Czy w pobliżu czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki może rozwijać się zaawansowana cywilizacja?
W granicach znanej fizyki możliwe jest, że zaawansowana cywilizacja osiedli się w pobliżu supermasywnej czarnej dziury, by wykorzystać spowolnienie czasu. Potrzebuje do tego energii całej gwiazdy. Przy tym spowolnieniu dla obserwatorów zewnętrznych cywilizacja byłaby niedostrzegalna, a wysyłane przez nią sygnały mogłyby przypominać szybkie rozbłyski radiowe.
Spis treści: Poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji Imperia galaktyczne i paradoks Fermiego Życie na sferze Dysona Przyspieszenie i spowolnienie czasu Szybkie rozbłyski radiowe „Gdzie oni są?”. Takie pytanie postawił w 1950 roku genialny Enrico Fermi, fizyk, noblista i członek Projektu Manhattan. Odnosił się tym samym do obcych cywilizacji, które, patrząc na wielkość Wszechświata, powinny pojawiać się regularnie. Mimo to nie znaleźliśmy wciąż ich śladów. Poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji Poszukiwanie pozaziemskich cywilizacji jest tematem wielu rozważań, również czysto matematycznych. W latach 60. ubiegłego wieku astronom i astrofizyk, założyciel programu poszukiwania inteligencji pozaziemskiej SETI Frank Drake zaproponował równanie, którego celem jest dokładniejsze zrozumienie mechanizmów wpływająch na szanse powstania takich cywilizacji. Według jego szacunków w najbardziej pesymistycznej wersji Wszechświat powinno zamieszkiwać pięć miliardów rozwiniętych cywilizacji. Ale zarówno Fermi, jak i Drake – obaj żyjący w erze atomu – podkreślali, że rozwinięta cywilizacja nie będzie trwała w nieskończoność, ponieważ może się unicestwić przy użyciu zaawansowanej broni. „Krótki” czas istnienia cywilizacji przy odległościach w kosmosie uniemożliwiłoby realne skomunikowanie się z przedstawicielami innych cywilizacji. Czy w takim razie może istnieć cywilizacja zdolna pokonać ograniczenia prędkości światła i ludzkiego życia, nie łamiąc praw znanej fizyki? Zdaniem fizyków Chris Reissa i Justin C. Feng byłoby to możliwe, gdyby cywilizacja osiedliła się w pobliżu czarnej dziury, gdzie z powodu grawitacyjnej dylatacji czasu sekunda lokalna może odpowiadać tysiącom sekund dla obserwatora daleko w galaktyce. Najlepszym miejscem do tego są stabilne orbity wokół supermasywnej czarnej dziury, np. Sgr A* w centrum Drogi Mlecznej. Imperia galaktyczne i paradoks Fermiego W opublikowanym kilka dni temu w serwisie preprintów Arxiv.com artykule „Cywilizacje spowolnione w czasie, imperia galaktyczne i paradoks Fermiego” (Redshifted civilizations, galactic empires, and the Fermi paradox) badacze rozważają kilka scenariuszy, w których cywilizacja może migrować do tzw. ramki czasowo rozciągniętej (time-dilated frame) w ramach klasycznej teorii względności i bez naruszania tolerowalnego poziomu przyspieszenia dla biologicznej materii. Cywilizacja, która mogłaby to osiągnąć, musiałaby należeć do tzw. drugiego typu na skali Kardaszewa. W 1964 roku rosyjski astrofizyk Nikołaj Kardaszew zaproponował klasyfikację cywilizacji opartą na ilości energii, jaką może ona pozyskać. Typ pierwszy wykorzystuje całą energię dostępną na swojej planecie, typ drugi – całą energię swojej gwiazdy, a typ trzeci – całą energię galaktyki. Jeśli zastanawiacie się, do jakiego typu należymy my, Ziemianie, to nie dotarliśmy jeszcze w swoim rozwoju do typu pierwszego. Wspominany typ drugi pozwala na budowę sfery Dysona, czyli hipotetycznej megastruktury zdolnej wykorzystywać całą energię gwiazdy. Życie na sferze Dysona Również Chris Reissa i Justin C. Feng w swoich rozważaniach przyjmują, że cywilizacja potrafiąca wykorzystać spowolnienie czasu funkcjonowałaby na statkach kosmicznych. Zadaliśmy Justinowi C. Fengowi pytanie o to, co widziałby osobnik cywilizacji krążącej wokół czarnej dziury patrząc na resztę Galaktyki. I jak bardzo inaczej płynąłby dla niego czas niż dla nas na Ziemi? <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/czy-gdzies-w-kosmosie-znajduja-sie-sfery-dysona-naukowcy-twierdza-ze-znalezli-siedmiu-kandydatow-6769b91.jpg" width="1000" height="563" alt="Czy gdzieś w kosmosie znajdują się sfery Dysona? Naukowcy twierdzą, że znaleźli siedmiu kandydatów" title="Czy gdzieś w kosmosie znajdują się sfery Dysona? Naukowcy twierdzą, że znaleźli siedmiu kandydatów" /> – Wewnątrz statku czas byłby postrzegany jako płynący normalnie. Jedynym zauważalnym efektem mogłyby być łagodne siły pływowe – w jednym kierunku rozciągające, a w kierunku prostopadłym ściskające. To, że mieszkaniec odczuwa jedynie łagodne siły pływowe, jest zamierzone. Wybieramy takie orbity, które maksymalizują dylatację czasu, jednocześnie utrzymując siły pływowe w granicach tolerancji biologicznej – powiedział uczony. Dalej wyjaśnia, że orbity w pobliżu sfery fotonowej czarnej dziury mogą osiągać dowolnie duże współczynniki dylatacji czasu, ale kosztem rosnących do ekstremum sił pływowych. – Dla czarnej dziury w centrum naszej galaktyki Sgr A* stwierdziliśmy, że maksymalny współczynnik dylatacji czasu wynosi około 100, zanim siły pływowe staną się niekomfortowe dla człowieka. Większe wartości wymagałyby czarnych dziur o znacznie większej masie. Przyspieszenie i spowolnienie czasu Czyli patrząc przez „okno”, mieszkaniec zobaczyłby bardzo dziwny obraz Ziemi podczas obiegu statku wokół czarnej dziury. – Załóżmy, że Ziemia znajduje się w płaszczyźnie tej orbity. Przez większość orbity zegary na Ziemi wydawałyby się biec szybciej, a w części orbity, gdy statek porusza się niemal dokładnie w kierunku przeciwnym do Ziemi, zegary wydawałyby się zwalniać. Efektem netto byłoby ogólne przyspieszenie zegarów ziemskich – wynikające z tego samego mechanizmu, który rozwiązuje tzw. paradoks bliźniąt w szczególnej teorii względności – twierdzi naukowiec. Takie „przesunięte ku czerwieni” cywilizacje mogłyby istnieć w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Wówczas uległyby spowolnieniu czasu, a jeden rok tam byłby jak 100 lat na Ziemi. Natomiast obserwując Wszechświat widzieliby go w przyspieszeniu. W związku z tym z ich punktu widzenia podróże międzygwiezdne stałyby się krótsze. Zakładając, że czas cywilizacji płynie 100 razy wolniej, to przelot przez galaktykę trwałby dla nich zaledwie 1000 lat ich czasu własnego. Szybkie rozbłyski radiowe – Jeśli takie cywilizacje istnieją, po czym moglibyśmy je dziś rozpoznać? Jaki byłby najbardziej wiarygodny ślad w danych radiowych lub optycznych i czym różniłby się od naturalnych zjawisk, które teleskopy obserwują rutynowo? – zapytaliśmy Justina C. Fenga. – Cywilizacje znajdujące się na odpowiednio bliskich orbitach wokół czarnej dziury, jak Sgr A*, prawdopodobnie wytwarzałyby sygnały towarzyszące oczyszczaniu orbitalnych pasów z plazmy lub gazu. Spodziewalibyśmy się, że takie sygnały charakteryzowałyby się malejącą częstotliwością w czasie, powtarzającą się po każdym obiegu – twierdzi naukowiec. Takim sygnałem mogłyby być rejestrowane już tzw. szybkie rozbłyski radiowe. Jednak dr Feng zastrzega, że konieczne byłyby znacznie dokładniejsze badania, by wysunąć taką hipotezę. – Ponieważ orbity bliskie sferze fotonowej są niestabilne, naturalna akumulacja materii w takim rejonie jest bardzo mało prawdopodobna. Dlatego trwały, powtarzalny sygnał pochodzący z takiej orbity mógłby wskazywać na sztuczne źródło. Jednak jasność takich emisji, według naszych obliczeń, wynosiłaby około 10¹⁹ watów, czyli wiele rzędów wielkości mniej niż blask brązowego karła. To oznacza, że takie sygnały byłyby ekstremalnie trudne do wykrycia – mówi naukowiec. Dodaje, że istnieje też jeszcze inna możliwość. – Jeśli wokół supermasywnej czarnej dziury zgromadziłoby się wiele cywilizacji, orbitalne „pasy ruchu” stałyby się ograniczonym zasobem. W takiej sytuacji wzrosłoby prawdopodobieństwo konfliktu. Taki konflikt mógłby być bardzo jasnym wydarzeniem astronomicznym – choć o dość makabrycznych konsekwencjach. Źródło: ArXiv Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej emituje ciągły strumień rozbłysków. Jest niczym kula dyskotekowa
Zespół astrofizyków uzyskał jak dotąd najdłuższe i najbardziej szczegółowe spojrzenie na czarną dziurę czającą się w samym środku Drogi Mlecznej. Okazało się, że ciągle emituje ona rozbłyski.
