Życie wewnątrz czarnych dziur?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
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
Poszukując życia na innych planetach naukowcy skupiają się na wodzie. Jest ona niezbędna dla życia na Ziemi, zatem jej obecność – lub przynajmniej warunki pozwalające na jej obecność – jest uważana za warunek sine qua non możliwości występowania życia na innych planetach. Badacze z MIT, Politechniki Wrocławskiej oraz innych uczelni proponują na łamach PNAS, by za ciała niebieskie zdolne do utrzymania życia uznać też i takie, na których mogą występować ciecze jonowe. A mogą one powstawać w warunkach, w jakich woda w stanie ciekłym nie może istnieć. Jeśli autorzy najnowszych badań mają rację, to liczba potencjalnych miejsc istnienia życia w przestrzeni kosmicznej może być znacznie większa, niż uważamy. Oczywiście nie będzie to takie życie, jakie znamy z Ziemi.
Ciecze jonowe to substancje chemiczne składające się z jonów. To sole, które pozostają w stanie płynnym w temperaturze poniżej 100 stopni Celsjusza. Ciecze takie mają bardzo niską prężność par, co oznacza, że niemal się nie ulatniają.
Z badań, w których brał udział doktor Janusz Pętkowski z Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Wrocławskiej, wynika, że ciecze jonowe mogą z łatwością powstawać ze składników, których obecność jest spodziewana na niektórych planetach i księżycach. Badacze wykazali, że mieszanina kwasu siarkowego i niektórych składników organicznych zawierających azot, prowadzi do utworzenia cieczy jonowej. Kwas siarkowy jest emitowany przez wulkany, a składniki organiczne z azotem wykrywamy na asteroidach czy planetach, więc mogą być szeroko rozpowszechnione.
Jak już wspomnieliśmy, ciecze jonowe mają niską prężność par, mogą powstawać i pozostawać stabilne przy wyższych temperaturach i niższym ciśnieniu atmosferycznym niż woda w stanie ciekłym. Zatem na tych ciałach niebieskich, na których woda nie może powstać lub się utrzymać, mogą istnieć ciecze jonowe. A, jak zauważają badacze, w cieczach takich niektóre biomolekuły – jak pewne białka – mogą być stabilne. Kierująca pracami zespołu badawczego doktor Rachana Agrawal zauważa, że jeśli w poszukiwaniu pozaziemskiego życia uwzględnimy ciecze jonowe, znacząco zwiększymy ekosferę, czyli obszar wokół gwiazd, w którym może istnieć życie.
Badania nad cieczami jonowymi w kontekście istnienia życia rozpoczęto w związku z rozważaniem o obecności życia na Wenus. A raczej w górnych warstwach atmosfery, gdyż na powierzchni planety panuje temperatura rzędu 467 stopni Celsjusza, a ciśnienie atmosferyczne jest 90-krotnie większe niż na powierzchni Ziemi. Bardziej przyjazne warunki panują wśród chmur, w górnych warstwach atmosfery. Nie od dzisiaj mówi się o zorganizowaniu misji badawcza w te regiony.
Chmury na Wenus składają się głównie z kwasu siarkowego. Naukowcy z MIT prowadzą eksperymenty, których celem jest opracowanie technik zbierania i badania próbek podczas misji. Jeśli takie próbki zostałyby zebrane, zbadanie istniejących w nich związków organicznych będzie wymagało najpierw odparowania kwasi siarkowego. Badacze stworzyli więc pracujący przy niskim ciśnieniu układ, w którym odparowywali kwas siarkowy z roztworu kwasu i glicyny. Jednak za każdym razem, gdy usunęli większość kwasu, w urządzeniu pozostawała warstwa cieczy. Uczeni szybko zdali sobie sprawę, że kwas siarkowy przereagował z glicyną, tworząc ciecz jonową, która utrzymywała się w szerokim zakresie temperatur i ciśnienia. Wtedy też zespół Agrawal wpadł na pomysł, by sprawdzić, czy ciecze jonowe mogą powstawać i utrzymywać się na planetach, na których panują zbyt wysokie temperatury lub zbyt niskie ciśnienie, by utrzymała się na nich woda w stanie ciekłym.
Eksperymentatorzy przetestowali mieszaniny kwasu siarkowego z ponad 30 związkami organicznymi zawierającymi azot. Mieszaniny tworzyli m.in. na powierzchni skał bazaltowych, które istnieją na wielu planetach. Byliśmy zdumieni, w jak wielu różnych warunkach dochodzi do powstania cieczy jonowej. Jeśli umieścisz kwas siarkowy i związki organiczne na bazalcie, nadmiar kwasu siarkowego wsiąknie w bazalt, a na powierzchni pozostaną krople cieczy jonowej. Formowała się ona w każdych testowanych przez nas warunkach, mówi współautorka badań Sara Seager.
Ciecze jonowe powstawały w temperaturze do 180 stopni Celsjusza przy ekstremalnie niskim ciśnieniu. To oznacza, że mogą powszechnie występować na skalistych planetach czy księżycach. Wyobraźmy sobie planetę gorętsza od Ziemi, na której nie ma wody, a na której występuje, lub kiedyś występował, kwas siarkowy z aktywności wulkanicznej. Wystarczy, że ten kwas będzie miał kontakt ze związkiem organicznym. A związki te są powszechne w Układzie Słonecznym, wyjaśnia Seager. Tak utworzona ciecz jonowa może teoretycznie istnieć przez tysiąclecia, stając się oazą prostych form życia.
« 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
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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.