Nowy sposób na tworzenie czarnych dziur
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Dzięki teleskopowi Gemini North na Hawajach udało się wykryć najbliższą Ziemi czarną dziurę. Obiekt Gaia BH1 ma masę 10-krotnie większą od Słońca i znajduje się w odległości 480 parseków (ok. 1560 lat świetlnych) od Ziemi w Gwiazdozbiorze Wężownika.
Dziurę odkryto dzięki temu, że krąży wokół niej żółty karzeł typu widmowego G o masie 0,93 mas Słońca i metaliczności podobnej do słonecznej. Jest to więc gwiazda tego samego typu, co Słońce. Weź Układ Słoneczny, wsadź czarną dziurę tam, gdzie jest Słońce, a Słońce tam, gdzie jest Ziemia i masz obraz tego układu, wyjaśnia główny autor badań Kareem El-Badry, astrofizyk z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i Instytutu Astronomii im. Maksa Plancka. Okres orbitalny gwiazdy wokół Gai BH1 wynosi aż 185,6 ziemskich dni, jest więc dłuższy niż jakikolwiek znany nam okres orbitalny w podobnym układzie.
Wielokrotnie ogłaszano odkrycie podobnych systemów, jednak niemal wszystkie te stwierdzenia zostały z czasem obalone. Tutaj mamy pierwsze jednoznaczne odkrycie w naszej galaktyce gwiazdy typu słonecznego na szerokiej orbicie wokół czarnej dziury o masie gwiazdowej, dodaje El-Badry.
Obecne modele astronomiczne nie wą w stanie wyjaśnić, w jaki sposób mógł powstać taki system. Przede wszystkim dlatego, że skoro mamy czarną dziurę o masie 10-krotnie większej od masy Słońca, to musiała ona powstać z gwiazdy o masie co najmniej 20-krotnie większej od masy Słońca. To oznacza, że mogła ona istnieć zaledwie przez kilka milionów lat. Jeśli zaś obie gwiazdy – czyli ta, która zamieniła się w czarną dziurę i ta, która wokół niej krąży – powstały w tym samym czasie, to bardziej masywna z gwiazd na tyle szybko powinna zmienić się w czerwonego olbrzyma, pochłaniając towarzyszącą gwiazdę, że towarzyszka nie zdążyłaby wyewoluować do etapu gwiazdy ciągu głównego podobnej do Słońca. Nie wiadomo, jak towarzyszka czarnej dziury przetrwała etap czerwonego olbrzyma drugiej z gwiazd. Modele teoretyczne, które zakładają taką możliwość, mówią, że gwiazda o masie Słońca powinna znajdować się na znacznie ciaśniejszej orbicie wokół czarnej dziury.
To oznacza, że w naszym rozumieniu tworzenia się i ewolucji czarnych dziur w układach podwójnych znajdują się spore luki, co sugeruje, że istnienie niezbadana dotychczas populacja czarnych dziur w takich układach.
Trzeba tutaj przypomnieć, że rok temu poinformowano, iż wokół czerwonego olbrzyma V723 Mon, w odległości 460 parseków (ok.1500 lat świetlnych) od Ziemi, krąży najbliższa nam czarna dziura. Po jakimś czasie okazało się, że w układzie tym nie ma czarnej dziury.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczeni z MIT, LIGO oraz University of New Hampshire obliczyli ilość ciężkich pierwiastków jaka powstaje podczas łączenia się czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi i porównali swoje dane z ilością ciężkich pierwiastków powstających podczas łączenia się gwiazd neutronowych. Hsin-Yu Chen, Salvatore Vitale i Francois Foucart wykorzystali przy tym zaawansowane systemy do symulacji oraz dane z obserwatoriów fal grawitacyjnych LIGO-Virgo.
Obecnie astrofizycy nie do końca rozumieją, w jaki sposób we wszechświecie powstają pierwiastki cięższe niż żelazo. Uważa się, że do ich tworzenia dochodzi w dwojaki sposób. Około połowy takich pierwiastków powstaje w czasie procesu s zachodzącego w gwiazdach o niewielkiej masie (0,5–10 mas Słońca) w końcowym etapie ich życia, gdy gwiazdy te znajdują się w fazie AGB. Są wówczas czerwonymi olbrzymami. Dochodzi tam do nukleosyntezy, kiedy to w warunkach niskiej gęstości neutronów i średnich temperaturach nuklidy wyłapują szybkie neutrony.
Z kolei mniej więcej druga połowa ciężkich pierwiastków powstaje w szybkim procesie r, podczas wybuchu supernowych i kilonowych. Dochodzi wówczas do szybkiego wychwyceniu wielu neutronów, a następnie serii rozpadów, które prowadzą do powstania stabilnego pierwiastka. Do pojawienia się tego procesu potrzebne są wysokie temperatury i bardzo gęste strumienie neutronów. Naukowcy spierają się jednak co do tego, gdzie zachodzi proces r.
W 2017 roku LIGO-Virgo zarejestrowały połączenie gwiazd neutronowych, które doprowadziło do olbrzymiej eksplozji zwanej kilonową. Potwierdzono wówczas, że w procesie tym powstały ciężkie pierwiastki. Istnieje jednak możliwość, że proces r ma też miejsce zaraz po połączeniu się gwiazdy neutronowej z czarną dziurą.
Naukowcy spekulują, że gdy gwiazda neutronowa jest rozrywana przez pole grawitacyjne czarnej dziury, w przestrzeń kosmiczną zostaje wyrzucona olbrzymia ilość materiału bogatego w neutrony. Powstaje wówczas idealne środowisko do pojawienia się procesu r. Specjaliści zastrzegają jednak, że w procesie tym musi brać udział czarna dziura do dość niewielkiej masie, która dość szybko się obraca. Zbyt masywna czarna dziura bardzo szybko wchłonie materiał z gwiazdy neutronowej i niewiele trafi w przestrzeń kosmiczną.
Chen, Vitale i Foucart jako pierwsi porównali ilość ciężkich pierwiastków, jakie powstają w wyniku obu typów procesu r. Przetestowali przy tym liczne modele, zgodnie z którymi proces r mógłby zachodzić.
Większość symulacji wykazała, że w ciągu ostatnich 2,5 miliarda lat w wyniku łączenia się gwiazd neutronowych przestrzeń kosmiczna została wzbogacona od 2 do 100 razy większą ilością ciężkich pierwiastków niż w wyniku kolizji czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi. W modelach, w których czarna dziura obracała się powoli, połączenia gwiazd neutronowych dostarczały 2-krotnie więcej ciężkich pierwiastków, niż połączenia czarnej dziury z gwiazdą neutronową. Z kolei tam, gdzie czarna dziura obraca się powoli i ma niską masę – poniżej 5 mas Słońca – połączenia gwiazd neutronowych odpowiadają aż za 100-krotnie więcej ciężkich pierwiastków powstających w procesie r. Do tego, by połączenia czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi odpowiadały za znaczną część pierwiastków powstających w procesie r konieczne jest istnienie czarnej dziury o małej masie i szybkim obrocie. Jednak dane, którymi obecnie dysponujemy, raczej wykluczają istnienia takich czarnych dziur.
Autorzy badań już planują poprawienie swoich obliczeń dzięki danym z udoskonalanych LIGO i Virgo oraz z nowego japońskiego wykrywacza KAGRA. Wszystkie trzy urządzenia powinny ponownie ruszyć w przyszłym roku. Dokładniejsze obliczenia tempa wytwarzania ciężkich pierwiastków we wszechświecie przydadzą się m.in. do lepszego określenia wieku odległych galaktyk.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Astrophysical Journal Letters.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.