Spis treści: Aktywne centrum Galaktyki Rozbłyski dysku akrecyjnego Ekstremalne środowisko czarnej dziury Opóźnienie czasowe Analizując dane zebrane przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) naukowcy dostrzegli, że składający się z pyłu i gazu dysk orbitujący wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki emituje bez przerwy ciągły strumień rozbłysków. Niektóre z nich można określić jako słabe, trwające zaledwie kilka sekund migotania. Inne przypominają raczej oślepiająco jasne erupcje. Wszystko to dzieje się w niejednolitych odstępach czasu. Aktywne centrum Galaktyki – Sądzimy, że tego typu rozbłyski występują we wszystkich supermasywnych czarnych dziurach. Mimo to Sagittarius A*, czyli czarna dziura w centrum naszej Galaktyki, wydaje się być wyjątkowa – powiedział kierujący badaniami prof. Farhad Yusef-Zadeh z Northwestern University. Dodał, że Sagittarius A* jest zawsze bardzo aktywna i wydaje się nigdy osiągać „spokojnego” stanu. – Obserwowaliśmy tę czarną dziurę wielokrotnie w latach 2023 i 2024 i zauważyliśmy zmiany w każdej obserwacji. Za każdym razem widzieliśmy coś innego, co jest naprawdę niezwykłe. Nic nigdy nie było takie samo – twierdzi badacz. Do zebrania niezbędnych danych zespół wykorzystał kamerę bliskiej podczerwieni JWST (NIRCam). Może ona jednocześnie i przez długi czas obserwować dwa pasma podczerwieni. Za pomocą tego narzędzia do obrazowania naukowcy obserwowali Sagittarius A* łącznie przez 48 godzin w ciągu jednego roku. Umożliwiło to naukowcom śledzenie zmian czarnej dziury w czasie. Rozbłyski dysku akrecyjnego Obserwacje te ujawniły nieustanne fajerwerki o różnej jasności i czasie trwania. Dysk akrecyjny otaczający czarną dziurę generował od pięciu do sześciu dużych rozbłysków dziennie i kilka mniejszych rozbłysków pomiędzy nimi. – Dane pokazywały coś, co przypominało nieustannie zmieniającą się, bulgoczącą jasność. I nagle bum – jakby wybuch. Następnie znowu chwila względnego spokoju. Nie mogliśmy znaleźć wzorca w tej aktywności. Wydaje się ona być przypadkowa. Profil aktywności czarnej dziury był nowy i ekscytujący za każdym razem, gdy na niego patrzyliśmy – powiedział prof. Yusef-Zadeh. Chociaż astrofizycy nie rozumieją jeszcze w pełni zachodzących procesów, prof. Yusef-Zadeh podejrzewa, że za krótkie wybuchy i dłuższe rozbłyski odpowiadają dwa odrębne procesy. Jeśli dysk akrecyjny przyrównamy do rzeki, to krótkie, słabe rozbłyski są jak małe fale, które zmieniają się losowo na powierzchni rzeki. Natomiast te dłuższe, jaśniejsze rozbłyski przypominają bardziej fale pływowe. Naukowcy z grupy prof. Yusef-Zadeha sądzą, że niewielkie zaburzenia w obrębie dysku akrecyjnego prawdopodobnie generują słabe rozbłyski. Turbulentne fluktuacje wewnątrz dysku mogą kompresować plazmę (gorący, naładowany elektrycznie gaz), powodując tymczasowy impuls promieniowania. Może to przypominać rozbłysk słoneczny. Ekstremalne środowisko czarnej dziury – Kojarzy się to z sytuacją, gdy pole magnetyczne Słońca gromadzi się, kompresuje, a następnie wybucha rozbłysk słoneczny. Oczywiście procesy te są bardziej dramatyczne, ponieważ środowisko wokół czarnej dziury jest znacznie bardziej energetyczne i ekstremalne. Ale powierzchnia Słońca również kipi aktywnością – twierdzi kierownik zespołu. Prof. Yusef-Zadeh przypisuje duże, jasne rozbłyski zdarzeniom rekoneksji magnetycznej. To proces, w którym zderzają się dwa pola magnetyczne, uwalniając energię w postaci przyspieszonych cząstek. Poruszając się z prędkością bliską prędkości światła, cząstki te emitują jasne wybuchy promieniowania. W związku z tym, że kamera NIRCam JWST może obserwować dwie różne długości fal (2,1 i 4,8 mikrona) w tym samym czasie, uczeni byli w stanie porównać, jak jasność rozbłysków zmieniała się w zależności od długości fali. Prof. Yusef-Zadeh powiedział, że uchwycenie światła o dwóch długościach fal jest jak „widzenie w kolorze zamiast w czerni i bieli”. Pozwoliło to dostrzec, że zdarzenia obserwowane na krótszej długości fali zmieniły jasność nieznacznie przed zdarzeniami o większej długości fali. Opóźnienie czasowe – Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy opóźnienie czasowe w pomiarach na różnych długościach fal. Zauważyliśmy, że dłuższa długość fali pozostaje w tyle za krótszą o bardzo niewielką wartość – może od kilku sekund do 40 sekund – powiedział prof. Yusef-Zadeh. To opóźnienie dostarczyło więcej wskazówek na temat procesów fizycznych zachodzących wokół czarnej dziury. Jednym z wyjaśnień jest to, że cząstki tracą energię w trakcie rozbłysku – szybciej na krótszych długościach fal niż na dłuższych. Takie zmiany są oczekiwane w przypadku cząstek spiralnie poruszających się wokół linii pola magnetycznego. Planowane są dalsze obserwacje Sagittarius A*, które mają dać kolejne wskazówki. Źródło: EurekAlert! Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Pędzi na nas supermasywna czarna dziura. W przyszłości zderzy się z jądrem Drogi Mlecznej
Ma masę około 600 tys. razy większą od masy Słońca i jest ukryta głęboko w karłowatej galaktyce Wielkiego Obłoku Magellana. Ponieważ Wielki Obłok Magellana krąży wokół Drogi Mlecznej po stale zamykającej się pętli, w pewnej chwili dojdzie do zderzenia obu galaktyk. A co za tym idzie – uderzy w nas supermasywna czarna dziura.
Spis treści: Jak wykryć coś, czego nie widać? Problem trzech ciał Obiekt o masie 600 tys. mas Słońca Supermasywne czarne dziury (ang. SMBH) znajdują się w centrach większości galaktyk, w tym naszej Drogi Mlecznej. Ich masy wahają się od milionów do nawet miliardów mas Słońca. Hipoteza o istnieniu takich obiektów pojawiła się w latach 60. XX wieku, gdy astronomowie zaczęli badać kwazary – niezwykle jasne źródła energii w odległym Wszechświecie. Bezpośrednie dowody na SMBH w centrum Drogi Mlecznej, znanej jako Sagittarius A*, dostarczyły prowadzone w latach 90. XX wieku obserwacje ruchów gwiazd. Jak wykryć coś, czego nie widać? Tego typu obiekty nie są łatwe do wykrycia. O ile nie pochłaniają aktywnie materii, który to proces generuje światło, ponieważ materiał jest przegrzewany przez tarcie i grawitację, nie emitują one żadnego wykrywalnego promieniowania. Oznacza to, że naukowcy poszukujący czarnych dziur muszą posługiwać się różnorodnymi metodami pośrednimi. A podstawową z nich jest pomiar nietypowych orbit. To właśnie dzięki dokładnemu badaniu orbit w centrum Drogi Mlecznej astronomowie potwierdzili istnienie i masę Sagittariusa A*, supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej. Masa Sagittariusa A* wynosi około 4,3 milionów mas Słońca. Jednak astrofizyk Jiwon Jesse Hana z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i jego koledzy wybrali inną metodę. Zamiast na nietypowych orbitach, ich badania skupiły się na innym rodzaju ruchu gwiazd: gwiazdach nadszybkich. To rzadkie obiekty, które poruszają się znacznie szybciej niż średnia prędkość innych gwiazd w ich galaktyce. Tak szybko, że mogą nawet uciec w przestrzeń międzygalaktyczną. Problem trzech ciał Właśnie sposób, w jaki gwiazdy te są przyspieszane, doprowadził naukowców do wniosku, że mogą one wskazywać na istnienie w ich pobliżu ukrytych czarnych dziur. To przyspieszenie znane jest jako mechanizm Hillsa, czyli oddziaływanie trzech ciał pomiędzy czarną dziurą i dwiema gwiazdami. Ostatecznie grawitacyjny taniec doprowadzi do tego, że jeden z członków tego tripletu zostanie wyrzucony w przestrzeń kosmiczną z nadszybkością. Teleskop kosmiczny Gaia, którego misja obserwacyjna została niedawno zakończona, spędził kilka lat w przestrzeni kosmicznej, mapując obiekty Drogi Mlecznej. W tym ich pozycje w przestrzeni trójwymiarowej, a także ruchy i prędkości ciał Drogi Mlecznej. Właśnie dane z programu Gaia posłużyły grupie prowadzonej przez dr Hana do przeprowadzenia nowej analizy 21 gwiazd o nadszybkościach. Wszystkie znajdują się w zewnętrznym halo galaktyki i są zgodne z mechanizmem Hillsa. Również wszystkie należą do podtypu B – ogromnych i gorących gwiazd o stosunkowo krótkim czasie życia. A to oznacza, że ich hiperszybkie podróże w przestrzeni kosmicznej również musiały być stosunkowo krótkie. Analiza przeprowadzona przez naukowców z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics obejmowała prześledzenie prędkości i ruchu gwiazd do ich punktu początkowego, starannie wykluczając inne możliwe scenariusze przyspieszenia. W ten sposób udało się określić ruch 16 gwiazd. Siedem z nich powstało w pobliżu Sgr A*, w centrum Drogi Mlecznej. Obiekt o masie 600 tys. mas Słońca Pozostałe dziewięć analizowanych gwiazd wydaje się pochodzić z Wielkiego Obłoku Magellana. I wiele wskazuje na to, że zostały one wyrzucone w zewnętrzne rejony za pomocą mechanizmu Hillsa. Według analiz mógł tego dokonać obiekt o masie około 600 tys. mas Słońca, czyli ukryta czarna dziura. Przypomnijmy, że Wielki Obłok Magellana krąży obecnie wokół Drogi Mlecznej w odległości około 160 tys. lat świetlnych. Galaktyka ta nieustannie i powoli opada na Drogę Mleczną. Jednak ten taniec będzie trwał – według szacunków – jeszcze dwa miliardy lat. Gdy obie galaktyki się połączą, supermasywna dziura w Wielkim Obłoku Magellana dotrze do centrum Drogi Mlecznej. Tam połączy się z Sgr A*, tworząc jeszcze większą czarną dziurę. Tego typu kosmiczne wydarzenia, jak zderzenia supermasywnych czarnych dziur są rzadkie, ponieważ wymagają połączenia się dwóch galaktyk. Proces ten może trwać setki milionów lat, ale dzięki falom grawitacyjnym wykrywanym przez obserwatoria takie jak LIGO i Virgo, naukowcy mogą śledzić łączenie się mniejszych czarnych dziur, co daje wgląd w ewolucję SMBH. W przyszłości kosmiczne obserwatorium fal grawitacyjnych LISA (Laser Interferometer Space Antenna) pomoże wykrywać fale grawitacyjne z jeszcze większych układów, co pozwoli lepiej zrozumieć dynamikę tych kolosalnych zjawisk. Źródło: ScienceAlert Nasza autorka Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Astronomowie znaleźli setki ukrytych czarnych dziur. Mogą być ich nawet biliony
Dzięki danym zebranym 40 lat temu naukowcy wytropili setki supermasywnych czarnych dziur kryjących się w chmurach gazów i pyłów. Badacze podejrzewają, że nawet połowa czarnych dziur może być przysłonięta przez takie chmury. I przez to trudna do wykrycia dla ziemskich instrumentów badawczych.
