Ciemna materia w czarnych dziurach?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Czarne dziury od dziesięcioleci fascynują naukowców, pisarzy i zwykłych zjadaczy chleba. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, wszystko, co dostaje się do czarnej dziury opada do jej centrum i zostaje tam zniszczone przez gigantyczną grawitację. Centrum to, zwane osobliwością, to nieskończenie mały punkt, w którym przyspieszenie grawitacyjne jest nieskończone. Tam skupia się cała materia czarnej dziury.
Na łamach Physical Review Letters ukazał się artykuł autorstwa Steffena Gielena z University of Sheffield i Lucíi Menéndez-Pidal z Universidad Complutense de Madrid, którzy stwierdzają, że osobliwość nie oznacza końca, a raczej nowy początek. Tym nowym początkiem mają być białe dziury, w które zmieniają się czarne dziury.
Para uczonych wykorzystała mechanikę kwantową oraz uproszczony teoretyczny model płaskiej dwuwymiarowej czarnej dziury. Od dawna zastanawiano się, czy mechanika kwantowa może zmienić nasze rozumienie czarnych dziur i pozwolić nam zajrzeć w głąb ich prawdziwej natury. Z punktu widzenia mechaniki kwantowej czas nie może się skończyć, gdyż układy ciągle zmieniają się i ewoluują, stwierdza Gielen. Naukowcy pokazali jak, za pomocą praw mechaniki kwantowej, osobliwość wewnątrz czarnej dziury zostaje zastąpiona przez wielki region fluktuacji kwantowych, niewielkich zmian energii, gdzie czas i przestrzeń nie mają końca. W regionie tym czas i przestrzeń zmieniają się w nową fazę, zwaną białą dziurą. To obszar, w którym przestrzeń zaczyna funkcjonować przeciwnie do czarnej dziury. W ten sposób białe dziury mogą być miejscem, gdzie czas się rozpoczyna. O ile czarne dziury wszystko pochłaniają, białe dziury mają wyrzucać z siebie materię, a nawet czas, z powrotem do wszechświata.
O ile, zwykle, czas jest postrzegany zawsze w odniesieniu do obserwatora, w naszych badaniach czas pochodzi od tajemniczej ciemnej energii, która wypełnia wszechświat. Proponujemy, by czas był mierzony przez ciemną energię obecną wszędzie we wszechświecie i odpowiedzialną za jego aktualne rozszerzanie się, dodaje Gielen. W artykule ciemna energia została użyta niemal w roli punktu odniesienia, a czas i energia są uzupełniającymi się bytami.
To jednak dopiero początek. Hipotetycznie może istnieć obserwator – jakiś hipotetyczny byt – który wejdzie do czarnej dziury, przejdzie przez to, co opisujemy jako osobliwość i pojawi się po drugiej stronie białej dziury. To wysoce abstrakcyjne, ale w teorii może się wydarzyć, stwierdza uczony.
Jednak odkładając na bok tego hipotetycznego obserwatora, niezwykle istotnym elementem nowych rozważań jest sugestia, że istnieje głęboka łączność pomiędzy naturą czasu w jego najbardziej podstawowej formie, a ciemną energią, która wypełnia kosmos i rządzi jego rozszerzaniem się. Nowe badania sugerują też inne podejście do prób połączenia grawitacji i mechaniki kwantowej.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej jest bardzo aktywna. Naukowcy z Northwestern University wykorzystali Teleskop Webba do uzyskania najdłuższego i najbardziej szczegółowego obrazu Sagittariusa A*. Dowiedzieli się, że w dysku akrecyjnym wokół dziury bez przerwy mają miejsce rozbłyski. Niektóre z nich to bardzo słabe migotania, trwające sekundy. Inne, potężne i oślepiające, można obserwować codziennie. Są jeszcze inne, niezwykle słabe, które trwają miesiącami.
Nowe odkrycia pozwolą lepiej zrozumieć naturę czarnych dziur i ich interakcje z otoczeniem, a także dynamikę i ewolucję naszej galaktyki. Spodziewamy się, że do rozbłysków dochodzi w pobliżu wszystkich supermasywnych czarnych dziur. Jednak nasza czarna dziura jest unikatowa. Tam się zawsze coś gotuje, zawsze widać jakąś aktywność, wydaje się, że ona nigdy nie jest spokojna. Obserwowaliśmy ją wielokrotnie w 2023 i 2024 roku i przy każdej obserwacji odnotowywaliśmy zmiany. Za każdym razem widzieliśmy coś innego, to naprawdę imponujące. Nic nigdy nie było takie samo, mówi profesor fizyki i astronomii Farhad Yusef-Zadeh, który specjalizuje się w badaniu centrum Drogi Mlecznej.
