Szupernehéz fekete lyuk -Supermassive black hole

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Ez az első közvetlen kép egy szupermasszív fekete lyukról, amely a Messier 87 galaktikus magjában található . Az objektum körül keringő fűtött akkréciós gyűrű rádióhullám- kibocsátását mutatja átlagosan350 AU, vagyis tízszer nagyobb, mint a Neptunusz Nap körüli pályája. A sötét középpont az eseményhorizont és annak árnyéka. A képet 2019-ben tette közzé az Event Horizon Telescope Collaboration.

A szupermasszív fekete lyuk ( SMBH vagy néha SBH ) a fekete lyukak legnagyobb típusa, tömege a Nap tömegének millió -milliárdszorosa ( M ). A fekete lyukak a csillagászati ​​objektumok egy osztálya, amelyek gravitációs összeomláson estek át, és az űr gömbölyű régióit hagyták maguk után, ahonnan semmi sem tud kiszabadulni, még a fény sem . A megfigyelések azt mutatják, hogy szinte minden nagy galaxis közepén szupermasszív fekete lyuk található. Például a Tejútrendszer galaktikus központjában van egy szupermasszív fekete lyuk, amely megfelel a Sagittarius A* rádióforrásnak . A csillagközi gáz szupermasszív fekete lyukakba való felhalmozódása az a folyamat, amely az aktív galaktikus atommagok és kvazárok táplálásáért felelős .

Az Event Horizon Telescope közvetlenül két szupermasszív fekete lyukat rögzített: a Messier 87 elliptikus galaxisban lévő fekete lyukat és a Tejútrendszer közepén lévő fekete lyukat .

Leírás

A szupermasszív fekete lyukak klasszikus meghatározása szerint olyan fekete lyukak, amelyek tömege 0,1–1 millió M . Egyes csillagászok megkezdték a legalább 10 milliárd M méretű fekete lyukakat ultramasszív fekete lyukaknak. Ezek többsége (például a TON 618 ) kivételesen energikus kvazárokhoz kapcsolódik. Még a nagyobbakat is elképesztően nagy fekete lyukaknak (SLAB) nevezték el, amelyek tömege meghaladja a 100 milliárd M . Bár megjegyezték, jelenleg nincs bizonyíték arra, hogy a bámulatos nagy fekete lyukak valódiak, megjegyezték, hogy léteznek majdnem ekkora szupermasszív fekete lyukak. Egyes tanulmányok azt sugallják, hogy a maximális tömeg, amelyet egy fekete lyuk elérhet, miközben fényfeltöltők, körülbelül 50 milliárd M ☉ nagyságrendű .

A szupermasszív fekete lyukak olyan fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek egyértelműen megkülönböztetik őket a kisebb tömegű besorolásoktól. Először is, az eseményhorizont közelében az árapály-erők jelentősen gyengébbek a szupermasszív fekete lyukak esetében. A fekete lyuk eseményhorizontjában lévő testre ható árapályerő fordítottan arányos a fekete lyuk tömegének négyzetével: egy ember egy 10 millió M fekete lyuk eseményhorizontjában körülbelül ugyanolyan árapályerőt tapasztal a feje és a lába között, mint egy ember a föld felszínén. Ellentétben a csillagtömegű fekete lyukakkal, az ember csak akkor tapasztal jelentős árapályerőt, ha nagyon mélyen behatol a fekete lyukba. Ezenkívül némileg ellentmondó megjegyezni, hogy az SMBH átlagos sűrűsége az eseményhorizonton belül (amelyet a fekete lyuk tömege osztva a Schwarzschild-sugáron belüli tér térfogatával ) kisebb lehet, mint a víz sűrűsége . Ennek az az oka, hogy a Schwarzschild-sugár egyenesen arányos a tömegével . Mivel egy gömb alakú objektum térfogata (például egy nem forgó fekete lyuk eseményhorizontja) egyenesen arányos a sugár kockájával, a fekete lyuk sűrűsége fordítottan arányos a tömeg négyzetével, így nagyobb. a tömeges fekete lyukak átlagos sűrűsége kisebb .

Egy ~1 milliárd M ☉ méretű (nem forgó) szupermasszív fekete lyuk eseményhorizontjának Schwarzschild-sugara összevethető az Uránusz bolygó pályájának fél-főtengelyével, amely 19 AU .