Spis treści: Polowanie na czarne dziury Satelita z lat 80. poprzedniego wieku Droga Mleczna wyglądałaby inaczej Supermasywne czarne dziury mają masę co najmniej 100 000 razy większą od masy Słońca. Ile takich behemotów znajduje się we Wszechświecie? Astronomowie szacują, że miliardy, a być może nawet biliony. Uważają za prawdopodobne, że supermasywna czarna dziura kryje się w centrum każdej galaktyki. Precyzyjne ich policzenie jest jednak trudnym zadaniem. Szkopuł polega na tym, że z samej swojej istoty czarne dziury są niewidoczne. Te obiekty stanowią ekstremalnie silne zakrzywienie czasoprzestrzeni, która pochłania całą materię oraz fotony znajdujące się w pobliżu. Czarne dziury nie świecą więc – świecić może tylko wirujący obłok materii gromadzącej się wokół. Jeśli tak się dzieje, czarną dziurę da się obserwować. Jeśli nie, umyka ona ziemskim instrumentom naukowym. Naukowcy szukają jednak nowych sposobów, które pozwoliłyby im wypatrzeć nawet czarne dziury ukryte za najgęstszymi obłokami materii. Właśnie pochwalili się sukcesem – odkryli setki supermasywnych czarnych dziur dzięki danym zebranym jeszcze w latach 80. poprzedniego wieku. Polowanie na czarne dziury Z czarnymi dziurami wiąże się pewien paradoks. Chociaż są z natury ciemne, mogą być również jednymi z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie. Przypomnijmy sobie wodę w zlewie kręcącą się wokół odpływu. Tak samo na orbitę czarnej dziury wciągana jest otaczająca ją materia. Ekstremalna grawitacja czarnej dziury sprawia, że prędkość wirowania tej materii rośnie. Tarcie powoduje, że obłok silnie się nagrzewa. Po jakimś czasie osiąga temperaturę setek tysięcy stopni i wtedy promieniuje tak jasno, że może przyćmić wszystkie gwiazdy w otaczającej galaktyce. Wcześniej jednak – zanim się nagrzeje – może go w ogóle nie być widać. Drugi problem to położenie czarnej dziury wraz z obłokiem względem Ziemi. „Obłoki gazu i pyłu, które otaczają jasny centralny dysk, mogą z grubsza przybierać kształt torusa, czyli pączka. Jeśli otwór pączka jest skierowany w stronę Ziemi, jasny centralny dysk w jego wnętrzu jest widoczny. Jeśli nie, dysk pozostaje zasłonięty” – można przeczytać na stronach NASA. Satelita z lat 80. ubiegłego wieku Sposobem na wypatrzenie takich czarnych dziur okazało się prowadzenie obserwacji w innym zakresie niż światło widzialne. Torus emituje bowiem światło podczerwone. Obserwacje kosmicznych źródeł promieniowania podczerwonego prowadził należący do NASA satelita IRAS (Infrared Astronomical Satellite). Satelita ten został wystrzelony na orbitę w 1983 roku i pracował tylko przez 10 miesięcy. Naukowcy przejrzeli teraz archiwalne dane z IRASa i wybrali kandydatki na supermasywne czarne dziury. Następnie zestawili wyniki z danymi zgromadzonymi przez ziemskie teleskopy pracujące w świetle widzialnym (to pozwoliło wyeliminować galaktyki, które zostały fałszywie wzięte za czarne dziury). Oraz z danymi z satelity NuSTAR, który z kolei rejestruje promieniowanie rentgenowskie wysokiej energii (emituje je najbardziej rozgrzana część materii wokół czarnej dziury). Droga Mleczna wyglądałaby inaczej Wynik? Naukowcy wytropili setki nowych supermasywnych czarnych dziur, których nie dałoby się dostrzec żadnej inny sposób. Oszacowali też, że około 35% czarnych dziur tego rodzaju może być całkowicie niewidocznych z Ziemi: bo albo ich dyski nie rozgrzały się jeszcze do odpowiednich temperatur, żeby zacząć świecić, albo ich torusy znajdują się względem nas pod złym kątem. Wcześniej uważano, że odsetek wynosi 15%. Możliwe jest jednak – stwierdzili badacze w pracy opublikowanej w czasopiśmie „The Astrophysical Journal” – że sięga nawet 50%. – Niesamowite, jak przydatne okazały się teleskopy IRAS i NuSTAR w tym projekcie, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że IRAS działał ponad 40 lat temu – stwierdził Peter Boorman, astrofizyk z Caltechu w Pasadenie w Kalifornii, który kierował badaniami. – To pokazuje wartość archiwalnych danych z teleskopów i korzyść płynącą z jednoczesnego wykorzystywania wielu instrumentów oraz zakresów długości fal światła. Naukowcy są też zdania, że badając supermasywne czarne dziury nową techniką, możemy dowiedzieć się więcej o naszej własnej galaktyce. Czarne dziury wpływają bowiem na wzrost galaktyk, pochłaniając duże ilości materii albo rozpraszając ją. – Gdyby nie było czarnych dziur, galaktyki byłyby znacznie większe – uważa Poshak Gandhi, profesor astrofizyki na Uniwersytecie w Southampton w Wielkiej Brytanii i współautor badania. – Gdybyśmy nie mieli supermasywnej czarnej dziury w naszej Drodze Mlecznej, na niebie mogłoby być znacznie więcej gwiazd – podsumował naukowiec. Źródło: space.com, NASA, The Astrophysical Journal Nasza autorka Magdalena Salik Dziennikarka i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Kosmiczna symulacja pokazuje, jak rosną i ewoluują czarne dziury. Ważną rolę odgrywa pole magnetyczne
Astrofizycy opracowali nową symulację ewolucji czarnych dziur – od chmur gazów we wczesnym Wszechświecie do materii wpadającej do supermasywnej czarnej dziury. Okazało się, że symulacja przewraca do góry nogami teorie naukowe sprzed 50 lat.
W tym artykule: Symulacja z użyciem superkomputera Od atomów do galaktyk Nowa symulacja, nowa teoria Najjaśniejsze obiekty we Wszechświecie to kwazary. Mogą świecić równie jasno jak cała galaktyka. W rzeczywistości jednak są to jądra galaktyk, składające się z supermasywnej czarnej dziury otoczonej wirującym dyskiem akrecyjnym. Tworzą go pyły i gazy rozgrzane do gigantycznych temperatur, które emitują ogromne ilości promieniowania. Jak formują się kwazary? Poszukiwaniem odpowiedzi zajęli się naukowcy z Caltechu. Dwie współpracujące grupy badaczy opracowały nową symulację ukazującą ewolucję czarnej dziury. Jest 1000 razy dokładniejsza od poprzednich tego rodzaju modeli. Symulacja miała odtworzyć przemianę chmur materii we wczesnym Wszechświecie w potężne dyski akrecyjne kwazarów. A przy okazji pozwolić zbadać ewolucję całego obszaru wokół czarnej dziury. Naukowcy potwierdzili, że w formowaniu się dysku ogromną rolę odgrywa pole magnetyczne wokół czarnej dziury. Okazało się jednak, że jest ono znacznie silniejsze, niż wcześniej przypuszczano. W rezultacie dysk wcale nie jest płaski, jak wyobrażano sobie w poprzednim wieku. Tylko „puchaty” – jak dobrze wyrośnięte ciasto. Symulacja z użyciem superkomputera Na pozór dyski wokół czarnych dziur nie są już dla astronomów niczym tajemniczym. Mamy nawet ich zdjęcia. Na historycznym obrazie supermasywnej czarnej dziury Messier 87 z 2019 r. widać tak naprawdę właśnie dysk akrecyjny. Wirująca rozgrzana materia została również ujęta na zdjęciu Sagittariusa A* – supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w środku Drogi Mlecznej. Jednak supermasywne czarne dziury stanowiące „silniki napędowe” kwazarów są znacznie aktywniejsze. Materia wokół nich wiruje z ogromną prędkością i nagrzewa się do gigantycznych temperatur. By to zwizualizować, naukowcy opracowali skomplikowaną symulację z użyciem superkomputera. By komputer odtworzył zmiany zachodzące w kosmosie, trzeba było nakarmić go szeregiem równań opisujących działanie grawitacji oraz uwzględniających istnienie ciemnej materii i procesy gwiazdotwórcze. Wyzwaniem było również połączenie różnych skal i pokazanie zmian w czasie. Czarna dziura na pierwszym takim zdjęciu. „Wygląda jak smok zionący ogniem” Po raz pierwszy w historii naukowcy zrobili zdjęcie pokazujące zarówno czarną dziurę, jak i emitowany przez nią dżet. Czarna dziura znajduje się w środku galaktyki Messier 87 odległej od ... Od atomów do galaktyk Ostatecznie powstał kod, który symuluje formowanie się czarnej dziury o masie 10 mln razy większej od masy Słońca. Proces zaczyna się we wczesnym Wszechświecie i pokazuje zmiany, jakie przechodzi chmura materii, która z czasem zbliża się do czarnej dziury. – W naszej symulacji widzimy, jak dysk akrecyjny tworzy się wokół czarnej dziury – mówi astrofizyk Phil Hopkins. – Zaskakujące było to, że symulowany dysk wcale nie wygląda tak jak powinien wyglądać zgodnie z tym, co myśleliśmy od dziesięcioleci – dodaje naukowiec. Nowa symulacja, nowa teoria W latach 70. XX w. powstała teoria wyjaśniająca, dlaczego materia w ekstremalnym polu grawitacyjnym czarnej dziury natychmiast się nie zapada. Miały temu zapobiegać zmiany ciśnienia spowodowane przez zmiany temperatury gazów w dysku. Nowa symulacja pokazała jednak co innego. Ciśnienie pól magnetycznych takich dysków było 10 000 razy większe i to ono kontrolowało zachowanie dysku. Efekt? Już rozumiemy, dlaczego dyski wyglądają tak jak wynika z obserwacji. – Nasze teorie zakładały, że dyski powinny być płaskie jak naleśniki – mówi Hopkins. – Ale wiedzieliśmy, że to nieprawda, ponieważ obserwacje astronomiczne pokazują, że dyski są w rzeczywistości puszyste i bardziej przypominają wyrośnięty biszkopt. Nasza symulacja pomogła nam zrozumieć, że pola magnetyczne „podpierają” materiał dysku i czynią go bardziej puszystym – dodaje naukowiec. Dzięki analizie – opisanej w artykule opublikowanym w czasopiśmie „The Open Journal of Astrophysics” – naukowcy będą mogli teraz dokładniej opisywać dyski akrecyjne: ich masę, gęstość i geometrię. Otwiera się też droga do tworzenia jeszcze bardziej złożonych symulacji: np. pokazujących łączenie się dwóch galaktyk. Źródła: Phys.org, The Open Journal of Astrophysics Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Wokół centrum Drogi Mlecznej dzieje się coś dziwnego. Młode gwiazdy kręcą się tam niczym rój pszczół
Pędzą wokół czarnej dziury z zawrotną prędkością i w zorganizowanym szyku. W samym centrum naszej Galaktyki, niebezpiecznie blisko supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A*, krąży rój młodych gwiazd poruszających się z prędkością 3,5 miliona kilometrów na godzinę.