Uczony wraz z zespołem wykorzystali urządzeni NIRCam na JWST, które może jednocześnie prowadzić obserwacje w dwóch zakresach podczerwieni. W sumie zebrali 48 godzin obserwacji, które prowadzili co 8–10 godzin w ciągu roku. To pozwoliło im na odnotowywanie zmian w czasie. Sgr A* okazała się bardziej aktywna, niż naukowcy się spodziewali. W dysku akrecyjnym ciągle dochodziło do rozbłysków o różnej jasności i czasie trwania. W ciągu doby miało miejsce 5–6 dużych rozbłysków, pomiędzy którymi naukowcy obserwowali rozbłyski mniejsze. W danych widzimy wciąż zmieniającą się, gotującą jasność. I nagle, bum! Wielki rozbłysk. A później się uspokaja. Nie zauważyliśmy żadnego wzorca. Wydaje się, że to proces przypadkowy. Profil aktywności czarnej dziury był za każdym razem inny i niezwykle ekscytujący, dodaje uczony.
Naukowcy nie rozumieją procesów zachodzących w dyskach akrecyjnych czarnych dziur. Profesor Yusef-Zadeh podejrzewa dwa różne mechanizmy. Jeśli dysk przypomina rzekę, to krótkotrwałe słabe rozbłyski są jak niewielki przypadkowe fale, a większe długotrwałe rozbłyski jak fale pływowe powodowane przez bardziej znaczące wydarzenia.
NIRCam pracuje w zakresach 2,1 i 4,8 mikrometrów. Jednym z najbardziej niespodziewanych odkryć było spostrzeżenie, że zjawiska widoczne w krótszym zakresie fal zmieniały jasność na krótko przed wydarzeniami z dłuższego zakresu fal. Po raz pierwszy obserwujemy taką różnicę w czasie podczas obserwacji w tych długościach fali. Obserwowaliśmy je jednocześnie w NIRCam i zauważyliśmy, że dłuższe fale spóźniały się w stosunku do krótszych od niewielką ilość czasu, od kilku sekund do około 40 sekund, dziwi się Yusef-Zadeh.
To opóźnienie dostarcza dodatkowych informacji. Może ono wskazywać, że cząstki w miarę trwania rozbłysku tracą energię, a utrata ta ma miejsce szybciej w krótszych zakresach fali. Takie zmiany mogą zachodzić, gdy cząstki poruszają się po spirali wokół linii pola magnetycznego.
Badacze, chcąc to wyjaśnić, mają nadzieję na przeprowadzenie dłuższych obserwacji. Profesor Yusef-Zadeh już złożył prośbę o zgodę na nieprzerwane wykorzystanie NIRCam przez 24 godziny. Dłuższy czas obserwacji pozwoli na usunięcie z nich zakłóceń i poprawienie rozdzielczości. Gdy obserwuje się tak słabe rozbłyski, trzeba zmagać się z zakłóceniami. Jeśli moglibyśmy prowadzić obserwacje nieprzerwanie przez 24 godziny, moglibyśmy zredukować poziom szumu i zobaczyć szczegóły, których obecnie nie widzimy, wyjaśnia uczony.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Europejski radioteleskop LOFAR (LOw Frequency ARray) – którego stacje znajdują się również w Polsce – zanotował najdłuższą parę dżetów wydobywających się z czarnej dziury. Struktura nazwana Porfyrion – od imienia jednego z gigantów z mitologii greckiej – ma długość 23 milionów lat świetlnych. Dotychczas, na podstawie obserwacji i obliczeń sądzono, że maksymalna długość takich dżetów jest znacznie mniejsza.
Dotychczas sądzono, że limit długości pary dżetów wynosi 4,6–5,0 Mpc (megaparseków). Parsek to 3,26 roku świetlnego, zatem mówimy tutaj o około 16 milionach lat świetlnych. W 2022 roku ten sam zespół naukowy poinformował o istnieniu dżetu wydobywającego się z galaktyki radiowej Alkynoeus. Ma on długość 5 Mpc i był opisywany jako największa struktura pochodzenia galaktycznego. Brak dłuższych par dżetów oraz wyliczenia teoretyczne skłoniły naukowców do wysunięcia hipotezy, że 5 Mpc jest limitem długości.