Kutatástörténet

A szupermasszív fekete lyukak megtalálásának története a 3C 273 rádióforrás Maarten Schmidt által végzett vizsgálatával kezdődött 1963-ban. Kezdetben azt hitték, hogy ez egy csillag, de a spektrum rejtélyesnek bizonyult. Megállapították, hogy hidrogénkibocsátási vonalakról van szó, amelyek vörös eltolódást mutattak, jelezve, hogy az objektum távolodik a Földtől. A Hubble-törvény azt mutatta, hogy az objektum több milliárd fényévnyire található, és így több száz galaxis energiáját kell kibocsátania. A kvázi-csillagobjektumnak vagy kvazárnak nevezett forrás fényváltozási sebessége azt sugallta, hogy a kibocsátó terület átmérője egy parszek vagy annál kisebb volt. 1964-ig négy ilyen forrást azonosítottak.

1963-ban Fred Hoyle és WA Fowler a hidrogénégető szupermasszív csillagok (SMS) létezését javasolta a kvazárok kompakt méretének és nagy energiateljesítményének magyarázataként. Ezek tömege körülbelül 10 5 – 10 9 M . Richard Feynman azonban megjegyezte, hogy egy bizonyos kritikus tömeg feletti csillagok dinamikusan instabilak, és fekete lyukká omlanak össze, legalábbis ha nem forognának. Fowler ezután azt javasolta, hogy ezek a szupermasszív csillagok egy sor összeomláson és robbanáson mennek keresztül, ami megmagyarázza az energiakibocsátási mintát. Appenzeller és Fricke (1972) modelleket építettek erre a viselkedésre, de megállapították, hogy a létrejövő csillag még mindig összeomlik, és arra a következtetésre jutott, hogy egy nem forgó csillag0,75 × 10 6 M SMS "nem tudja elkerülni az összeomlást egy fekete lyukba úgy, hogy elégeti a hidrogént a CNO cikluson keresztül ".

Edwin E. Salpeter és Yakov Zeldovich 1964-ben azt a javaslatot tette, hogy egy hatalmas, kompakt objektumra eső anyag magyarázza a kvazárok tulajdonságait. Körülbelül 10 8 M tömegre lenne szükség ahhoz, hogy megfeleljen ezen objektumok kimenetének. Donald Lynden-Bell 1969-ben megjegyezte, hogy a beáramló gáz lapos korongot képez, amely spirálisan a központi " Schwarzschild-torokba " torkollik. Megjegyezte, hogy a közeli galaktikus magok viszonylag alacsony teljesítménye azt sugallja, hogy ezek régi, inaktív kvazárok. Eközben 1967-ben Martin Ryle és Malcolm Longair azt javasolta, hogy a galaktikuson kívüli rádiósugárzás szinte minden forrása megmagyarázható egy olyan modellel, amelyben a részecskék relativisztikus sebességgel kilökődnek ki a galaxisokból ; vagyis közel a fénysebességhez mozognak . Martin Ryle, Malcolm Longair és Peter Scheuer 1973-ban azt javasolta, hogy a kompakt központi mag lehet az eredeti energiaforrás ezeknek a relativisztikus sugárhajtásoknak .

Arthur M. Wolfe és Geoffrey Burbidge 1970-ben megjegyezte, hogy az elliptikus galaxisok nukleáris tartományában a csillagok nagy sebesség-szóródása csak a magban lévő nagy tömegkoncentrációval magyarázható; nagyobb, mint amit a közönséges csillagok meg tudnának magyarázni. Kimutatták, hogy a viselkedés egy hatalmas, akár 10 10 M tömegű fekete lyukkal, vagy nagyszámú kisebb, 10 3 M alatti tömegű fekete lyukkal magyarázható . Dinamikus bizonyítékot találtak egy hatalmas, sötét objektumra a Messier 87 aktív elliptikus galaxis magjában 1978-ban, az eredeti becslések szerint5 × 10 9 M . Hamarosan más galaxisokban is hasonló viselkedést fedeztek fel, beleértve az Androméda-galaxist 1984-ben és a Sombrero-galaxist 1988-ban.

Donald Lynden-Bell és Martin Rees 1971-ben feltételezték, hogy a Tejútrendszer középpontjában egy hatalmas fekete lyuk található. A Sagittarius A*-t Bruce Balick és Robert Brown csillagászok fedezték fel és nevezték el 1974. február 13-án és 15-én a National Radio Astronomy Observatory Green Bank interferométerével . Felfedeztek egy rádióforrást, amely szinkrotron sugárzást bocsát ki ; sűrűnek és mozdulatlannak találták a gravitációja miatt. Ez volt tehát az első jele annak, hogy szupermasszív fekete lyuk létezik a Tejútrendszer közepén.

