.; et al.. Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits. „Astrophysical Journal“ том  689 (2): 1044–1062. doi:10.1086/592738. Bibcode2008ApJ...689.1044G. 
  16. Milky Way's Central Monster Measured
  17. Ghez, A. M.; Salim, S.; Hornstein, S. D.; Tanner, A.; Lu, J. R.; Morris, M.; Becklin, E. E.; Duchêne, G. (мај 2005 г). Stellar Orbits around the Galactic Center Black Hole. „The Astrophysical Journal“ том  620 (2): 744–757. doi:10.1086/427175. Bibcode2005ApJ...620..744G. 
  18. UCLA Galactic Center Group
  19. ESO - 2002
  20. „| W. M. Keck Observatory“. Keckobservatory.org. http://www.keckobservatory.org/news/old_pages/andreaghez.html. конс. 14 јули 2013 г. 
  21. Dusty Surprise Around Giant Black Hole“ (конс. 21 јуни 2013 г).
  22. 22,0 22,1 Merritt, David (2013). Dynamics and Evolution of Galactic Nuclei. Princeton, NJ: Princeton University Press. стр. 23. ISBN 9780691158600. http://press.princeton.edu/titles/10040.html. 
  23. 23,0 23,1 King, Andrew (15 септември 2003 г). Black Holes, Galaxy Formation, and the MBH-σ Relation. „The Astrophysical Journal Letters“ том  596: L27–L29. doi:10.1086/379143. Bibcode2003ApJ...596L..27K. 
  24. Ferrarese, Laura; Merritt, David (10 август 2000 г). A Fundamental Relation between Supermassive Black Holes and Their Host Galaxies. „The Astrophysical Journal“ (The American Astronomical Society) том  539 (1): L9–12. doi:10.1086/312838. Bibcode2000ApJ...539L...9F. 
  25. Bender, Ralf; et al. (20 септември 2005 г). HST STIS Spectroscopy of the Triple Nucleus of M31: Two Nested Disks in Keplerian Rotation around a Supermassive Black Hole. „The Astrophysical Journal“ том  631 (1): 280–300. doi:10.1086/432434. Bibcode2005ApJ...631..280B. 
  26. Gebhardt, Karl; Thomas, Jens (август 2009 г). The Black Hole Mass, Stellar Mass-to-Light Ratio, and Dark Halo in M87. „The Astrophysical Journal“ том  700 (2): 1690–1701. doi:10.1088/0004-637X/700/2/1690. Bibcode2009ApJ...700.1690G. 
  27. Macchetto, F.; Marconi, A.; Axon, D. J.; Capetti, A.; Sparks, W.; Crane, P. (ноември 1997 г). The Supermassive Black Hole of M87 and the Kinematics of Its Associated Gaseous Disk. „Astrophysical Journal“ том  489 (2): 579. doi:10.1086/304823. Bibcode1997ApJ...489..579M. 
  28. Overbye, Dennis. „Astronomers Find Biggest Black Holes Yet“, „The New York Times“, 5 декември 2011.
  29. Major, Jason. „Watch what happens when two supermassive black holes collide“. Universe today. http://io9.com/5948688/watch-what-happens-when-two-supermassive-black-holes-collide. конс. 4 јуни 2013 г. 
  30. D. Merritt and M. Milosavljevic (2005). "Massive Black Hole Binary Evolution." http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2005-8/
  31. Two most massive black holes as of December 2011
  32. Shiga, David. „Biggest black hole in the cosmos discovered“, NewScientist.com news service, 10 јануари 2008.
  33. Kaufman, Rachel. „Huge Black Hole Found in Dwarf Galaxy“, „National Geographic“, 10 јануари 2011 (конс. 1 јуни 2011 г).
  34. Astronomers catch first glimpse of star being consumed by black hole“, „The Sydney Morning Herald“, 26 август 2011.
  35. Burrows, D. N.; Kennea, J. A.; Ghisellini, G.; Mangano, V.; 'et al.'. Relativistic jet activity from the tidal disruption of a star by a massive black hole. „Nature“ том  476 (7361): 421–424. doi:10.1038/nature10374. Bibcode2011Natur.476..421B. http://adsabs.harvard.edu/abs/2011Natur.476..421B. 
  36. Zauderer, B. A.; Berger, E.; Soderberg, A. M.; Loeb, A.; 'et al.'. Birth of a relativistic outflow in the unusual γ-ray transient Swift J164449.3+573451. „Nature“ том  476 (7361): 425–428. doi:10.1038/nature10366. Bibcode2011Natur.476..425Z. http://adsabs.harvard.edu/abs/2011Natur.476..425Z. 
  37. Remco C. E. van den Bosch, Karl Gebhardt, Kayhan Gültekin, Glenn van de Ven, Arjen van der Wel, Jonelle L. Walsh, An over-massive black hole in the compact lenticular galaxy NGC 1277, Nature 491, pp. 729–731 (29 November 2012) doi:10.1038/nature11592, published online 28 November 2012
  38. Emsellem, Eric. Is the black hole in NGC 1277 really overmassive?. „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ том  433 (3): 1862–1870. doi:10.1093/mnras/stt840. Bibcode2013MNRAS.433.1862E. http://adsabs.harvard.edu/abs/2013MNRAS.433.1862E. конс. 31 август 2013 г. 
  39. http://www.nature.com/nature/journal/v494/n7438/full/494432a.html

Надворешни врски[уреди | уреди извор]