Supermassive Black Holes: Galactic Behemoths

Det er et supermassivt svart hull i sentrum av galaksen. Det kan ikke sees direkte gjennom teleskoper eller med øynene våre, men astronomer vet at det er der. Det er faktisk supermassive sorte hull i hjertene til mange galakser. Hvordan vet astronomer at disse monstrene lurer i de galaktiske kjernene? De bruker en rekke metoder for å studere lys når det går forbi et svart hull, og de studerer også regionen rundt et svart hull for å forstå hvordan det påvirker nærliggende skyer av gass, støv og til og med stjerner. Foreløpig er det supermassive sorte hullet i Melkeveien, kalt Skytten A *, ganske stille, og astronomer overvåker det i mange bølgelengder av lys for å forstå handlingen.

Svarte hull er en favoritt i science fiction-historier og medier. Noen ganger blir de brukt som et plottapparat for å aktivere et slags interstellært reisetriks. Eller så blir de omtalt i tidsreiser eller et annet viktig element i en historie. Så fascinerende som slike historier er, er virkeligheten bak disse rare behemothene mer spennende enn forfattere kan forestille seg. Hva er fakta rundt supermassive sorte hull? Er det noen vitenskap bak science fiction skildringene av supermassive sorte hull? La oss finne det ut.

Som regel, supermassive sorte hull er akkurat hva navnet deres sier: virkelig, enorme sorte hull. De måler i hundretusenvis av solmasser (en solmasse tilsvarer solens masse) opptil milliarder av solmasser. De har enorm makt og har utrolig innflytelse over galakene sine.

De fleste supermassive sorte hull finnes i kjernene til galakser. Den sentrale plasseringen lar dem (i det minste delvis) bidra til å holde galakser sammen. Tyngdekraften deres er så enorm, på grunn av deres utrolige masse, at til og med stjerner hundre tusenvis av lysår unna er bundet i bane rundt dem og galakse kjernene de bor.

Når astronomer snakker om sorte hull, er hovedegenskapen de bruker som skiller sorte hull andre "normale" gjenstander i universet er tetthet. Dette er mengden "ting" som er pakket inn i volumet på et svart hull. Tettheten ved kjernen av sorte hull er så høy at den i det vesentlige blir uendelig. Spesifikt nærmer volumet (mengden plass et svart hull og den skjulte massen opptar) null. Det betyr at det er lite mer enn et ørlite punkt i rommet, men at den lille prikken, kalt en singularitet, inneholder utrolig mye masse. Det gjør det utrolig tett. Denne tettheten er spredt over hele det sorte hullets region, fra singulariteten til hendelseshorisont (som er poenget der tyngdekraften til det svarte hullet er for sterk til at noe kan til motstå.

Det høres ut som om det indre av det svarte hullet (utenfor hendelseshorisonten) kan bli utrolig knust, uten rom. Interessant er det et tankeeksperiment som sier at gjennomsnittlig tetthet av supermassive sorte hull faktisk kan være mindre enn selve luften mennesker puster inn. Jo større masse, jo mindre tett det supermassive sorte hullet er, hvis man vurderer hele volumet av området fra singulariteten til hendelseshorisonten. Massen ville bli distribuert gjennom den regionen, med mer masse på enestående måte enn i "utkanten."

Hvis det er sant, ville det ikke bare være mulig å nærme seg et supermassivt svart hull, det kan man også teoretisk falle i et supermassivt svart hull og overleve i ganske lang tid til å komme nær singularitet. Imidlertid er det ett stort problem: tyngdekraften. Det er så sterkt at alt som swooping forbi hendelseshorisonten ville bli revet i stykker av det ekstreme tyngdekraften. Så mye for ormhullsreiser!

Dannelsen av supermassive sorte hull er fortsatt et av mysteriene til astrofysikk. Normale sorte hull er kjernen restene som er igjen fra supernova eksplosjon av en massiv stjerne. Jo mer massiv stjernen er, desto mer massiv har det sorte hullet som ble etterlatt.

Man kan derfor anta at supermassive sorte hull skapes fra sammenbruddet av en supermassiv stjerne. Problemet er at få slike stjerner er blitt oppdaget. Videre forteller fysikk oss at de ikke en gang burde eksistere i utgangspunktet. Imidlertid gjør de det. De mest massive stjernene er titalls til hundre ganger solenes masse. Noen få sjeldne hypergiganter kan være opptil 300 stjernemasser. Selv disse monstrene er langt fra de massene som vil være nødvendige for å skape et supermassivt svart hull. For å si det ordentlig: en masse mer masse er nødvendig for å lage et supermassivt svart hull enn det som finnes i selv de mest supermassive stjernene.