Az 1990-ben felbocsátott Hubble Űrteleszkóp biztosította a galaktikus atommagok finomabb megfigyeléséhez szükséges felbontást. 1994-ben a Hubble-on található Faint Object Spectrograph segítségével megfigyelték a Messier 87-et, és azt találták, hogy az ionizált gáz ±500 km/s sebességgel kering a mag központi részén. Az adatok koncentrált tömeget jeleztek(2,4 ± 0,7) × 10 9 M a0,25 fesztávolság, ami határozott bizonyítéka egy szupermasszív fekete lyuk létezésének. A Very Long Baseline Array segítségével a Messier 106 megfigyelésére Miyoshi et al. (1995) be tudták bizonyítani, hogy ebben a galaxisban egy H 2 O maser emissziója a magban lévő gáznemű korongból származik, amely egy koncentrált tömeg körül kering.3,6 × 10 7 M , amely 0,13 parszek sugárra volt korlátozva. Úttörő kutatásaik megállapították, hogy a naptömegű fekete lyukakból álló raj ekkora sugarú körön belül nem élne túl sokáig ütközések nélkül, így egy szupermasszív fekete lyuk az egyetlen életképes jelölt. A szupermasszív fekete lyukak első megerősítését jelentő megfigyelést kísérte az MCG-6-30-15 galaxis nagymértékben kiszélesedett, ionizált vas Kα emissziós vonalának (6,4 keV) felfedezése. A kiszélesedés a fény gravitációs vöröseltolódása miatt következett be, mivel mindössze 3-10 Schwarzschild-sugárnyira került ki a fekete lyukból.

2019. április 10-én az Event Horizon Telescope együttműködés keretében megjelent az első horizont léptékű kép egy fekete lyukról, amely a Messier 87 galaxis közepén található.

2020 februárjában a csillagászok arról számoltak be, hogy az Ophiuchus szuperhalmazban egy szupermasszív fekete lyukból származó üreg az Univerzumban az Ősrobbanás óta bekövetkezett legnagyobb ismert robbanás eredménye .

2020 márciusában a csillagászok azt javasolták, hogy további részgyűrűket alakítsanak ki a fotongyűrűből , és egy módot javasoltak ezeknek a szignatúráknak az első fekete lyuk képén való jobb észlelésére.

Képződés

Egy művész elképzelése egy szupermasszív fekete lyukról, amelyet akkréciós korong vesz körül, és relativisztikus sugárt bocsát ki

A szupermasszív fekete lyukak eredete továbbra is nyitott kutatási terület. Az asztrofizikusok egyetértenek abban, hogy a fekete lyukak az anyag felszaporodásával és más fekete lyukakkal való egyesüléssel növekedhetnek. Számos hipotézis létezik a szupermasszív fekete lyukak elődjeinek vagy "magjainak" kialakulásának mechanizmusára és kezdeti tömegére vonatkozóan. Függetlenül a fekete lyuk magjának specifikus képződési csatornájától, ha elegendő tömeg van a közelben, felszaporodhat, és közepes tömegű fekete lyukká és esetleg SMBH-vé válhat, ha az akkréciós sebesség továbbra is fennáll.

A korai ősmagok több tíz vagy akár több száz naptömegű fekete lyukak lehetnek, amelyeket a hatalmas csillagok robbanásai hagynak hátra, és az anyag felszaporodásával nőnek. Egy másik modell egy sűrű csillaghalmazt foglal magában, amely magösszeomláson megy keresztül, mivel a rendszer negatív hőkapacitása relativisztikus sebességre hajtja a magban lévő sebesség diszperziót .

Az első csillagok megjelenése előtt a nagy gázfelhők „ kvázi-csillaggá ” omolhattak össze, ami viszont egy körülbelül 20 M ☉ nagyságú fekete lyukká . Ezeket a csillagokat a sötét anyag fényudvarja is létrehozhatta, amely gravitáció hatására hatalmas mennyiségű gázt von be, ami aztán szupermasszív, több tízezer naptömegű csillagokat hozna létre. A "kvázi-csillag" instabillá válik a radiális perturbációkkal szemben, mivel a magjában elektron-pozitron pár képződik, és szupernóva -robbanás nélkül közvetlenül egy fekete lyukba omolhat (ami tömegének nagy részét kilökné, megakadályozva a fekete lyuk olyan gyors növekedését ).

Egy újabb elmélet azt sugallja, hogy az SMBH magvak a nagyon korai univerzumban keletkeztek, mindegyik egy szupermasszív csillag összeomlásából, amelynek tömege körülbelül 100 000 naptömeg.