W tym artykule: Młode gwiazdy typu S Młode obiekty gwiazdowe Supermasywna czarna dziura zmienia orbity gwiazd Centrum Drogi Mlecznej W najnowszym badaniu, opublikowanym 14 czerwca 2024 r. w czasopiśmie „Astronomy and Astrophysics”, naukowcy przeanalizowali ruchy tzw. młodych obiektów gwiazdowych (YSO) oraz niektórych młodych gwiazd typu S. Celem analizy było zrozumienie, w jaki sposób poruszają się one wokół Sagittariusa A* (Sgr A*). To supermasywna czarna dziura znajdująca się w centrum Drogi Mlecznej. Analiza ujawniła ukryte wzorce i prawidłowości w ruchu tych obiektów. Bo choć na pierwszy rzutu oka wydają się przemieszczać w sposób chaotyczny, w rzeczywistości poruszają się w wysoce zorganizowanej formacji. Przypomina ona rój pszczół. Młode gwiazdy typu S Czym są analizowane obiekty? Zacznijmy od gwiazd typu S. 30 lat temu naukowcy po raz pierwszy odkryli grupę około młodych 100 gwiazd, krążącą bardzo blisko serca czarnej Drogi Mlecznej. Tym sercem jest Sgr A*. Wszystkie te gwiazdy są stosunkowo młode – mają mniej niż 100 milionów lat. Niektóre eksplodują i stają się czarnymi dziurami, inne żyją przez biliony lat. Jak wygląda ewolucja gwiazd? Ewolucja gwiazd to proces przebiegający w różnym tempie i nie zawsze w ten sam sposób. Wpływ na to ma wiele czynników, a przede wszystkim – masa ciała niebieskiego. W trakcie swojego życi... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/ewolucja-gwiazd-jak-wyglada-ten-proces-i-jak-dlugo-zyja-gwiazdy-fot-universal-history-archive-universal-images-group-via-getty-images-f81c079.jpg" width="938" height="690" alt="Ewolucja gwiazd – jak wygląda ten proces i jak długo żyją gwiazdy? (fot. Universal History Archive/Universal Images Group via Getty Images)" title="Ewolucja gwiazd – jak wygląda ten proces i jak długo żyją gwiazdy? (fot. Universal History Archive/Universal Images Group via Getty Images)" /> Wszystkie też znajdują się w odległości kilku lat świetlnych od gigantycznej czarnej dziury. Intensywna grawitacja Sgr A* rozpędza te młode gwiazdy do prędkości ponad 3,5 mln km/godz. Oznacza to, że poruszają się po Drodze Mlecznej pięciokrotnie szybciej niż nasze Słońce. Od czasu ich odkrycia gwiazdy typu S były punktem spornym wśród astronomów ze względu na ich zaskakująco młody wiek. Wcześniejsze obserwacje i obecne teorie sugerują, że tylko najstarsze gwiazdy w Galaktyce powinny znajdować się tak blisko supermasywnej czarnej dziury. Ale najwyraźniej tak nie jest. Młode obiekty gwiazdowe Jednak młode gwiazdy typu S nie są jedynymi obiektami znajdującymi się tak blisko Sgr A*. W ostatniej dekadzie naukowcy dostrzegli około tuzina innych obiektów przemieszanych z gwiazdami typu S. Obiekty te, znane jako młode obiekty gwiazdowe (YSO), mają zaledwie kilka milionów lat. Wciąż nie są w pełni uformowane, ale krążą wokół Sgr A* tak samo szybko, jak gwiazdy typu S. – Gwiazdy typu S są zaskakująco młode. Ale to obecność gwiezdnego przedszkola składającego się z YSO jest, zgodnie z konwencjonalnymi teoriami, całkowicie nieoczekiwana – powiedział główny autor badania Florian Peißker, astrofizyk z Uniwersytetu w Kolonii w Niemczech. Supermasywna czarna dziura zmienia orbity gwiazd Wciąż nie wiadomo, jak doszło do tego, że młode gwiazdy wraz z gwiezdnym przedszkolem poruszają się w pozornie przypadkowy sposób. Pozornie, bo jak już wspominaliśmy, ten ruch został przyrównany do roju pszczół. Problem ten wciąż będzie analizowany. Jednak już teraz można śmiało powiedzieć, że kluczowa jest tu grawitacja supermasywnej czarnej dziury. – Rozkład obu typów gwiazd przypomina dysk. To daje wrażenie, że supermasywna czarna dziura zmusza gwiazdy do przyjęcia zorganizowanej orbity – mówi Peißker. Przypomnijmy, że Sagittarius A* ma masę 4,3 miliona mas Słońca. Ustalili to w 2008 roku astronomowie Reinhard Genzel i Andrea Ghez. Za swoje badania czarnych dziur otrzymali w 2020 roku Nagrodę Nobla z fizyki. Centrum Drogi Mlecznej Astronomowie obliczyli także, że średnica supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej wynosi około 23,5 miliona kilometrów. To niewiele w porównaniu z samą Drogą Mleczną, która ma 100 000 lat świetlnych szerokości i 1000 lat świetlnych grubości. Wszystko w naszej liczącej 13,6 miliarda lat Galaktyce krąży wokół Sagittarius A*, w tym nasz Układ Słoneczny. Nowe badania przypominają , że wciąż jest wiele niewiadomych dotyczących wewnętrznych obszarów Drogi Mlecznej. W ostatnich latach naukowcy odkryli również niewidzialną barierę promieniowania kosmicznego, swobodnie spadającą martwą gwiazdę i dziwaczną plamę gazu poruszającą się z prędkością prawie jednej trzeciej prędkości światła. A wszystko to w bliskiej odległości od Sgr A*. Źródło: Astronomy & Astrophysics. Nasz ekspert Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.
Pierwszy raz uczeni obserwują „na żywo” przebudzenie się czarnej dziury. Możliwe także w Drodze Mlecznej
Pięć lat temu pewna galaktyka nagle mocno pojaśniała. Dlaczego? Zdaniem badaczy jesteśmy świadkami unikatowego zjawiska: przebudzenia się masywnej czarnej dziury znajdującej się w jej centrum. Takiego fenomenu nigdy wcześniej nie obserwowaliśmy w czasie rzeczywistym.
W tym artykule: Coraz jaśniejsza galaktyka Przebudzenie się czarnej dziury Galaktyki z uśpionymi gigantami w środku Czy to samo spotka i nas? Wszystko zaczęło się w grudniu 2019 roku. Wówczas pewna galaktyka położona w konstelacji Panny została nagle przyuważona przez teleskop Zwicky Transient Facility. ZTF to stały przegląd północnego nieba, wypatrujący obiektów nagle zmieniających swoją jasność. Takich jak supernowe, wybuchy promieniowania gamma czy kolizje gwiazd neutronowych. Wspomniana galaktyka niczym się wcześniej nie wyróżniała. Przez poprzednie dwie dekady emitowała stałą ilość energii. Jednak niecałe pięć lat temu nagle zaczęła świecić jaśniej niż kiedykolwiek wcześniej. Astronomowie użyli obserwatoriów naziemnych i teleskopów kosmicznych, by się jej bliżej przyjrzeć. Dzisiaj opublikowali efekty tych obserwacji. A są one zaskakujące. Badacze ogłosili, że jesteśmy świadkami zjawiska, którego nigdy nie obserwowaliśmy w czasie rzeczywistym. Ich zdaniem w środku galaktyki oznaczonej jako SDSS1335+0728 nagle przebudziła się masywna czarna dziura. Coraz jaśniejsza galaktyka – Wyobraź sobie, że latami obserwujesz odległą galaktykę. Jest nieaktywna, aż nagle jej jądro wykazuje dramatyczną zmianę jasności. Nie przypomina to niczego, co widziałeś wcześniej – opisuje obserwacje Paula Sánchez Sáez. Sánchez Sáez jest astronomką z Europejskiego Obserwatorium Południowego i główną autorką pracy przyjętej do publikacji w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”. To właśnie przytrafiło się galaktyce SDSS1335+0728. Na pozór fenomen nie powinien być uznany za zaskakujący. Supernowa albo rozerwanie pływowe – czyli rozdarcie gwiazdy, która znajdzie się zbyt blisko czarnej dziury – mogą sprawić, że nagle rozświetla się cała galaktyka. Jednak tego rodzaju zjawiska zazwyczaj trwają kilkadziesiąt lub najwyżej kilkaset dni. Natomiast galaktyka SDSS1335+0728 nadal jaśnieje, mimo że od pierwszych obserwacji upłynęło już ponad cztery lata. Przebudzenie się czarnej dziury Aby wyjaśnić nietypowe zjawisko, naukowcy porównali dane obserwacyjne zbierane przed i po grudniu 2019 r. Pomogły w tym m.in. instrumenty Bardzo Dużego Teleskopu pracującego w Chile. Okazało się, że obecnie galaktyka SDSS1335+0728 emituje znacznie więcej promieniowania ultrafioletowego, światła widzialnego i podczerwonego niż wcześniej. Co więcej, w lutym 2024 r. zaczęła wysyłać również promieniowanie rentgenowskie. – To jest zachowanie bez precedensu – komentuje Sánchez Sáez. Tak szeroki zakres emitowanego promieniowania elektromagnetycznego naprowadził naukowców na trop rozwiązania. – Najbardziej konkretnym wyjaśnieniem jest uaktywnienie się jądra galaktyki – mówi współautorka badań Lorena Hernández García. – Jeśli tak, byłby to pierwszy raz, kiedy obserwujemy uaktywnienie się masywnej czarnej dziury w czasie rzeczywistym – dodaje. Zaobserwowano, jak czarna dziura rozrywa przelatującą obok gwiazdę i nadaje jej kształt pączka z dziurką Astronomowie zarejestrowali ostatnie chwile gwiazdy rozrywanej przez czarną dziurę. Choć do zdarzenia doszło bardzo daleko od Układu Słonecznego, cały proces udało się zrekonstruować ze s... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/zaobserwowano-jak-czarna-dziura-rozrywa-przelatujaca-obok-gwiazde-i-nadaje-jej-ksztalt-paczka-z-dziurka-fot-nasa-esa-leah-hustak-stsci-bbb2789.jpg" width="938" height="596" alt="Zaobserwowano, jak czarna dziura rozrywa przelatującą obok gwiazdę i nadaje jej kształt pączka z dziurką (fot. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI))" title="Zaobserwowano, jak czarna dziura rozrywa przelatującą obok gwiazdę i nadaje jej kształt pączka z dziurką (fot. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI))" /> Galaktyki z uśpionymi gigantami w środku Masywne czarne dziury znajdują się w jądrach większości galaktyk. Zazwyczaj są uśpione i nie da się ich obserwować bezpośrednio. Jeśli jednak czarna dziura zaczyna nagle pochłaniać znajdujący się w otoczeniu gaz, wówczas wokół niej formuje się wirujący, coraz bardziej rozgrzany dysk akrecyjny. Podczas opadania materii na czarną dziurę wytwarzane są ogromne ilości energii. Sama zaś materia zmienia się w gorącą plazmę. Zdarza się, że w części aktywnych galaktyk – a do tego rodzaju została właśnie przepisana SDSS1335+0728 – pojawiają się nawet dżety. Czyli strumienie materii wystrzeliwane nieraz na tysiące lat świetlnych w kosmos. Czy to samo spotka i nas? Dlaczego czarna dziura w jądrze SDSS1335+0728 – o masie milion razy większej od masy Słońca – przebudziła się właśnie teraz? Nie wiadomo. Jednak zdarzenie, jakie zaszło w galaktyce odległej o 300 mln lat świetlnych, ma ciekawe konsekwencje także dla Drogi Mlecznej. W jej jądrze, jak w wielu innych, również znajduje się supermasywna czarna dziura, Sagittarius A*. Jeden z współautorów badań, Claudio Ricci, zauważa w oświadczeniu prasowym, że to samo co w SDSS1335+0728 może zdarzyć się także w Drodze Mlecznej. Czyli również Sagittarius A* może się nagle i stosunkowo szybko uaktywnić. Niestety Ricci nie mówi, jakie byłyby tego skutki. W podsumowaniu autorzy przyznają, że istnieją jeszcze inne możliwe wyjaśnienia procesu zaobserwowanego w galaktyce SDSS1335+0728. Mogło tam dojść to nietypowo powolnego rozerwania pływowego. Albo nawet do jeszcze innego, nieznanego dotychczas zjawiska. By rozstrzygnąć, co rzeczywiście dzieje się 300 mln lat świetlnych stąd, potrzebne są więc dalsze obserwacje. Źródło: EurekAlert Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Gwiazdy mogą być nieśmiertelne? Tak, jeśli składają się z ciemnej materii – głosi kontrowersyjna teoria
Ciemna materia odgrywa kluczową rolę w życiu gwiazd znajdujących się w centrum Drogi Mlecznej. Grupa naukowców podejrzewa, że dzięki niej mogą być nieśmiertelne.
