Ciemna materia w czarnych dziurach?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W dobie niezmiennie ciekawych odkryć, szczególnie związanych z JWST, wracamy do fundamentalnych pytań dotyczących początków Wszechświata. W odległości 12,8 miliardów lat świetlnych od Ziemi znajduje się czarna dziura o masie około miliarda mas Słońca. Powstała zatem w czasie krótszym niż miliard lat po Wielkim Wybuchu. Dziurę odkryto przed dwoma laty, a dzięki teleskopowi Chandra wiemy, że zasila ona kwazar RACS J0320-35. Chandra pozwolił też stwierdzić, że czarna dziura rośnie w rekordowo szybkim tempie.
Gdy materia opada na czarną dziurę, jest podgrzewana i pojawia się intensywne promieniowanie w szerokim zakresie. Promieniowanie to wywiera ciśnienie na opadający materiał. Gdy tempo opadania materii osiągnie wartość krytyczną, ciśnienie promieniowania równoważy grawitację czarnej dziury i materiał nie może już na nią szybko opadać. Ta wartość krytyczna nazywana została granicą Eddingtona.
Naukowcy uważają obecnie, że czarne dziury przybierające na masie wolniej niż pozwala granica Eddingtona muszą rozpocząć swoje istnienie jako obiekty o około 10 000 mas Słońca lub więcej, by w ciągu miliarda lat po Wielkim Wybuchu osiągnąć masę miliard razy większą od naszej gwiazdy. Żeby jednak czarna dziura rozpoczęła swoje istnienie od tak dużej masy, musiałaby powstać w wyniku rzadko zachodzącego procesu zapadnięcia się wielkiej chmury gęstego gazu zawierającego niezwykle małe ilości pierwiastków cięższych od helu.
Jeśli jednak RACS J0320-35 rzeczywiście rośnie w tempie 2,4-krotnie przekraczającym granicę Eddingtona – jak na to wskazują badania – i jeśli proces ten zachodzi przez dłuższy czas, to czarna dziura mogła powstać w bardziej typowy sposób, wskutek zapadnięcia się masywnej gwiazdy o masie nie przekraczającej 100 Słońc.
Znając masę czarnej dziury i tempo jej rośnięcia, naukowcy są w stanie obliczyć, jaką miała masę, gdy powstała. To z kolei pozwala na testowanie różnych teorii dotyczących powstawania czarnych dziur. W przypadku RACS J0320-35 naukowcy porównali modele teoretyczne z danymi z Chandry dotyczącymi promieniowania rentgenowskiego. Okazało się, że uzyskane przez teleskop spektrum promieniowania rentgenowskiego wskazuje, że czarna dziura rośnie szybciej niż granica Eddingtona, a znajduje to potwierdzenie w spektrum w zakresie widzialnym i podczerwieni.
Tego typu badania przybliżają nas do rozwiązania zagadki dotyczącej powstania pierwszego pokolenia czarnych dziur. Inną tajemnicą, do rozwikłania której się zbliżyliśmy, było zauważenie dżetów cząstek uciekających od czarnej dziury z prędkością światła. Tego typu dżety są rzadko obserwowane w przypadku kwazarów, a to może oznaczać, że szybko rosnąca czarna dziura może mieć z nimi coś wspólnego.
Artykuł X-Ray Investigation of Possible Super-Eddington Accretion in a Radio-loud Quasar at z = 6.13 został opublikowany na łamach The Astrophysical Journal Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół, kierowany przez naukowców z University of Texas w Austin, zidentyfikował najbardziej odległą i najstarszą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek potwierdzono obserwacyjnie. Dziura i jej macierzysta galaktyka CAPERS-LRD-z9, istniały zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu, 13,3 miliarda lat temu.
Odkrycia dokonano za pomocą teleskopu Jamesa Webba (JWST) w ramach programu CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey), którego celem jest identyfikacja i analiza najodleglejszych galaktyk. Kluczowe było zastosowanie spektroskopii, pozwalającej na rozszczepienie światła na poszczególne długości fal i wykrycie charakterystycznych przesunięć widma, wywołanych ruchem gazu wokół czarnej dziury. Dzięki temu astronomowie wykryli gaz poruszający się z prędkością ponad 3500 km/s. To sygnał wskazujący na istnienie aktywnego jądra galaktycznego. Zauważono je przy przesunięciu ku czerwieni z = 9,288.