A nagy, nagy vöröseltolódású fémmentes gázfelhők, ha kellően intenzív Lyman–Werner fotonáram sugározzák be őket, elkerülhetik a lehűlést és a töredezést, így az öngravitáció következtében egyetlen tárgyként összeomlanak . Az összeomló tárgy magja rendkívül nagy, kb. nagyságrendű anyagsűrűségi értékeket ér el10 7 g/cm 3, és általános relativisztikus instabilitást vált ki. Így az objektum közvetlenül egy fekete lyukba omlik, anélkül, hogy kilépne egy csillag vagy egy kvázi csillag köztes fázisából. Ezeknek az objektumoknak a tipikus tömege körülbelül 100 000 M☉, és közvetlen összeomlású fekete lyukaknak nevezik őket .

A művész benyomása az SDSS J1106+1939 kvazárból kilökött hatalmas kiáramlásról
Művész illusztrációja a galaxisról egy szupermasszív fekete lyukból származó fúvókákkal.

Végül az ősfekete lyukak közvetlenül külső nyomás hatására keletkezhettek volna az Ősrobbanás utáni első pillanatokban. Ezeknek az ősfekete lyukaknak több idejük lenne felhalmozódni, mint a fenti modellek bármelyike, így elegendő idejük lenne szupermasszív méretűek eléréséhez. Az első csillagok halálából származó fekete lyukak kialakulását alaposan tanulmányozták, és megfigyelések is alátámasztják. A fekete lyukak képződésének fent felsorolt ​​többi modellje elméleti.

Egy szupermasszív fekete lyuk kialakulásához viszonylag kis térfogatú, kis szögimpulzusú, nagy sűrűségű anyagra van szükség . Normális esetben az akkréció folyamata magában foglalja a nagy kezdeti szögimpulzus kifelé történő szállítását, és úgy tűnik, hogy ez a korlátozó tényező a fekete lyukak növekedésében. Ez az akkréciós korongok elméletének egyik fő összetevője . A gázfelszívódás a fekete lyukak növekedésének leghatékonyabb és legszembetűnőbb módja. Úgy gondolják, hogy a szupermasszív fekete lyukak tömegnövekedésének nagy része a gyors gázfelszaporodás epizódjai révén következik be, amelyek aktív galaktikus atommagok vagy kvazárokként figyelhetők meg. A megfigyelések azt mutatják, hogy a kvazárok sokkal gyakoribbak voltak, amikor az Univerzum fiatalabb volt, ami azt jelzi, hogy szupermasszív fekete lyukak korán keletkeztek és növekedtek. A szupermasszív fekete lyukak kialakulásával kapcsolatos elméletek egyik fő korlátozó tényezője a távoli világító kvazárok megfigyelése, amelyek azt jelzik, hogy több milliárd naptömegű szupermasszív fekete lyukak már akkor keletkeztek, amikor az Univerzum egymilliárd évesnél fiatalabb volt. Ez arra utal, hogy a szupermasszív fekete lyukak nagyon korán keletkeztek az Univerzumban, az első hatalmas galaxisok belsejében.

A művész benyomása a szupermasszív fekete lyukakból szélben született csillagokról.

A szupermasszív fekete lyukak méretének felső határa van. Az úgynevezett ultramasszív fekete lyukak (UMBH-k), amelyek mérete legalább tízszer akkora, mint a legtöbb szupermasszív fekete lyuk, legalább 10 milliárd naptömegnél, úgy tűnik, hogy elméleti felső határa körülbelül 50 milliárd naptömeg, mint bármi, ami e fölött van. lelassítja a növekedést kúszásig (a lassulás általában 10 milliárd naptömeg körül kezdődik), és a fekete lyukat körülvevő instabil akkréciós korongot a körülötte keringő csillagokká egyesíti.

A távoli szupermasszív fekete lyukakat, mint például a J0313–1806 és az ULAS J1342+0928, nehéz megmagyarázni ilyen hamar az Ősrobbanás után. Egyesek azt feltételezik, hogy ezek a sötét anyag közvetlen összeomlásából és önkölcsönhatásból származhatnak. A források egy kisebb része azzal érvel, hogy bizonyítéka lehet annak, hogy az Univerzum egy ősrobbanás helyett egy ősrobbanás eredménye , mivel ezek a szupermasszív fekete lyukak még a nagy visszapattanás előtt keletkeztek.