W tym artykule: Paradoksy z centrum Galaktyki Ciemna materia wewnątrz gwiazd Gwiazdy bez fuzji jądrowej Zagadki centrum Galaktyki Ile gwiazd liczy Droga Mleczna? NASA podaje, że ok. 100 mld. Tworzą one gigantyczny dysk średnicy 100 tys. lat świetlnych (Ziemię od Neptuna dzieli nieco ponad 4 godziny świetlne). Słońce i jego system planetarny znajdują się bardzo daleko od centrum Galaktyki. Od środka Drogi Mlecznej dzieli nas 25 tys. lat świetlnych. Ten dystans może mieć istotne znaczenie dla tego, jak funkcjonuje nasza gwiazda. Badania naukowców z Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Sztokholmskiego wykazały, że gwiazdy znajdujące się w pobliżu środka Drogi Mlecznej ewoluują nieco inaczej niż gwiazdy oddalone od środka. Te znajdujące się w promieniu jednej trzeciej roku świetlnego od centrum wydają się podlegać nietypowemu mechanizmowi – anihilacji ciemnej materii (ang. dark matter anihilation). Na czym polega ten mechanizm? Według badaczy wytwarza skierowane do zewnątrz ciśnienie równoważące siłę grawitacji. Tym samym gwiazda nie może zapaść się grawitacyjnie, nawet gdy w jej środku nie zachodzi fuzja jądrowa. Dla słońc oznacza to, że nigdy się nie starzeją. I de facto stają się nieśmiertelne. Paradoksy z centrum Galaktyki Praca na ten temat – na razie nierecenzowana – została opublikowana na serwisie preprintów naukowych arXiv.org. Jej autorzy spróbowali wyjaśnić kilka paradoksów związanych z gwiazdami znajdującymi się w samym jądrze naszej Galaktyki. Jednym z paradoksów jest już sama ich tam obecność. Obszar w promieniu trzech lat świetlnych od środka Galaktyki uznaje się za wyjątkowo niesprzyjający formowaniu się gwiazd. Nie wiadomo więc, jak powstały słońca znajdujące się w pobliżu supermasywnej czarnej dziury Sagittariusa A*. Drugi paradoks: są to wyjątkowo młode gwiazdy. Znacznie młodsze niżby były, gdyby pochodziły z dalszych rejonów Drogi Mlecznej. Ciemna materia wewnątrz gwiazd Czy wyjaśnienie tych zagadek może mieć związek z ciemną materią? Ten nieuchwytny składnik Wszechświata jest rozłożony w Galaktyce nierównomiernie. Najwięcej ciemnej materii jest właśnie w środku Drogi Mlecznej. Czym dalej od centrum, tym gęstość ciemnej materii maleje. Autorzy pracy przyjęli, że ciemna materia musi wchodzić w skład gwiazd najbliższych środkowi Galaktyki. Oraz że – podobnie jak zwykła materia – ulega anihilacji po zetknięciu z ciemną antymaterią. Jeśli faktycznie cząstki czarnej materii anihilują po zetknięciu z antycząstkami i jeśli dzieje się to wewnątrz gwiazd, w rezultacie pojawia się tam „siła rozpychająca”. Czyli skierowane do zewnątrz ciśnienie, takie samo, jakie w Słońcu powstaje w wyniki fuzji jądrowej. Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak Dane pozyskane dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba wspierają zaskakującą hipotezę. Możliwe jest, że w kosmosie istnieją ciemne gwiazdy. Czyli takie, które składają się nie ze zw... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/czy-w-kosmosie-istnieja-tajemnicze-ciemne-gwiazdy-trio-badaczy-twierdzi-ze-tak-fot-getty-images-6792c52.jpg" width="934" height="700" alt="Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak (fot. Getty Images)" title="Czy w kosmosie istnieją tajemnicze ciemne gwiazdy? Trio badaczy twierdzi, że tak (fot. Getty Images)" /> Gwiazdy bez fuzji jądrowej Naukowcy zasymulowali ewolucję gwiazdy, w której skład wchodzą różne ilości ciemnej materii. Kiedy doszło do gwiazd odpowiadającym tym ze środka Drogi Mlecznej, okazało się, że mogą pozostawać w stanie równowagi w ogóle bez fuzji jądrowej. Siła niezbędna do zrównoważenia siły grawitacji powstawała w procesie anihilacji ciemnej materii. – Nasze symulacje pokazują, że gwiazdy mogą przetrwać wyłącznie na „paliwie” ciemnej materii – powiedziała Isabelle John z Uniwersytetu Sztokholmskiego, współautorka pracy. – A ponieważ w pobliżu centrum Galaktyki znajduje się niezwykle duża ilość ciemnej materii, gwiazdy te stają się nieśmiertelne – dodała. Zagadki centrum Galaktyki Zaproponowana teoria wyjaśnia jeszcze jeden paradoks związany z centralnymi gwiazdami. – W naszych symulacjach lżejsze gwiazdy stają się bardziej puszyste i mogą nawet stracić część swoich zewnętrznych warstw – mówi John. Coś podobnego można zaobserwować w środku Galaktyki. Znajdują się tam gwiazdopodobne obiekty G (G-objects), wokół których unoszą się chmury gazu. Czy teoria przetrwa etap dyskusji naukowej? Zobaczymy. Na pewno do jej weryfikacji posłużyłyby dane obserwacyjne. O te na razie trudno, ponieważ środek Galaktyki jest ekstremalnie jasny i przez to trudny do badania. Pomocny mógłby okazać się planowany teleskop TMT z lustrem o imponującej średnicy 30 m. Niestety, choć przymiarki do jego budowy trwają od dekady, na razie nie ma zgody, gdzie miałby stanąć ten gigant. Źródła: Phys.org, arXiv.org, NASA.
Z jaką prędkością obraca się czarna dziura? Udało się to oszacować, a odpowiedź jest zaskakująca
Czarne dziury wcale nie są takie szybkie, jak przypuszczano. Taki wniosek płynie z badań, których wyniki opublikowano w zeszłym tygodniu w prestiżowym czasopiśmie „Nature”. By oszacować, jak szybko obraca się czarna dziura, naukowcy szukali śladów rzadkiego zjawiska – tzw. rozerwania pływowego.
W tym artykule: Mordercze czarne dziury Co się dzieje z resztkami rozerwanej gwiazdy? Chwiejący się dysk akrecyjny Z jaką prędkością obraca się czarna dziura? Znalezienie odpowiedniego obiektu do badań czasami zajmuje więcej czasu niż same badania. W przypadku próby oszacowania prędkości wirowania czarnej dziury naukowcy aż pięć lat szukali właściwej kandydatki. Ostatecznie wypatrzyli ją w galaktyce odległej od Ziemi o miliard lat świetlnych. Dlaczego trwało to aż tyle? Ostatecznie najbliższa supermasywna czarna dziura – Sagittarius A* – znajduje się w centrum Drogi Mlecznej. Dzieli ją od nas „zaledwie” 26 tys. lat świetlnych. Jednak Sagittarius A* nie spełniała kluczowego założenia badawczego. Było nim znalezienie czarnej dziury tuż po tym, jak popełniła „gwiezdne morderstwo”. Czyli zaraz po tym, jak jej potężne siły grawitacji rozerwały przelatującą w pobliżu gwiazdę. Mordercze czarne dziury Wyobraźmy sobie, że w pobliżu supermasywnej czarnej dziury pojawia się gwiazda. Gigantyczna grawitacja czarnej dziury zacznie ją przyciągać. Siły pływowe spowodują zaś, że gwiazda ulegnie rozciąganiu. To zjawisko nazywa się spagetyzacją albo efektem makaronu. W końcu gwiazda zostanie rozerwana. Tego typu zdarzenie astronomowie nazwali rozerwaniem pływowym (ang. Tidal Disruption Event, TDE). Jest ono bardzo rzadkie. Dla każdej galaktyki z supermasywną czarną dziurą w centrum do rozerwania przypadkowo „złapanej” gwiazdy dochodzi tylko kilka razy na 100 tys. lat. Co się dzieje z resztkami rozerwanej gwiazdy? Dla wyliczenia szybkości wirowania czarnej dziury kluczowe jest to, co dzieje się z resztkami gwiazdy po zmiażdżeniu w grawitacyjnym imadle. Na skutek rozerwania pływowego w pobliżu czarnej dziury pojawia się gigantyczny obłok materii. Jej część zostaje wyrzucona w przestrzeń kosmiczną. Jednak reszta zostaje przeciągnięta przez czarną dziurę i formuje obracający się wokół niej dysk akrecyjny. Te same siły pływowe, które doprowadziły do rozerwania gwiazdy, działają również na pozostały po niej dysk. Siły tarcia sprawiają, że zaczyna on jasno świecić. To jednak nie wszystko. Obracająca się czarna dziura ciągnie za sobą całą pobliską czasoprzestrzeń (to tzw. efekt Lensego-Thirringa). Na skutek tego w okresie po powstaniu dysk akrecyjny ulega precesji – w uproszczeniu, chwieje się w charakterystyczny sposób. Po rozerwaniu i połknięciu gwiazdy czarne dziury „bekają”? „Nigdy czegoś takiego nie widzieliśmy” Cztery lata temu niewielka gwiazda zbliżyła się do czarnej dziury. Została przez nią rozerwana i pochłonięta. Jednak trzy lata później ta sama czarna dziura znów się uaktywniła. Naukowc... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/po-rozerwaniu-i-polknieciu-gwiazdy-czarne-dziury-bekaja-nigdy-czegos-takiego-nie-widzialem-fot-desy-science-communication-lab-c0e2890.jpg" width="938" height="528" alt="Po rozerwaniu i połknięciu gwiazdy czarne dziury „bekają”? „Nigdy czegoś takiego nie widziałem” (fot. DESY, Science Communication Lab)" title="Po rozerwaniu i połknięciu gwiazdy czarne dziury „bekają”? „Nigdy czegoś takiego nie widziałem” (fot. DESY, Science Communication Lab)" /> Chwiejący się dysk akrecyjny I tu do chodzimy do istoty odkrycia opisanego w „Nature”. To chwianie się resztek rozerwanej gwiazdy może posłużyć do obliczenia, z jaką prędkością obraca się czarna dziura. Naukowcy zrobili to dla AT2020ocn – emisji silnego promieniowania, docierającego z galaktyki odległej o miliard lat świetlnych. AT2020ocn zostało wychwycone w świetle widzialnym w przeglądzie Zwicky Transient Facility. Jego źródłem jest rozerwanie pływowe, do którego doszło w pobliżu supermasywnej czarnej dziury o masie od miliona do 10 mln razy większej od Słońca. Astronomowie pod kierunkiem Dheeraja Pashama z MIT skierowali w tamtą stronę teleskop NICER, działający na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Rejestruje on promieniowanie rentgenowskie pojawiające się wokół czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Jak się okazało, precesja nowo powstałego dysku akrecyjnego AT2020ocn odciskała swój ślad na docierającym stamtąd promieniowaniu rentgenowskim. Zmieniało się ono w skali 15 dni. Po trzech miesiącach zaś cykl się skończył – co sygnalizowało, że w pełni uformowany dysk przestał się chwiać. Z jaką prędkością obraca się czarna dziura? Obserwacje z użyciem NICER pozwoliły oszacować prędkość wirowania morderczej czarnej dziury. I tu pojawiła się niespodzianka. – Nieco nas zaskoczyło, że czarna dziura nie obraca się bardzo szybko – wyjaśniał Dheeraj Pasham. – To było tylko nieco mniej niż 25 proc. prędkości światła – dodał. Czy obserwacja skutków innego TDE dałaby podobny wynik? Przekonamy się o tym niedługo. W przyszłym roku ma zacząć działać Vera C. Rubin Observatory w Chile. – Spodziewamy się, że w ciągu następnej dekady Rubin wykryje nawet tysiące TDE – mówi Pasham. Jeśli uda się zmierzyć precesję Lense-Thirringa choćby dla ułamka z nich, naukowcy będą mogli powiedzieć więcej na temat wirowania supermasywnych czarnych dziur. A także ich ewolucji od początku Wszechświata. Źródło: Nature, Live Science. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Niesamowite zderzenie. Zobaczyliśmy łączenie się czarnych dziur we Wszechświecie mającym tylko 740 mln lat
Niecały miliard lat po Wielkim Wybuchu zaczęły łączyć się ze sobą dwie galaktyki z masywnymi czarnymi dziurami w środku. Emitowane przez nie promieniowanie zostało właśnie zarejestrowane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. To najstarsze tego typu zdarzenie, jakie udało się zaobserwować.