Informujemy o zaobserwowaniu struktury radiowej rozciągającej się na około 7 Mpc, czytamy na łamach Nature. Istnienie dżetu dowodzi, że tego typu struktury mogą uniknąć zniszczenia przez niestabilności magnetohydrodynamiczne na przestrzeniach kosmologicznych, nawet jeśli powstały w czasie, gdy wszechświat był znacznie bardziej gęsty, niż obecnie. Nie wiadomo, w jaki sposób tak długotrwała stabilność mogła zostać zachowana.
Odkrycie sugeruje też, że gigantyczne dżety mogły odgrywać większą niż sądzono rolę w formowaniu się galaktyk we wczesnym wszechświecie. Astronomowie uważają, że galaktyki i ich czarne dziury wspólnie przechodzą ewolucję, a jednym z kluczowych elementów dżetów jest emitowanie olbrzymich ilości energii, które wpływają na ich galaktyki macierzyste i galaktyki z nimi sąsiadujące. Nasze odkrycie pokazuje, że oddziaływanie takich dżetów rozciąga się na większe odległości, niż sądziliśmy, mówi współautor badań, profesor George Djorgovski z Kalifornijskiego Uniwersytetu Technologicznego.
Autorzy nowych badań wykorzystali LOFAR do poszukiwania olbrzymich dżetów. Dżety to powszechne zjawisko, jednak zwykle są stosunkowo niewielkie. Wcześniej znano setki naprawdę dużych struktur tego typu i uważano, że rzadko one występują. Teraz badacze zarejestrowali ich ponad 10 000. Wielkie dżety były znane wcześniej, ale nie wiedzieliśmy, że jest ich tak dużo, dodaje profesor Martin Hardcastle z University of Hertfordshire.
Poszukiwania olbrzymich dżetów rozpoczęły się od dość przypadkowego spostrzeżenia. W 2018 roku główny autor obecnych badań, Martijn S. S. L. Oei, wraz z zespołem wykorzystał LOFAR do obserwowania włókien rozciągających się pomiędzy galaktykami. Na obrazach naukowcy dostrzegli zaskakująco dużo wielkich dżetów. Nie mieliśmy pojęcia, że jest ich aż tyle, mówi Oei.
Naukowcy zaczęli więc szukać kolejnych wielkich dżetów i trafili na Porfyriona. Poza LOFAR-em wykorzystali kilka innych teleskopów, dzięki którym określili, skąd pochodzi i jak daleko od nas się znajduje. Zauważyli nie tylko, że struktura ta pochodzi ze znacznie wcześniejszych okresów istnienia wszechświata, niż inne. Stwierdzili, że gigant znajduje się w regionie wszechświata, w którym istnieje wiele czarnych dziur tego samego typu, z którego on pochodzi. To aż może wskazywać, że przez astronomami jeszcze wiele podobnych odkryć. Możemy obserwować wierzchołek góry lodowej, mówi Oei.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W jednym z laboratoriów na Imperial College London odtworzono wirujący dysk plazmy, z tych, jakie otaczają czarne dziury i tworzące się gwiazdy. Eksperyment pozwala lepiej modelować procesy, zachodzące w takich dyskach, a naukowcy mają nadzieję, że dzięki temu dowiedzą się, jak rosną czarne dziury i powstają gwiazdy.
Gdy materia zbliża się do czarnej dziury, jest rozgrzewana i staje się plazmą, czwartym stanem materii składającym się z naładowanych jonów i wolnych elektronów. Zaczyna też się obracać, tworząc dysk akrecyjny. W wyniku obrotu powstają siły odśrodkowe odrzucające plazmę na zewnątrz, jednak siły te równoważy grawitacja czarnej dziury.
Naukowcy chcą poznać odpowiedź na pytanie, w jaki sposób czarna dziura rośnie, skoro materia – w formie plazmy – pozostaje na jej orbicie. Najbardziej rozpowszechniona teoria mówi, że niestabilności w polu magnetycznym plazmy prowadzą do pojawienia się tarcia, plazma traci energię i wpada do czarnej dziury.
Dotychczas mechanizm ten badano za pomocą ciekłych wirujących metali. Za ich pomocą sprawdzano, co dzieje się, gdy pojawi się pole magnetyczne. Jednak metale te zamknięte są w rurach, co nie oddaje w pełni swobodnie poruszającej się plazmy.