Aktivitás és galaktikus evolúció

Úgy gondolják, hogy sok galaxis közepén található szupermasszív fekete lyukak gravitációja az aktív objektumokat, például a Seyfert-galaxisokat és a kvazárokat táplálja, és a központi fekete lyuk tömege és a befogadó galaxis tömege közötti kapcsolat a galaxis típusától függ . A szupermasszív fekete lyukak mérete és a galaxis kidudorodásának csillagsebesség- szóródása közötti empirikus összefüggést M–szigma relációnak nevezzük .

Az aktív galaktikus magnak (AGN) ma egy olyan galaktikus magnak tekintik, amely egy hatalmas fekete lyukkal rendelkezik, amely anyag felhalmozódik, és kellően erős fényerővel rendelkezik. A Tejútrendszer nukleáris régiójában például nincs elegendő fényerő ahhoz, hogy ezt a feltételt kielégítse. Az AGN egységes modellje az a koncepció, hogy az AGN taxonómia megfigyelt tulajdonságainak széles skálája kevés fizikai paraméterrel magyarázható. A kezdeti modellnél ezek az értékek az akkréciós korong tóruszának a látóvonalhoz viszonyított szögéből és a forrás fényességéből álltak. Az AGN két fő csoportra osztható: sugárzó üzemmódú AGN, amelyben a kimenet nagy része elektromágneses sugárzás formájában történik egy optikailag vastag akkréciós korongon keresztül, és egy sugárzó üzemmódra, amelyben a relativisztikus sugarak a lemezre merőlegesen lépnek ki.

Az SMBH-t befogadó galaxispárok kölcsönhatása egyesülési eseményekhez vezethet. A tárolt SMBH objektumok dinamikus súrlódása arra készteti őket, hogy az egyesített tömeg közepe felé süllyedjenek, és végül egy kiloparsec alatti távolságú párt alkotnak. Ennek a párnak a kölcsönhatása a környező csillagokkal és gázzal fokozatosan összehozza az SMBH-t egy gravitációsan kötött bináris rendszerré, legfeljebb tíz parszeknyi távolsággal. Amint a pár közel 0,001 parszek, a gravitációs sugárzás hatására összeolvadnak. Mire ez megtörténik, a létrejövő galaxis már rég ellazul az egyesülési eseménytől, a kezdeti csillagrobbanás és az AGN elhalványul. Az összeolvadásból származó gravitációs hullámok akár több ezer km/s sebességnövekedést is adhatnak az így létrejövő SMBH-nak, ami elmozdítja a galaktikus középpontjától, és esetleg ki is löki a galaxisból.

Bizonyíték

Doppler mérések

Egy fekete lyuk oldalnézetének szimulációja ionizált anyag átlátszó toroid gyűrűjével az Sgr A* javasolt modellje szerint . Ezen a képen látható a fekete lyuk mögül érkező fény elhajlásának eredménye, valamint a Doppler-effektusból adódó aszimmetria a gyűrűben lévő anyag rendkívül nagy keringési sebességéből.

A fekete lyukak jelenlétének néhány legjobb bizonyítéka a Doppler-effektus, amely szerint a közeli keringő anyag fénye vörös eltolódást mutat, amikor távolodik, és kék eltolódik, amikor előrehalad. A fekete lyukhoz nagyon közel álló anyagok esetében a keringési sebességnek a fénysebességgel összevethetőnek kell lennie, így a távolodó anyag nagyon halványnak tűnik a haladó anyaghoz képest, ami azt jelenti, hogy a lényegében szimmetrikus korongokkal és gyűrűkkel rendelkező rendszerek erősen aszimmetrikus vizuális megjelenést kapnak. Ezt a hatást lehetővé tették a modern számítógéppel generált képekben, mint például az itt bemutatott példa, amely a Tejútrendszer közepén lévő Sgr A* szupermasszív fekete lyuk valószínű modelljén alapul. A jelenleg elérhető teleszkóptechnológia által biztosított felbontás azonban még mindig nem elegendő az ilyen előrejelzések közvetlen megerősítéséhez.

Amit már sok rendszerben közvetlenül megfigyeltek, az az anyag alacsonyabb, nem relativisztikus sebessége, amely távolabb kering a feltételezett fekete lyukaktól. A közeli galaxisok magjait körülvevő vízmaserek közvetlen Doppler- mérései nagyon gyors Kepleri-mozgást mutattak ki, amely csak akkor lehetséges, ha a középpontban magas az anyagkoncentráció. Jelenleg csak a fekete lyukak ismert objektumok, amelyek elegendő anyagot tudnak pakolni ilyen kis térben, vagy olyan dolgok, amelyek asztrofizikailag rövid időn belül fekete lyukakká fejlődnek. A távolabbi aktív galaxisok esetében a széles spektrumvonalak szélessége felhasználható az eseményhorizont közelében keringő gáz vizsgálatára. A visszhang-térképezés technikája ezen vonalak változékonyságát használja az aktív galaxisokat hajtó fekete lyuk tömegének és esetleg spinjének mérésére.