W tym artykule: Jak duże są czarne dziury biorące udział w fuzji? Łączenie się czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie Fale grawitacyjne jako dowód fuzji W środku większości dużych galaktyk, jakie znamy, znajdują się czarne dziury. Te obiekty są zazwyczaj bardzo masywne. Czarne dziury o masie gwiazdowej są kilkadziesiąt razy masywniejsze od Słońca. Jednak w jądrach galaktyk kryją się prawdziwe potwory. Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej – Sagittarius A* – ma masę ponad 4 mln razy większą od Słońca. Jednak supermasywne czarne dziury mogą być jeszcze większe. I, jak podejrzewają naukowcy, wywierają wpływ na galaktyki, w których rezydują. Jak doszło do tego, że mają tak gigantyczną masę? Na to pytanie nie ma jeszcze dobrej odpowiedzi. Natomiast najnowsze obserwacje wykonane z pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wskazują, że supermasywne czarne dziury istniały już w początkach Wszechświata. Jak duże są czarne dziury biorące udział w fuzji? Szczegóły zostały opisane w pracy opublikowanej w czasopiśmie naukowym „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Obserwacje dotyczyły układu oznaczonego ZS7. Składa się on z dwóch łączących się galaktyk, zawierających supermasywne czarne dziury. Udało się oszacować masę jednej z nich. Jest 50 milionów razy większa od masy Słońca. – Masa drugiej czarnej dziury najprawdopodobniej jest zbliżona – mówi Roberto Maiolino z University of Cambridge i University College London, jeden z autorów pracy. – Chociaż o wiele trudniej jest ją wyliczyć, ponieważ ukrywa się w gęstym gazie – wyjaśnia naukowiec. Łączenie się czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie Wokół czarnych dziur w ZS7 uformowały się dyski akrecyjne – czyli wirujące obłoki rozgrzanych gazów. Pewne cechy docierającego stamtąd promieniowania pozwoliły domyślić się, że w układzie ZS7 znajdują się właśnie dwie czarne dziury o wielkiej masie. Było to zaskoczenie, ponieważ zarejestrowane światło pochodzi z okresu, gdy Wszechświat miał tylko 740 mln lat. – Jednym z problemów, jakie mamy w kosmologii, jest wyjaśnienie, w jaki sposób te wczesne czarne dziury stały się tak masywne – mówi Maiolino. – W przeszłości rozważaliśmy, że mogły pochłaniać błyskawicznie materię. Albo od razu „rodzić się” tej wielkości. Jeszcze inna możliwość: urosły błyskawicznie dzięki fuzji – opowiada badacz. Ta możliwość została właśnie niebezpośrednio potwierdzona. To o tyle ważne, że dotychczas wcale nie było pewne, iż połączenie się galaktyk skutkuje automatycznym połączeniem się czarnych dziur rezydujących w ich jądrach. Wręcz przeciwnie. Istniała teoria, według której jedna z czarnych dziur mogłaby zostać wystrzelona poza galaktyki i zamienić się w „wędrującą czarną dziurę”. Zaskakująca hipoteza. Pasożytnicze czarne dziury mogą pożerać gwiazdy od środka. Jak je wykryć? Wewnątrz niektórych gwiazd mogą znajdować się czarne dziury. Pożerałyby one gwiazdę od środka, niekiedy bardzo powoli. Wywoływałoby to efekty, które są możliwe do wykrycia. <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/zaskakujaca-hipoteza-pasozytnicze-czarne-dziury-moga-pozerac-gwiazdy-od-srodka-jak-je-wykryc-ryc-icrar-e0e6923.jpg" width="938" height="528" alt="Zaskakująca hipoteza. Pasożytnicze czarne dziury mogą pożerać gwiazdy od środka. Jak je wykryć? (ryc. ICRAR)" title="Zaskakująca hipoteza. Pasożytnicze czarne dziury mogą pożerać gwiazdy od środka. Jak je wykryć? (ryc. ICRAR)" /> Fale grawitacyjne jako dowód fuzji Co dokładnie dzieje się w układzie SZ7? – Znaleźliśmy dowody, że w pobliżu jednej czarnej dziury znajduje się dużo szybko poruszającego się gazu – mówi Hannah Übler z University of Cambridge, główna autorka pracy. – Jest tam również gorący i silnie zjonizowany gaz, oświetlony promieniowaniem emitowanym przez czarne dziury w czasie epizodów akrecyjnych. Dzięki bezprecedensowej szczegółowości zdjęć robionych przez Teleskop Webba możliwe było rozróżnienie obu czarnych dziur – dodaje astrofizyczka. Badacze piszą w pracy, że te czarne dziury przechodzą właśnie proces fuzji. Zdaniem Übler łączenie się czarnych dziur jest właśnie tym sposobem, w jaki obiekty te się rozrastają. Jak mówi badaczka, działo się to nawet podczas „kosmicznego świtu”. I od tamtego czasu zlewanie się czarnych dziur wpływało na ewolucję całych galaktyk. Kiedy czarne dziury w SZ7 połączą się? Tego nie wiadomo. Jednak gdy do tego dojdzie, efektem fuzji będą fale grawitacyjne rozchodzące się po kosmosie. W przyszłości tego rodzaju zdarzenia będziemy mogli rejestrować dzięki detektorom fal grawitacyjnych nowej generacji. Takim jak LISA, kosmiczny detektor, który będzie wraz z Ziemią krążył wokół Słońca. Ten niezwykły instrument badawczy ma zostać uruchomiony w następnym dziesięcioleciu. Źródła: ESA, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Einstein miał rację. Po raz pierwszy zaobserwowano, że materia wpada do czarnej dziury „jak rzeka do wodospadu”
Naukowcom po raz pierwszy udało się przyjrzeć bliżej szczególnemu rejonowi wokół czarnej dziury. „Strefa nurkowania” to obszar za wewnętrzną granicą dysku akrecyjnego, z którego materia opada na czarną dziurę. Jego istnienie przewidział Albert Einstein.
W tym artykule: Co to jest dysk akrecyjny? Granica dysku akrecyjnego Sekrety czarnych dziur Pierwszy raz czarną dziurę zobaczyliśmy w 2019 r. Wówczas naukowcy zaprezentowali historyczną fotografię supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Dwa lata temu mogliśmy zaś przyjrzeć się Sagittariusowi A*, „naszej” czarnej dziurze – obiektowi tego typu znajdującemu się w środku Drogi Mlecznej. Fotografie te – a także tegoroczne zdjęcie Sagittariusa A*, rejestrujące światło spolaryzowane – mają ważną wspólną cechę. Otóż tak naprawdę czarnej dziury na nich nie widać. Te obiekty są niewidoczne ze swej natury. Mają tak dużą masę, że przyciągają wszystko, co znajduje się w ich pobliżu, nawet światło. Pomarańczowe pierścienie na zdjęciach to wirująca wokół czarnej dziury materia. Naukowcy przyjrzeli się właśnie jej wewnętrznej granicy, znajdującej się tuż nad tzw. horyzontem zdarzeń. I po raz pierwszy dostrzegli region przewidywany przez teorię Alberta Einsteina. To „strefa nurkowania” (ang. plunging region): obszar, w którym materia przestaje wirować wokół czarnej dziury i opada prosto na nią. Co to jest dysk akrecyjny? Wirująca materia krąży nie tylko wokół czarnych dziur. Tzw. dyski akrecyjne pojawiają się także wokół gwiazd neutronowych, kwazarów albo np. białych karłów. Wszystkie są źródłem promieniowania elektromagnetycznego, jednak w różnym zakresie. Dyski akrecyjne kwazarów emitują światło młodych gwiazd – podczerwień, zaś czarnych dziur i gwiazd neutronowych – promieniowanie rentgenowskie. Andrew Mummery z Oksfordu wraz z zespołem użył kosmicznego teleskopu Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTART), rejestrującego właśnie światło w zakresie rentgenowskim. Urządzenie posłużyło do obserwacji układu podwójnego MAXI J1820+070, oddalonego od Ziemi o 10 tys. lat świetlnych. Jednym z jego składników jest czarna dziura o masie 8,5 mas Słońca. Układ jest źródłem mocnych rozbłysków, co sprawia, że przykuwa uwagę astronomów (badali go również polscy naukowcy z CAMK PAN). Granica dysku akrecyjnego Naukowcy z Oksfordu opracowali modele opisujące promieniowanie elektromagnetyczne docierające do nas z dysku akrecyjnego czarnej dziury. Jak się okazało, zgadzają się one z danymi z NuSTAR wtedy, kiedy oprócz światła emitowanego przez wirujący dysk uwzględni się również światło wysyłane przez materię znajdującą się w „strefie nurkowania”. Wszystko, co trafi do tego rejonu, przestaje okrążać czarną dziurę. Spada na nią, szybko zbliżając się do prędkości światła. – To jak rzeka zamieniająca się w wodospad. Jednak dotychczas obserwowaliśmy tylko rzekę – powiedział „New Scientistowi” Andrew Mummery. – Gdyby Einstein się mylił, widzielibyśmy na całej długości rzekę – dodaje badacz. Udało się zarejestrować światło otaczające jedne z najstarszych kwazarów. Odsłoniło ono sekret czarnych dziur – Zaobserwowane przez nas czarne dziury z czasów, gdy Wszechświat był wciąż w powijakach, są miliardy razy masywniejsze od Słońca – twierdzą naukowcy z Massachusetts Institute of Techn... <img src="https://images.immediate.co.uk/production/volatile/sites/63/2024/08/udalo-sie-zarejestrowac-swiatlo-otaczajace-jedne-z-najstarszych-kwazarow-odslonilo-ono-sekret-czarnych-dziur-fot-nasa-c1f2db7.jpg" width="900" height="600" alt="Udało się zarejestrować światło otaczające jedne z najstarszych kwazarów. Odsłoniło ono sekret czarnych dziur (fot. NASA)" title="Udało się zarejestrować światło otaczające jedne z najstarszych kwazarów. Odsłoniło ono sekret czarnych dziur (fot. NASA)" /> Sekrety czarnych dziur Jednak wodospad również istnieje i ma wpływ na ilość promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez czarną dziurę. To pewne zaskoczenie dla naukowców. Dotychczas przypuszczali, że gdy materia przekracza wewnętrzną granicę dysku akrecyjnego i leci w kierunku horyzontu zdarzeń, jest już zbyt mało czasu, by jeszcze „zdążyła” wysyłać jakiekolwiek promieniowanie. Odkrycie wyjaśnia jeden z fenomenów związanych z czarnymi dziurami. Obserwacje wykazywały, że obracają się one nieco szybciej niż wynika z teorii. A ponieważ blask jest związany z obrotami, obserwacje dodatkowego światła ze „strefy zanurzenia” sprawiają, że teoria zaczyna zgadzać się z danymi. Naukowcy planują dalsze badania tego fascynującego rejonu i warunków, które tam panują. – Technicznie rzecz biorąc, gdyby materia miała rakietę, mogłaby uciec ze „strefy nurkowania” – mówi Mummery. – Jednak jest skazana na zagładę: jej orbita staje się niestabilna i szybko przyspiesza do prędkości światła. Ma taką samą szansę na powrót jak woda spływająca do wodospadu – dodaje naukowiec. Czyli w praktyce żadną. Źródło: New Scientist, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Astronomy&Astrophysics. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
W centrum Drogi Mlecznej kręci się szalona karuzela. Wirują na niej gwiazdy-zombie, które pochłaniają swoich towarzyszy
Co się dzieje w najbliższym sąsiedztwie supermasywnej czarnej dziury w środku Drogi Mlecznej? Jest tam gęsto od gwiazd poruszających się z gigantycznymi prędkościami. Naukowcy po raz pierwszy zasymulowali skutki ich zderzeń. Tak odkryli gwiazdy-zombie, które odmładzają się, przechwytując materię innych słońc.