Galaktyka należy do intrygującej klasy Małych Czerwonych Kropek (Little Red Dots). To odkryte w 2024 roku przez JWST kompaktowe obiekty, które pojawiły się między 0,6 a 1,5 miliarda lat po powstaniu wszechświata. W przypadku CAPERS-LRD-z9 źródłem intensywnego blasku jest supermasywna czarna dziura. Jej masę oszacowano na nawet 300 milionów mas Słońca, co stanowi do połowy masy wszystkich gwiazd w galaktyce.
Modelowanie emisji w zakresie UV i optycznym sugeruje, że czarna dziura jest otoczona gęstym obłokiem neutralnego gazu o gęstości rzędu 1010 cząsteczek wodoru na centymetr sześcienny. Ten gaz, działając jak filtr, nadaje obserwowanej galaktyce charakterystyczny czerwony odcień. Obserwacje wskazują również na małe rozmiary galaktyki, jej średnica to około 1100 lat świetlnych.
Tak masywna czarna dziura w tak młodym Wszechświecie rodzi fundamentalne pytania o mechanizmy ich powstawania. Być może czarne dziury we wczesnym wszechświecie rosły znacznie szybciej, niż zakładają obecne modele, albo też rozpoczynały swoje istnienie od znacznie większej masy.
Więcej na ten temat: CAPERS-LRD-z9: A Gas-enshrouded Little Red Dot Hosting a Broad-line Active Galactic Nucleus at z = 9.288.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ciemna materia, hipotetyczna materia, która ma stanowić 85% masy kosmosu, wciąż nie została znaleziona. Nie wiemy, z czego się składa, a przekonanie o jej istnieniu pochodzi z obserwacji efektów grawitacyjnych, których obecności nie można wyjaśnić zwykłą materią. Dlatego też co jakiś czas pojawiają się hipotezy opisujące, z czego może składać się ciemna materia. Jedną z nich przedstawili właśnie na lamach Physical Review Letters dwaj uczeni z Dartmouth College. Ich zdaniem ciemna materia może być zbudowana z niemal bezmasowych relatywistycznych cząstek, podobnych do światła, które w wyniku zderzeń utworzyły pary, straciły energię, a zyskały olbrzymią masę.
Ciemna materia rozpoczęła istnienie jako niemal bezmasowe relatywistyczne cząstki, niemal jak światło. To całkowita antyteza tego, jak się obecnie postrzega ciemną materię – to zimne grudki nadające masę galaktykom. Nasza teoria próbuje wyjaśnić, jak przeszła ona ze światła do grudek, mówi profesor fizyki i astronomii Robert Caldwell. Jest on współautorem badań przeprowadzonych z magistrantem fizyki i matematyki Guanmingiem Liangiem.
Po Wielkim Wybuchu wszechświat zdominowany był przez gorące szybko poruszające się cząstki podobne do fotonów. W tym chaosie olbrzymia liczba cząstek utworzyła pary. Zgodnie z ich hipotezą, cząstki były przyciągane do sobie dzięki temu, że ich spiny były zwrócone w przeciwnych kierunkach. Utworzone pary schładzały się, a nierównowaga ich spinów prowadziła do gwałtownej utraty energii. W wyniku tego procesu powstały zimne ciężkie cząstki, które utworzyły ciemną materię. Właśnie ten spadek energii, który wyjaśniał przejście z wysokoenergetycznych gorących cząstek do nierównomiernie rozłożonych zimnych grudek, jest najbardziej zaskakującym efektem działania zastosowanego przez uczonych modelu matematycznego.