Så hvis disse objektene ikke er skapt på tradisjonell måte av andre sorte hull, hvor kommer monstersorte hull fra? Den ledende ideen er at de dannet som mye mindre sorte hull for å bygge store. Etter hvert ville masseoppbyggingen føre til at det ble opprettet et supermassivt svart hull. Det er en hierarkisk teori om å bygge et supermassivt svart hull. Det er noen problemer med den teorien fordi den krever undersøkelse av "mellomliggende masse" supermassive sorte hull. De ville være "i b mellom trinn" fra mindre sorte hull til de supermassive monstrene. Astronomer begynner å oppdage flere av disse og studere deres spesielle egenskaper for å fylle ut hullene i den hierarkiske teorien.

En annen ledende teori om opprettelsen av supermassive sorte hull er at de dannet seg i de første øyeblikkene etter Det store smellet. Selvfølgelig er ikke alt helt forstått om forholdene i løpet av den tiden for å finne ut hvordan sorte hull spilte en rolle og hva som ansporet deres dannelse.

Observasjoner av de kjente supermassive og mellommasse sorte hull antyder at fusjonsteorien sannsynligvis er den enkleste forklaringen. Undersøkelse av de eldste, mest fjerne og massive supermassive sorte hullene, kvasarer viser spesielt at det er bevis på at sammenslåingen av mange galakser spilte en rolle. Når galakser smelter sammen, ser det ut til at deres sorte hull også gjør det. Sammenslåing spiller en rolle i utformingen av galakene vi ser i dag, og det er derfor fornuftig at deres sentrale sorte hull kan komme med på turen og vokse sammen med galaksene. Interessant nok, når de svarte hullene smelter sammen, sender de ut mye energi. Handlingen avgir også gravitasjonsbølger, som astronomene akkurat nå kan måle.

Hvis sammenslåing er svaret, gir de en delvis løsning på det mellomliggende svart hullproblemet. I begge tilfeller er svaret ikke klart ennå. Mye mer arbeid må til for å observere og karakterisere galakser og deres sorte hull.

Å komme tilbake til science fiction og sorte hull, det er egenskaper som fullstendig bøyer sinnet som forfattere har brukt. Historier om raskere enn lett reise, interstellare reiser og tidsreiser gjennomsyrer science fiction-romaner. Det er til og med teorier om at sorte hull er inngangsportene til alternative universer.

Er det noen bevis som støtter noen av disse ideene? Egentlig, ja, selv om det bare er under ekstreme omstendigheter. Ideen om å bruke sorte hull som ormehull som på en eller annen måte forbinder oss med den andre siden av universet har eksistert i flere tiår. Det er en flott og fantasifull fantasi som sannsynligvis ikke blir virkelighet snart.

Mulighetene er til og med blitt beregnet ved bruk av seriøs fysikk og generell relativitet. Så teoretisk sett kunne disse tingene skje, som det ble vist i 2014-filmen Interstellar. Fysikeren som jobbet med filmskaperne kom med noen teoretiske ideer som støttet filmen og arbeidet vitenskapelig. Imidlertid er den nødvendige teknologien fremdeles ikke tilgjengelig, og en rekke spesielle betingelser må tilfredsstilles. Men hvem vet - mye av teknologien som mennesker bruker til flukt i dag, ble også en gang antatt umulig.

• Supermassive sorte hull finnes i hjertene til mange galakser, inkludert Melkeveien.
• Noen galakser, for eksempel Andromeda Galaxy, kan ha mer enn ett av disse monstrene.
• Når galakser smelter sammen, kan deres sorte hull også smelte sammen.
• Supermassive sorte hull kan ha opptil milliarder av stjernemasser skjult inne.
• Vår egen Melkevei har et supermassivt svart hull som heter Skytten A *

• Mohon, Lee. "Supermassive sorte hull vokser frem galakene sine." NASA, NASA, 15. februar. 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. “Null på hvor supermassive svarte hull dannet.” Vitenskapelig amerikansk, 29. sept. 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• “Supermassivt svart hull | COSMOS.” Senter for astrofysikk og superdatamaskiner, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive black hole.

Redigert og oppdatert av Carolyn Collins Petersen.