W tym artykule: Godziny szczytu w metrze nowojorskim Zderzenia i rosnąca masa gwiazd Jak powstają gwiazdy-zombie? W jądrze naszej Galaktyki kryje się Sagittarius A*. To supermasywna czarna dziura o masie 4 mln razy większej od masy Słońca. Ten gigant silnie zakrzywia otaczającą go czasoprzestrzeń. Sprawia to, że gwiazdy znajdujące się w pobliżu przemierzają kosmos z ogromnymi prędkościami. Ten rejon Drogi Mlecznej można porównać do gigantycznego ronda. I to takiego, na którym cały czas panują godziny szczytu. Wszyscy się spieszą, a ruch jest olbrzymi. Nic dziwnego, że bez przerwy dochodzi do kolizji. Niekiedy są to zderzenia centralne. Innym razem wirujące wokół czarnej dziury gwiazdy muskają się jedynie „zderzakami”. Jednak nawet takie spotkania są dla nich brzemienne w skutkach. Naukowcy z Northwestern University po raz pierwszy zasymulowali ruch na „rondzie” w centrum Drogi Mlecznej. To pozwoliło im wyjaśnić jedną z zagadek tego rejonu kosmosu. Dlaczego wiele tamtejszych gwiazd wygląda zaskakująco młodo? Godziny szczytu w metrze nowojorskim – Obszar wokół centralnej czarnej dziury jest gęsty od gwiazd poruszających się z niezwykle dużymi prędkościami – mówi astronomka Sanaea Rose, kierująca badaniami. – To trochę jak bieganie po niesamowicie zatłoczonej stacji metra w Nowym Jorku. Jeśli nie zderzasz się z innymi ludźmi, to mijasz ich bardzo blisko. W przypadku gwiazd takie bliskie spotkania przekładają się na ich oddziaływanie grawitacyjne. Chcieliśmy zbadać, co te zderzenia i interakcje oznaczają dla populacji gwiazd i scharakteryzować ich skutki – wyjaśnia badaczka. Naukowcy skupili się wpierw na sąsiedztwie Saggitariusa A*. – Najbliższa Słońcu gwiazda znajduje się w odległości około czterech lat świetlnych – mówi Rose. W takiej samej odległości od supermasywnej czarnej dziury znajduje się aż milion gwiazd. A ponieważ Sagittarius A* przyciąga je z ogromną siłą, mogą one poruszać się z prędkościami sięgającymi nawet tysięcy kilometrów na sekundę. Zderzenia i rosnąca masa gwiazd W takim gęstym otoczeniu gwiazdy mogą zderzać się ze sobą. Czym bliżej czarnej dziury, tym prawdopodobieństwo takich zdarzeń rośnie. Rose wraz z zespołem zasymulowała ruch 1000 gwiazd okrążających czarną dziurę. By sprawdzić, jakie będą efekty ich zderzeń, naukowcy uwzględnili masę gwiazd, ich prędkość, działającą na nie siłę grawitacji oraz odległość od Sagittariusa A*. Ten ostatni czynnik okazał się kluczowy. W odległości 0,1 parseka (czyli 0,3 roku świetlnego) od czarnej dziury gwiazdy bezustannie na siebie wpadają. Często nie jest to centralna kolizja, tylko coś w stylu „brutalnego przybicia piątki”, jak to nazywa Sanaea Rose. Gwiazdy nie rozpadają się, a jedynie tracą swoje zewnętrzne warstwy i część masy. Tak ogołocone, nadal przemierzają kosmiczną przestrzeń. W odległościach większych niż 0,1 parseka od Sagittariusa A* sytuacja nieco się zmienia. Gwiazdy poruszają się tam wolniej, z prędkościami rzędu setek kilometrów na sekundę. Gdy dochodzi do zderzenia, „uczestnicy kolizji” mogą mieć niewystarczającą szybkość, by uciec. Łączą się więc w bardziej masywne obiekty. Niekiedy ten proces może zajść nawet kilka razy. W jego rezultacie powstają gwiazdy dziesięć razy bardziej masywne niż Słońce. Mamy nowe zdjęcie supermasywnej czarnej dziury w środku Drogi Mlecznej. Pokazuje coś niespodziewanego Po raz pierwszy astronomom udało się sfotografować Sagittariusa A* w świetle spolaryzowanym. Na zdjęciu uchwycono linie potężnych pól magnetycznych otaczających tę supermasywną czarną d... Jak powstają gwiazdy-zombie? – Niekiedy gwiazdy wygrywają na tej loterii kolizyjnej – opowiada Rose. – Na skutek zderzeń i łączenia się przybywa im wodoru. I chociaż pochodzą ze starej populacji, zaczynają udawać odmłodzone, „nastoletnie” gwiazdy. W rzeczywistości zaś to gwiazdy-zombie, które pożarły swoich sąsiadów. Co ciekawe, zupełnie jak w bajkach, to odmłodzenie się pociąga za sobą również pewne koszty. Gwiazdy-zombie nie istnieją długo i prędko umierają. – Masywne gwiazdy przypominają gigantyczne, pochłaniające gaz samochody – Sanaea Rose proponuje jeszcze jedną metaforę. – Zaczynają od dużej ilości wodoru, ale spalają go bardzo, bardzo szybko. Symulacje to doskonały sposób, by wyjaśnić, co dzieje się w pobliżu Sagittariusa A*. Tamten region trudno jest obserwować, ponieważ jest tam bardzo gęsto. – Jednak jeśli zdołamy się dowiedzieć czegoś więcej o tamtejszych populacjach gwiazd, możemy również dokładniej poznać historię powstawania jądra Galaktyki – mówi Rose. Jej badania zostały dzisiaj zaprezentowane na dzisiejszej konferencji American Physical Society’s w Sacrameto. Artykuł opisujący symulacje zderzeń gwiazd w centrum Drogi Mlecznej został przyjęty do publikacji w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”. Na razie jest dostępny na serwisie preprintów naukowych arXiv.org. Źródła: EurekAlert, arXiv.org Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Mamy nowe zdjęcie supermasywnej czarnej dziury w środku Drogi Mlecznej. Pokazuje coś niespodziewanego
Po raz pierwszy astronomom udało się sfotografować Sagittariusa A* w świetle spolaryzowanym. Na zdjęciu uchwycono linie potężnych pól magnetycznych otaczających tę supermasywną czarną dziurę. Naukowcy przypuszczają, że może ona emitować nieodkryty jeszcze dżet.
W tym artykule: Co się kryje w centrum Drogi Mlecznej? Nowe zdjęcie supermasywnej czarnej dziury Czego dowiedzieliśmy się nowego o Sagittariusie A*? Historyczne zdjęcie zostało wykonane przez Event Horizon Telescope (EHT). To sieć radioobserwatoriów rozsianych po całym świecie, które działają jak jeden teleskop. Dwa lata temu dzięki EHT po raz pierwszy zobaczyliśmy, jak wygląda Sagittarius A* – supermasywna czarna dziura kryjąca się w centrum naszej Galaktyki. Teraz astronomowie pracujący z EHT pokazali nowe zdjęcie tego samego obiektu. Niesamowita i bardzo trudna do uzyskania fotografia przedstawia Sagittariusa A* w świetle spolaryzowanym. Zdjęcie dostarcza nieznanych wcześniej informacji o polach magnetycznych powstających wokół czarnej dziury. Wbrew przewidywaniom okazało się, że są one potężne i uporządkowane. Dokładnie takie same jak pola magnetyczne wokół M87*. To supermasywna czarna dziura w jądrze galaktyki Messier 87, pierwszy taki obiekt, który w ogóle udało się sfotografować. Co się kryje w centrum Drogi Mlecznej? Jak wiele innych galaktyk, także nasza ma w środku gigantyczną czarną dziurę. Sagittarius A* (w skrócie Sgt A*) dzieli od Słońca 27 tys. lat świetlnych. Obiekt ma masę ponad 4 mln razy większą od masy Słońca. Przez to zaliczany jest do supermasywnych czarnych dziur. Jednak ta klasa jest bardzo rozległa. Sagittarius A* może wydawać się potężną grawitacyjną anomalią, choć jej rozmiary są niczym w porównaniu z rozmiarami M87*. Tamta supermasywna czarna dziura – odległa od nas o ok. 53,5 mln lat świetlnych – ma masę ponad 6,5 mld większą od masy Słońca. Otacza ją wirujący dysk materii o średnicy 25 tys. jednostek astronomicznych. Dla porównania, Pluton jest odległy od Słońca średnio o 39 jednostek astronomicznych. Prostopadle do płaszczyzny dysku M87* emituje dżet długości nawet dziesięć razy większej niż średnica całej Drogi Mlecznej. Nowe zdjęcie supermasywnej czarnej dziury W porównaniu z M87* „nasza” supermasywna czarna dziura wydaje się więc dość zwykłym obiektem. A jednak Saggitarius A* ma pewne cechy wspólne z M87*, większą od niego ponad 1000 razy. Jakie? Odpowiedź przynosi nowe zdjęcie supermasywnej czarnej dziury Sgt A* pokazujące światło spolaryzowane. Czyli uporządkowane, którego fale drgają tylko w jednej płaszczyźnie. Rozgrzana materia otaczająca czarną dziurę – to właśnie jest pomarańczowy „pączek” widoczny na fotografiach czarnych dziur – emituje sporo spolaryzowanego światła. Dzieje się tak, ponieważ wokół czarnych dziur powstają pola magnetyczne, niekiedy bardzo silne. Cząstki materii układają się wzdłuż ich linii i emitują światło spolaryzowane do nich pod kątem prostym. Odkryto najwcześniejszą supermasywną czarną dziurę we Wszechświecie. Istniała już 570 mln lat po Wielkim Wybuchu Dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba udało się znaleźć nietypową supermasywną czarną dziurę. Powstała w bardzo młodym Wszechświecie i – jak na obiekt tego typu – jest wyjątk... Ten opis może wydawać się skomplikowany, ale płynący z niego wniosek jest już dość prosty. Fotografia Sagittariusa A* w świetle spolaryzowanym dostarcza zupełnie nowych informacji o otaczających ten obiekt polach magnetycznych. Czego dowiedzieliśmy się nowego o Sagittariusie A*? Jak się okazało, są one silne i uporządkowane. Ku zdumieniu naukowców zdjęcie Sgt A* uderzająco przypomina spolaryzowane zdjęcie M87* zrobione w 2019 roku. Linie pól magnetycznych obu supermasywnych czarnych dziur wyglądają bardzo podobnie – mimo że są one diametralnie różne. – To podobieństwo było szczególnie zaskakujące, ponieważ M87* i Sgt A* są zupełnie inne – mówi portalowi Space.com astronomka Sara Issaoun, współautorka badań. – M87* jest szczególna: niezwykle masywna, leży w galaktyce ekliptycznej i emituje potężny dżet plazmy widoczny w każdym zakresie fal – dodaje. W porównaniu z nią Sgt A* jest całkiem zwyczajna. No i nigdy udało się zaobserwować jej dżetu. Możliwe jednak, że on istnieje. Na to wskazuje zbliżona geometria pól magnetycznych Sgt A* i M87*. Wcześniej naukowcy przypuszczali, że Sagittarius A* jest zbyt mało „żarłoczna”, żeby emitować dżet. Czyli – że pochłania zbyt mało wirującej wokół niej materii, która mogłaby zostać przekierowana na bieguny i stamtąd wystrzelona w kosmos. Zrobiona dzięki EHT fotografia otwiera jednak nowe perspektywy. Być może Sgt A* emituje dżet, ale z powodu dużego zagęszczenia materii w środku Drogi Mlecznej nie zdołaliśmy go jeszcze zaobserwować. Gdyby to się udało, dowiedzielibyśmy się nowych rzeczy o rozwoju i ewolucji Drogi Mlecznej do kształtu, jaki nasza Galaktyka ma dzisiaj. Odkrycie zostało opisane w artykule opublikowanym w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”. Źródła: EurekAlert, Space.com, The Astrophysical Journal Letters, phys.org, Live Science. Nasz ekspert Magdalena Salik Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com
Tak wygląda supermasywna czarna dziura w centrum naszej Galaktyki. Czy to ważne odkrycie? Astronomowie są podzieleni
Teleskop Horyzontu Zdarzeń to międzynarodowy program naukowy, którego zadaniem jest obserwacja przestrzeni kosmicznej znajdującej się w bezpośredniej bliskości czarnej dziury. Związani z nim naukowcy opublikowali właśnie zdjęcie Sagittariusa A*. Jest to pierwszy obraz supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej i drugie zdjęcie czarnej dziury w historii obserwacji.