To przejście fazowe pozwala na wyjaśnienie olbrzymiej ilości ciemnej materii we wszechświecie. Autorzy badań wprowadzają w swojej teorii teoretyczną cząstkę, która miała zainicjować przejście do cząstek ciemnej materii. Jednak nie jest to zjawisko nieznane. Wiadomo, że cząstki subatomowe mogą przechodzić podobne zmiany. Na przykład w niskich temperaturach dwa elektrony mogą utworzyć pary Coopera. Zdaniem Caldwella i Lianga to dowód, że ich hipotetyczne cząstki również mogłyby zostać skondensowane do ciemnej materii.
Poszukaliśmy w nadprzewodnictwie wskazówek, czy pewne interakcje mogą prowadzić do tak gwałtownego spadku energii. Pary Coopera to dowód, że taki mechanizm istnieje, mówi Caldwell. Liang zaś obrazowo porównuje takie przejścia jako zamianę od gorącego espresso do owsianki.
Badacze zapewniają, że ich model matematyczny jest prosty. Na jego podstawie można przypuszczać, że wspomniane cząstki będzie widać w mikrofalowym promieniowaniu tła (CMB). Zdaniem naukowców, można go będzie przetestować już wkrótce, dzięki obecnie prowadzonym i przyszłym badaniom CMB.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W 1878 roku pewien utalentowany muzycznie student fizyki z Uniwersytetu Monachijskiego zapytał swojego wykładowcę, szanowanego profesora von Jolly, czy dobrze wybrał kierunek studiów. Ten odpowiedział mu, że lepiej by zrobił, gdyby studiował muzykę, gdyż fizyka jest niemal w pełni rozwiniętą dziedziną nauki i nie pozostało w niej praktycznie nic do odkrycia. Student nazywał się Max Planck i 20 lat później położył podwaliny pod mechanikę kwantową.
Obecni wykładowcy fizyki z pewnością nie ośmieliliby się powiedzieć studentom, by zajęli się czymś innym. Na pewno zaś nie w kontekście „końca fizyki”. Mogliby raczej powtórzyć za Sokratesem „wiem, że nic nie wiem”. I właśnie o tym traktuje „Ciemna materia i ciemna energia. Tajemnicze 95% wszechświata” Briana Clegga.
Autor zaczyna od koncepcji zaproponowanej przez Arystotelesa i błyskawiczne przeskakuje do początku XX wieku. Nie jest to bowiem książka o historii rozwoju ludzkiej wiedzy na temat wszechświata, a o dziejach naszej niewiedzy. O tym, skąd się wzięła ciemna materia i ciemna energia oraz jak te koncepcje się rozwijały. To niezwykle wciągająca opowieść o naukowcach, ich pracy, odkryciach i sporach. O tym co wiedzą, a co im się wydaje, że wiedzą. A także o tym, jakie psikusy potrafią sprawić gwiazdy, galaktyki, pył międzygalaktyczny i większe struktury w kosmosie. Na jej łamach spotkamy najwybitniejsze nazwiska fizyki – wspomnianego już Plancka, Zwicky'ego, Hoyle'a, Einsteina, Hubble'a i innych. Dowiemy się, jak pracowali, co badali i jak budowali nasze obecne wyobrażenie o wszechświecie.
Clegg potrafi wciągnąć czytelnika w opowieść. Dzięki niemu możemy lepiej zrozumieć nie tylko koncepcje ciemnej materii i ciemnej energii, ale też dowiedzieć się, jak niezwykle skomplikowane problemy stoją przed kosmologią i czemu służą niesamowite instrumenty badawcze, których nigdy zbyt wiele.
I gdy już czytelnikowi wydaje się, że zaczął rozumieć, gdy rwie się, by dowiedzieć się jeszcze więcej o ciemnej materii i ciemnej energii, Clegg – niczym obuchem – wali go w głowę MOND-em. Bo... może ciemna materia i energia nie istnieją? Sprawdźcie zresztą sami.
Książka „Ciemna materia i ciemna energia. Tajemnicze 95% wszechświata” Briana Clegga miała wczoraj premierę. Wydał ją Helion, a my zostaliśmy jej patronem medialnym. Teraz możecie ją kupić z 20-procentowym rabatem.
-
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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.