Centrum naszej galaktyki może mieć drugą supermasywną czarną dziurę. Dlatego


Czy supermasywni mają przyjaciół? Natura powstawania galaktyk sugeruje, że odpowiedź brzmi „tak”, w rzeczywistości pary supermasywnych czarnych dziur powinny być powszechne we Wszechświecie.

interesuje mnie szeroki zakres problemów teoretycznych w astrofizyce, od formowania się pierwszych galaktyk po oddziaływanie grawitacyjne czarnych dziur, gwiazd, a nawet planet.

Czarne dziury są intrygującymi systemami, a supermasywne czarne dziury i otaczające je gęste gwiezdne środowiska stanowią jedno z najbardziej ekstremalnych miejsc w naszym Wszechświecie.

Supermasyw, który czai się w centrum naszej galaktyki, zwany Sgr A *, ma masę około 4 milionów razy większą niż nasze Słońce. Czarna dziura to miejsce w przestrzeni, w którym grawitacja jest tak silna, że ​​ani cząsteczki, ani światło nie mogą z niej wydostać się.

Otaczający Sgr A * jest gęstą gromadą gwiazd. Precyzyjne pomiary orbit tych gwiazd pozwoliły astronomom potwierdzić istnienie tej supermasywnej czarnej dziury i ją.

Od ponad 20 lat naukowcy monitorują orbity tych gwiazd wokół supermasywnej czarnej dziury. Na podstawie tego, co widzieliśmy, że jeśli jest tam przyjaciel, może to być masa równa co najmniej 100 000 mas Słońca.

Supermasywne czarne dziury i ich przyjaciele

Prawie każda galaktyka, w tym nasza Droga Mleczna, ma w sercu supermasywną czarną dziurę o masach od milionów do miliardów razy większej niż masa Słońca. Astronomowie często żywią się supermasywną czarną dziurą. Jeden popularny pomysł wiąże się z możliwością, że supermasywne dziury mają przyjaciół.

Aby zrozumieć ten pomysł, musimy wrócić do czasów, gdy Wszechświat miał około 100 milionów lat, do epoki pierwszych galaktyk. Były znacznie mniejsze niż dzisiejsze galaktyki, około 10 000 lub więcej razy mniej masywne niż Droga Mleczna.

W tych wczesnych galaktykach pierwsze umierające gwiazdy tworzyły czarne dziury o masie około dziesiątek do tysięcy.

Te czarne dziury zatonąły w środku ciężkości, sercu galaktyki macierzystej. Ponieważ galaktyki ewoluują poprzez łączenie się i zderzanie ze sobą, zderzenia między galaktykami spowodują powstanie par supermasywnych czarnych dziur – kluczowej części tej historii.

Czarne dziury zderzają się i również rosną. Czarna dziura, która jest ponad milion razy większa niż masa naszego syna, jest uważana za supermasywną.

Jeśli rzeczywiście supermasywna czarna dziura ma przyjaciela obracającego się wokół niej na bliskiej orbicie, środek galaktyki jest zamknięty w skomplikowanym tańcu. Holowniki grawitacyjne partnerów będą również oddziaływać na pobliskie gwiazdy zakłócające ich orbity.

Dwie supermasywne czarne dziury krążą wokół siebie, a jednocześnie każda z nich przyciąga gwiazdy wokół siebie.

Siły grawitacyjne z czarnych dziur przyciągają te gwiazdy i zmuszają je do zmiany orbity; innymi słowy, po jednym obrocie wokół supermasywnej pary czarnych dziur gwiazda nie wróci dokładnie do punktu, w którym się rozpoczęła.

Wykorzystując nasze zrozumienie oddziaływania grawitacyjnego między możliwą parą supermasywnych czarnych dziur a otaczającymi gwiazdami, astronomowie mogą przewidzieć, co stanie się z gwiazdami.