A Tejútrendszerben

6 csillag kikövetkeztetett keringése a szupermasszív fekete lyuk jelölt Sagittarius A* körül a Tejútrendszer galaktikus központjában

A csillagászok biztosak abban, hogy a Tejútrendszer- galaxis közepén egy szupermasszív fekete lyuk található, 26 000 fényévre a Naprendszertől, a Sagittarius A* nevű régióban, mert:

  • Az S2 csillag elliptikus pályán halad, periódusa 15,2 év, kerülete (legközelebbi távolsága) 17 fényóra (1,8 × 10 13 m vagy 120 AU) a központi objektum közepétől.
  • Az S2 csillag mozgása alapján az objektum tömege 4,1 millió M , vagyis kb.8,2 × 10 36 kg .
  • A központi objektum sugarának 17 fényóránál kisebbnek kell lennie, mert különben S2 ütközne vele. Az S14 csillag megfigyelései azt mutatják, hogy a sugara nem haladja meg a 6,25 fényórát, ami körülbelül az Uránusz pályájának átmérője.
  • A fekete lyukon kívül egyetlen ismert csillagászati ​​objektum sem tartalmazhat 4,1 millió M -t ebben a térben.

A Sagittarius A* közelében végzett fényes fáklyák aktivitásának infravörös megfigyelései a plazma orbitális mozgását mutatják, időtartama45 ± 15 perc a jelölt SMBH gravitációs sugarának hat-tízszeres távolságában. Ez a kibocsátás összhangban van egy polarizált "forró pont" körkörös pályájával egy akkréciós korongon, erős mágneses térben. A sugárzó anyag a fénysebesség 30%-ával kering a legbelső, stabil körpályán kívül .

2015. január 5-én a NASA arról számolt be, hogy a Sagittarius A*-ból a szokásosnál 400-szor fényesebb, rekordot jelentő röntgenkitörést észlelt. A szokatlan eseményt a fekete lyukba zuhanó aszteroida széttörése, vagy a Sagittarius A*-ba áramló gázon belüli mágneses erővonalak összefonódása okozhatta csillagászok szerint.

Szokatlanul erős röntgensugár észlelése a Sagittarius A*-ból, egy szupermasszív fekete lyukból a Tejútrendszer közepén .
A Sagittarius A* az Event Horizon Telescope által leképezett .

A Tejúton kívül

A művész benyomása egy szupermasszív fekete lyukról, amely széttép egy csillagot. Lent: szupermasszív fekete lyuk, amely felemészt egy csillagot az RX J1242-11 galaxisban – röntgen (balra) és optikai (jobbra).

A szupermasszív fekete lyukak egyértelmű dinamikus bizonyítékai csak néhány galaxisban léteznek; ezek közé tartozik a Tejútrendszer, az M31 és M32 Helyi Csoport galaxisai, valamint néhány a Helyi Csoporton túli galaxis, pl . az NGC 4395 . Ezekben a galaxisokban a csillagok vagy gázok átlagos négyzetes (vagy effektív) sebessége a középpont közelében 1/ r -rel arányosan emelkedik, ami egy központi ponttömeget jelez. Az összes többi eddig megfigyelt galaxisban az effektív sebesség lapos, vagy akár a középpont felé csökken, ami lehetetlenné teszi annak megállapítását, hogy szupermasszív fekete lyuk van jelen. Mindazonáltal általánosan elfogadott, hogy szinte minden galaxis középpontjában található egy szupermasszív fekete lyuk. Ennek a feltevésnek az oka az M–szigma reláció, amely szoros (alacsony szórás) összefüggés a mintegy 10 biztonságos észleléssel rendelkező galaxisban lévő lyuk tömege és a csillagok sebességdiszperziója között ezeknek a galaxisoknak a dudoraiban. Ez az összefüggés, bár csak néhány galaxison alapul, sok csillagász számára erős kapcsolatot sugall a fekete lyuk kialakulása és maga a galaxis között.