Doktor Vincente Valenzuela-Villaseca i jego zespół wykorzystali urządzenie Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) do stworzenia wirującego dysku plazmy. Za jego pomocą przyspieszyli osiem strumieni plazmy i doprowadzili do ich zderzenia, w wyniku czego powstała obracająca się kolumna plazmy. Odkryli, że im bliżej środka, tym plazma porusza się szybciej. To ważna cecha dysków akrecyjnych.
MAGPIE generuje krótkie impulsy plazmy, przez co w utworzonym dysku dochodziło tylko do jednego obrotu. Jednak liczbę obrotów będzie można zwiększyć wydłużając czas trwania impulsów plazmy. Przy dłużej istniejących dyskach możliwe będzie też zastosowanie pól magnetycznych i zbadanie ich wpływu na plazmę. Zaczynamy badać dyski akrecyjne w nowy sposób, zarówno za pomocą Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, jak i naszego eksperymentu. Pozwoli nam to przetestować różne teorie i sprawdzić, czy zgadzają się one z obserwacjami, mówi Valenzuela-Villaseca.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Supermasywna czarna dziura, pędząca z prędkością 1 650 000 kilometrów na godzinę, przemieszcza się przez przestrzeń międzygalaktyczną, ciągnąc za sobą gigantyczny ogon gwiazd i materii gwiazdotwórczej. Niezwykły, jedyny taki znany nam obiekt, zauważył przypadkiem Teleskop Kosmiczny Hubble'a.
Za czarną dziurą o masie 20 milionów mas Słońca podąża ogon z nowo narodzonych gwiazd. Ma on długość 200 000 lat świetlnych, jest więc dwukrotnie dłuższy niż średnica Drogi Mlecznej i rozciąga się od czarnej dziury, aż po jej galaktykę macierzystą, z której się wydostała. W ogonie musi znajdować się olbrzymia liczba nowo powstałych gwiazd, gdyż całość ma aż połowę jasności swojej galaktyki macierzystej.
Astronomowie nie są oczywiście w stanie dostrzec samej czarnej dziury, ale widzą skutki jej oddziaływania. Widzą zatem długi ogon gwiazd i materii gwiazdotwórczej, na którego jednym końcu znajduje się oddalona od nas o 7,5 miliarda lat świetlnych galaktyka RCP 28, a na drugim wyjątkowo jasno świecący obszar. Naukowcy przypuszczają, że obszar ten to albo dysk akrecyjny wokół czarnej dziury, albo też gaz, który został podgrzany do wysokich temperatur przez wdzierającą się w niego, pędzącą z olbrzymią prędkością czarną dziurę. Gaz na czele czarnej dziury jest podgrzewany przez falę uderzeniową generowaną przez czarną dziurę pędzącą z prędkością ponaddźwiękową, mówi Pieter van Dokkum z Yale University.
To był całkowity przypadek. Przyglądałem się obrazom z Hubble'a i zobaczyłem niewielką smużkę. Pomyślałem, że to promieniowanie kosmiczne wywołało zaburzenia obrazu. Jednak, gdy wyeliminowaliśmy promieniowanie kosmiczne, smużka nadal nam była. I nie wyglądała jak coś, co wcześniej widzieliśmy, dodaje van Dokkum.
Naukowcy postanowili się bliżej przyjrzeć tajemniczemu zjawisku i wykorzystali spektroskop z W. M. Keck Observatories na Hawajach. Zobaczyli jasną strukturę i po badaniach doszli do wniosku, że została ona utworzona przez supermasywną czarną dziurę, która wydobyła się ze swojej galaktyki.
Zdaniem van Dokkuma i jego zespołu, wyrzucenie czarnej dziury to skutek licznych kolizji. Do pierwszej z nich doszło około 50 milionów lat temu, gdy połączyły się dwie galaktyki. Ich supermasywne czarne dziury utworzyły układ podwójny i zaczęły wirować wokół siebie. Po jakimś czasie doszło do zderzenia z kolejną galaktyką. Ta również zawierała supermasywną czarną dziurę. Utworzył się niestabilny układ trzech czarnych dziur. Około 39 milionów lat temu jedna z nich przejęła część pędu z dwóch pozostałych i została wyrzucona z galaktyki.
Gdy pojedyncza czarna dziura odleciała w jedną stronę, dwie pozostałe krążące wokół siebie czarne dziury zostały odrzucone w drugą stronę. Po przeciwnej stronie galaktyki naukowcy zauważyli bowiem coś, co może być oddalającym się układem dwóch czarnych dziur, a w samym centrum galaktyki nie zauważono obecności żadnej czarnej dziury.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.