Astrofizycy, tacy jak ja i moi koledzy, mogą porównać nasze prognozy z obserwacjami, a następnie mogą określić możliwe orbity gwiazd i dowiedzieć się, czy supermasywna czarna dziura ma towarzysza wywierającego wpływ grawitacyjny.

Używając dobrze zbadanej gwiazdy o nazwie S0-2, która okrąża supermasywną czarną dziurę, która co 16 lat znajduje się w centrum galaktyki, możemy już wykluczyć, że istnieje druga supermasywna czarna dziura o masie ponad 100 000 razy masa Słońca i większa niż około 200 razy odległość między Słońcem a Ziemią. Gdyby istniał taki towarzysz, wtedy ja i moi koledzy wykrylibyśmy jego wpływ na orbitę SO-2.

Ale to nie znaczy, że mniejsza czarna dziura towarzysząca nadal nie może się tam ukryć. Taki obiekt nie może zmieniać orbity SO-2 w sposób, który możemy łatwo zmierzyć.

Fizyka supermasywnych czarnych dziur

Ostatnio supermasywne czarne dziury zyskały wiele uwagi. W szczególności taki gigant w centrum galaktyki M87 otworzył nowe okno do zrozumienia fizyki za czarnymi dziurami.

Bliskość centrum galaktycznego Drogi Mlecznej – zaledwie 24 000 lat świetlnych stąd – stanowi unikalne laboratorium do rozwiązywania problemów w podstawowej fizyce supermasywnych czarnych dziur.

Na przykład astrofizycy tacy jak ja chcieliby zrozumieć ich wpływ na centralne regiony galaktyk i ich rolę w tworzeniu i ewolucji galaktyk. Wykrycie pary supermasywnych czarnych dziur w centrum galaktyki wskazywałoby, że Droga Mleczna połączyła się z inną, być może małą galaktyką, w przeszłości.

To nie wszystko, co może nam powiedzieć monitorowanie otaczających gwiazd. Pomiary gwiazdy S0-2 pozwoliły naukowcom na przeprowadzenie unikalnego testu Einsteina.

W maju 2018 r. S0-2 zbliżył się do supermasywnej czarnej dziury w odległości zaledwie około 130 razy większej od Ziemi od Słońca. Zgodnie z teorią Einsteina długość fali światła emitowanego przez gwiazdę powinna rozciągać się podczas wspinania się z głębokiej studni grawitacyjnej supermasywnej czarnej dziury.

Długość fali rozciągania, którą przewidział Einstein – co sprawia, że ​​gwiazda wydaje się bardziej czerwona – została wykryta i dowodzi, że teoria strefy.

Z niecierpliwością oczekuję drugiego najbliższego podejścia do S0-2, które nastąpi za około 16 lat, ponieważ astrofizycy tacy jak ja będą mogli przetestować więcej prognoz Einsteina na temat ogólnej teorii względności, w tym zmiany orientacji wydłużonej orbity gwiazd .

Ale jeśli supermasywna czarna dziura ma partnera, może to zmienić oczekiwany wynik.

Wreszcie, jeśli w centrum galaktyki krążą dwie masywne czarne dziury, które, jak sugeruje mój zespół, są możliwe, wyemitują. Od 2015 roku obserwatoria wykrywają promieniowanie łączące czarne dziury o masie gwiazdowej i gwiazdy neutronowe.

Te przełomowe odkrycia otworzyły naukowcom nowy sposób wykrywania Wszechświata.

Wszelkie fale emitowane przez naszą hipotetyczną parę czarnych dziur będą miały niskie częstotliwości, zbyt niskie, aby mogły je wykryć detektory LIGO-Virgo. Ale planowany detektor kosmiczny znany jako może być w stanie wykryć te fale, które pomogą astrofizykom dowiedzieć się, czy czarna dziura w naszym centrum galaktycznym jest sama, czy ma partnera.

, Profesor nadzwyczajny fizyki i astronomii,.

Ten artykuł został opublikowany na podstawie licencji Creative Commons. Przeczytać .