A Hubble Űrteleszkóp felvétele a Messier 87 4400 fényév hosszúságú relativisztikus sugárjáról, amely az anyag által kilökött anyag.6,4 × 10 9 M szupermasszív fekete lyuk a galaxis közepén

A közeli, 2,5 millió fényévnyire lévő Androméda-galaxis tartalmaz egy (1,1–2.3) × 10 8 (110–230 millió) M központi fekete lyuk, lényegesen nagyobb, mint a Tejútrendszer. Úgy tűnik, hogy a Tejútrendszer környékén a legnagyobb szupermasszív fekete lyuk a Messier 87 (azaz M87*) lyuk tömege.(6,4 ± 0,5) × 10 9 (kb. 6,4 milliárd) M 53,5 millió fényév távolságra. Az NGC 4889 szuperóriás elliptikus galaxis, amely 336 millió fényév távolságra, a Coma Berenices csillagképben található, egy fekete lyukat tartalmaz.2,1 × 10 10 (21 milliárd) M .

A kvazárokban lévő fekete lyukak tömege közvetett módszerekkel becsülhető meg, amelyek jelentős bizonytalanságnak vannak kitéve. A TON 618 kvazár egy példa egy rendkívül nagy fekete lyukkal rendelkező objektumra, becslések szerint6,6 × 10 10 (66 milliárd) M . Vöröseltolódása 2,219. A nagy becsült fekete lyuk tömegű kvazárok további példái az APM 08279+5255 hiperfényes kvazár, amelynek becsült tömege kb.2,3 × 10 10 (23 milliárd) M , és az S5 0014+81 kvazár, amelynek tömege4,0 × 10 10 (40 milliárd) M , vagyis a Tejútrendszer Galaktikus Központjában található fekete lyuk tömegének 10 000-szerese.

Egyes galaxisok, például a 4C +37.11 galaxis, úgy tűnik, hogy két szupermasszív fekete lyukkal vannak a központjukban, amelyek kettős rendszert alkotnak . Ha összeütköznek, az esemény erős gravitációs hullámokat hoz létre . A bináris szupermasszív fekete lyukakról úgy tartják, hogy a galaktikus egyesülések gyakori következményei . A 3,5 milliárd fényévre lévő OJ 287 bináris párja tartalmazza a legmasszívabb fekete lyukat, amelynek tömegét 18 milliárd M ☉ becsülik . 2011-ben egy szupermasszív fekete lyukat fedeztek fel a Henize 2-10 törpegalaxisban, amelynek nincs kidudorodása. Ennek a felfedezésnek a fekete lyukak kialakulására gyakorolt ​​pontos következményei nem ismertek, de arra utalhatnak, hogy a fekete lyukak a kidudorodások előtt keletkeztek.

2011. március 28-án egy szupermasszív fekete lyukat láttak széttépni egy közepes méretű csillagot. Ez az egyetlen valószínű magyarázata a hirtelen röntgensugárzás napján történt megfigyeléseknek és az azt követő szélessávú megfigyeléseknek. A forrás korábban egy inaktív galaktikus atommag volt, és a kitörés tanulmányozása alapján a galaktikus mag egymillió naptömeg nagyságrendű SMBH-nak becsülhető. Feltételezik, hogy ez a ritka esemény egy relativisztikus kiáramlás (a fénysebesség jelentős töredékével egy sugársugárban kibocsátott anyag) az SMBH által árapályosan megzavart csillagból. A napenergia tömegének jelentős része várhatóan felhalmozódott az SMBH-ra. A későbbi hosszú távú megfigyelés lehetővé teszi ennek a feltételezésnek a megerősítését, ha a sugárból származó emisszió az SMBH-ra való tömeggyarapodás várható sebességével csökken.

A Föld tömegének többszöröse tömegű gázfelhő egy szupermasszív fekete lyuk felé gyorsul a Tejútrendszer közepén.

2012-ben a csillagászok szokatlanul nagy tömegről számoltak be, körülbelül 17 milliárd M az NGC 1277 kompakt, lencse alakú galaxis fekete lyuk tömegéről, amely 220 millió fényévnyire fekszik tőle a Perszeusz csillagképben . A feltételezett fekete lyuk a lencse alakú galaxis kidudorodásának tömegének körülbelül 59 százaléka (a galaxis teljes csillagtömegének 14 százaléka). Egy másik tanulmány egészen más következtetésre jutott: ez a fekete lyuk nem túl nagy tömegű, a becslések szerint 2 és 5 milliárd M között van, és 5 milliárd M a legvalószínűbb érték. 2013. február 28-án a csillagászok először, az NGC 1365 -ben számoltak be a NuSTAR műhold felhasználásáról egy szupermasszív fekete lyuk forgásának pontos mérésére, és arról számoltak be, hogy az eseményhorizont szinte fénysebességgel forog.


2014 szeptemberében a különböző röntgenteleszkópokból származó adatok kimutatták, hogy a rendkívül kicsi, sűrű, ultrakompakt
M60-UCD1 törpegalaxis középpontjában egy 20 millió naptömegű fekete lyuk található, amely a teljes tömegének több mint 10%-át teszi ki. galaxis. A felfedezés meglehetősen meglepő, mivel a fekete lyuk ötször nagyobb tömegű, mint a Tejútrendszer fekete lyuka, annak ellenére, hogy a galaxis tömege kisebb, mint a Tejútrendszer tömegének ötezrede.

Egyes galaxisok központjában nincsenek szupermasszív fekete lyukak. Bár a legtöbb szupermasszív fekete lyuk nélküli galaxis nagyon kicsi, törpe galaxis, egy felfedezés továbbra is rejtélyes: az A2261-BCG szuperóriás elliptikus cD-galaxisról nem találtak aktív szupermasszív fekete lyukat, annak ellenére, hogy a galaxis az egyik legnagyobb ismert galaxis. ; tízszer akkora és ezerszer akkora, mint a Tejútrendszer. Mivel egy szupermasszív fekete lyuk csak a felszaporodása közben lesz látható, a szupermasszív fekete lyuk szinte láthatatlan lehet, kivéve a csillagpályákra gyakorolt ​​hatásait.

2017 decemberében a csillagászok a jelenleg ismert legtávolabbi kvazár, az ULAS J1342+0928 észleléséről számoltak be, amely a legtávolabbi szupermasszív fekete lyukat tartalmazza, z = 7,54 vöröseltolódás mellett, ami meghaladja a korábban ismert legtávolabbi kvazár 7-es vöröseltolódását. ULAS J1120+0641 .

Szupermasszív fekete lyuk és kisebb fekete lyuk a galaxisban OJ 287
Az OJ 287 galaxisban található nagy és kis fekete lyukak összehasonlítása a Naprendszerrel
Fekete lyuk korong-kitörések a galaxisban OJ 287
(1:22; animáció; 2020. április 28.)
A NeVe 1 szupermasszív fekete lyuk a felelős az Ophiuchus szuperhalmaz kitöréséért – ez a valaha észlelt legenergetikusabb kitörés.
Feladó: Chandra X-ray Observatory

2020 februárjában a csillagászok az Ophiuchus szuperhalmaz kitörésének felfedezéséről számoltak be, amely az ősrobbanás óta a világegyetem legenergetikusabb eseménye . A NeVe 1 galaxisban található Ophiuchus- halmazban fordult elő, amelyet a központi szupermasszív fekete lyuk közel 270 millió naptömegének felhalmozódása okozott. A kitörés körülbelül 100 millió évig tartott, és 5,7 milliószor több energiát szabadított fel, mint a legerősebb ismert gamma-kitörés . A kitörés lökéshullámokat és nagyenergiájú részecskék sugarait bocsátotta ki, amelyek átütték a klaszteren belüli közeget, és mintegy 1,5 millió fényév széles üreget hoztak létre – a Tejút átmérőjének tízszeresét .

2021 februárjában a csillagászok először adtak ki egy nagyon nagy felbontású képet 25 000 aktív szupermasszív fekete lyukról, amelyek az északi égi félteke négy százalékát fedik le, ultraalacsony rádióhullámhosszak alapján, amint azt a Low-Frequency Array detektálta. (LOFAR) Európában.

Hawking-sugárzás

A Hawking-sugárzás olyan feketetest-sugárzás, amelyet az előrejelzések szerint a fekete lyukak bocsátanak ki az eseményhorizont közelében lévő kvantumhatások miatt. Ez a sugárzás csökkenti a fekete lyukak tömegét és energiáját, ezáltal összezsugorodnak és végül eltűnnek. Ha a fekete lyukak Hawking-sugárzás révén elpárolognak, egy szupermasszív fekete lyuk, amelynek tömege 10 11 (100 milliárd) M , körülbelül 2 × 10 100 éven belül elpárolog. Az előrejelzések szerint az univerzum egyes szörnyeteg fekete lyukai a galaxisok szuperhalmazainak összeomlása során tovább nőhetnek 10 14 M ☉ -ig. Még ezek is elpárolognának akár 10 106 éven belül.

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom

Külső linkek

Hallgassa meg ezt a cikket ( 22 perc )
Beszélt Wikipédia ikon
Ez a hangfájl ennek a cikknek a 2017. március 20-i átdolgozásából jött létre, és nem tükrözi a későbbi szerkesztéseket. ( 2017-03-20 )