W tym artykule: Supermasywna czarna dziura – jak ją sfotografowano? Supermasywna czarna dziura – co o niej wiemy? Supermasywna czarna dziura – dokładność pomiarów Aby wykonać to zdjęcie, naukowcy połączyli osiem radioteleskopów, rozrzuconych w różnych miejscach świata. Urządzenia pracują na falach milimetrowych i submilimetrowych przy pomocy techniki znanej jako interferometria wielkobazowa. W tej technice, stosowanej powszechnie w radioastronomii od lat 60. ubiegłego wieku, połączone instrumenty pozwalają na uzyskanie takiego wyniku, na jaki pozwoliłby teleskop o rozmiarach zbliżonych do odległości skrajnych instrumentów. To z kolei pozwala na uzyskanie wielkich zdolności rozdzielczych, co przekłada się na możliwość obserwacji detali w odległych obiektach. Supermasywna czarna dziura – jak ją sfotografowano? Tylko jak wykonać zdjęcie obszaru, w którym siła grawitacji jest tak wielka, że nie pozwala uciec nawet światłu? Zgodnie z ogólną teorią względności, aby powstała czarna dziura, niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Wyróżniamy czarne dziury o masie gwiazdowej, które formują się w wyniku zapadania grawitacyjnego bardzo masywnych gwiazd pod koniec ich życia. Drugi rodzaj to tzw. supermasywne czarne dziury o masie milionów, a nawet miliardów mas Słońca. Są one otoczone materią, która krąży. Jej część opada, tworząc świecący dysk otaczający czarną dziurę. I to właśnie widzimy na zdjęciu Saggitariusa A* (Sgr A*). Uchwycono moment, gdy czarna dziura "pożera" gwiazdę. Czy to brakujące ogniwo ewolucji kosmosu? Czarne dziura o masie pośredniej (IMBH) to dla astrofizyków od dawna poszukiwane ”brakujące ogniwo” w ewolucji kosmosu. Naukowcom udało się niedawno natrafić na najbardziej prawdopodobneg... Matematyczną granicą czarnej dziury jest tzw. horyzont zdarzeń. To sfera oddzielająca obserwatora od zdarzeń, o których nie może on nigdy otrzymać żadnych informacji. Wszystko, co przenika przez horyzont zdarzeń od strony obserwatora, znika. Supermasywna czarna dziura – co o niej wiemy? Uzyskanie drugiego w historii obrazu czarnej dziury jest niewątpliwie ważnym wydarzeniem. Choć, z naukowego punktu widzenia, nie tak przełomowym, jak historycznie pierwszy obraz czarnej dziury z 2019 roku. – Uzyskany obraz Sgr A* jest wyjątkowy z kilku powodów. Po pierwsze, potwierdza nasze przypuszczenia na temat natury centrum naszej Galaktyki. Po drugie, dzięki niemu możemy dokonać porównania z uzyskanym w 2019 roku obrazem masywniejszej i większej czarnej dziury w M87, testując teorie zachowania gazu wokół supermasywnych obiektów. Po trzecie, uzyskany obraz Sgr A* pokazuje możliwości rozdzielcze sieci teleskopów i siłę wykorzystanych algorytmów przetwarzania danych. Naukowcy odtworzyli bowiem obraz z rozdzielczością, której potrzebujemy, by z Ziemi sfotografować piłkę na Księżycu. Dodatkową trudnością przy wykonaniu obserwacji była rozpędzona niemal do prędkości światła materia wokół horyzontu zdarzeń, powodująca rozmycie obrazu Sgr A* – mówi dr Milena Ratajczak z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Przez kosmiczną przestrzeń pędzi czarna dziura. Na szczęście jest daleko od Ziemi Astronomowie, którzy zaobserwowali poruszającą się czarną dziurę są zaskoczeni. Nie wiedzą, co sprawiło, że została „uruchomiona”, bo wprawienie tak gigantycznej masy w ruch musiało... Dr Ratajczak dodaje, że na obrazie nie widzimy samej czarnej dziury, ale świecący wokół niej gaz przyjmujący kształt pierścienia. Ciemny obszar w centrum obrazu zwany jest cieniem, a jego granice odpowiadają położeniu horyzontu zdarzeń. Dzięki temu możemy oszacować parametry czarnej dziury i porównać je z wynikami uzyskanymi na podstawie analizy ruchu gwiazd krążących wokół niej. Obserwacje Sgr A* pozwoliły także na badanie dynamiki rozpędzonej materii zbliżającej się do horyzontu zdarzeń. Supermasywna czarna dziura – dokładność pomiarów – Przedstawione na konferencji wyniki nie ekscytują mnie w jakiś szczególny naukowy sposób. Od wielu lat obserwowane są ruchy gwiazd w okolicach obiektu Sagittarius A*, sugerujące niewidoczny obiekt o masie około 4 milinów mas słonecznych. Jedynym racjonalnym wytłumaczeniem tego jest supermasywna czarna dziura – mówi prof. Leszek Błaszkiewicz, radioastronom związany z Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim. – Bardziej od samego obrazu najbliższego otoczenia czarnej dziury, bo tej oczywiście nie widać, zadziwiają mnie techniczne aspektu związane z obserwacjami i uzyskaniem tego wyniku – dodaje uczony. Nowe zdjęcia czarnej dziury pozwalają naukowcom nieco lepiej poznać jej zachowanie [WIDEO] Czarna dziura, którą udało się sfotografować w 2019 roku wciąż wzbudza zainteresowanie naukowców i jest pod ciągłą obserwacją. Właśnie dokonano nowych odkryć na jej temat. Wskazuje przy tym, że dla masywnej czarnej dziury promień Schwarzschilda, stosowany przy opisie czarnych dziur, to blisko 12 mln km. Inaczej 0,08 jednostki astronomicznej, czyli średniej odległości pomiędzy Słońcem a Ziemią. Na pokazanym obrazie zewnętrzne obszary mają rozmiar porównywalny z rozmiarami orbity Merkurego, czyli niecałe 60 milionów km (albo około 0,4 j.a.). – Widzimy zatem bezpośrednie sąsiedztwo horyzontu zdarzeń. Należy podkreślić, że chociaż sam obiekt jest relatywnie mały, został dokładnie odwzorowany mimo odległości blisko 27 tysięcy lat świetlnych – dodaje prof. Błaszkiewicz.
Odkryto najdalsze źródło sygnału radiowego we wszechświecie
Pochodzi z kwazara tak odległego, że światło potrzebowało 13 mld lat by dotrzeć na Ziemi
Astronomowie potwierdzili źródło sygnału posługując się parą teleskopów w Chile, najpierw Magellana potem Bardzo Dużym Teleskopem (VLT). Zespół odkrywców nazwał go P172+18. Dalszego w historii nie odnaleźliśmy. Przywodzi on nas do momentu w czasie, gdy znany Wszechświat miał jedynie 780 mln lat, tłumaczą w „The Astrophysical Journal”. View oEmbed on the source website Te zwarte źródła ciągłego promieniowania elektromagnetycznego o ogromnej mocy, pozornie tylko przypominają gwiazdę. W rzeczywistości są rodzajem aktywnej galaktyki „zasilanej” przez supermasywne czarne dziury energią pochodzącą z pochłaniania otaczającego je gazu. W przypadku P172+18 jej źródłem energii jest czarna dziura 300 mln razy bardziej masywna od naszego Słońca. Naukowcy z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) oraz Instytutu Maxa Plancka są przekonani, że bliższe poznanie P172+18 pozwoli wzbogacić naszą wiedzę dotyczącą wczesnego okresu istnienia wszechświata. Kwazary są rewelacyjnym obiektem do obserwacji ze względu na siłę z jaką emitują światło. Nieliczne emitują także strumienie promieniowania radiowego. Stanowiąc mniej więcej 10 proc. wszystkich znanych, noszą nazwę „głośnych radiowo”. Te sięgające wczesnych lat ewolucji wszechświata stanowią dla naukowców formę latarni morskich, punktów wskazujących drogę w poszukiwaniach wiedzy o początkach istnienia, ale też tego co znajduje się między kwazarami a Ziemią. Gdy sygnał elektromagnetyczny z kwazara przechodzi przez chmury gazu, jego cząsteczki zostawiają na spektrum sygnału swoiste „odciski palców” (ma to związek ze zjawiskiem tzw. przesunięcia ku czerwieni, ang. redshift). Naukowcy umieją na tej podstawie określić gęstość gazu i jego dystrybucję; teraz także w początkach wszechświata. Supermasywna czarna dziura w centrum kwazara przyciąga materię ze swojego otoczenia i „zasysając” ją do środka prowadzi do powstania dysku akrecyjnego, wirującej struktury uformowanej przez pył i gaz. Tarcie w jej wewnętrzu powoduje wzrost temperatury i jasne świecenie. P172+18 uwalnia 580 razy więcej energii promienistej (promieniowania elektromagnetycznego i grawitacyjnego) na sekundę niż cała Droga Mleczna. Znajdująca się w jej centrum czarna dziura ma masę 70 razy większą niż jej odległy „kuzyn” na Drodze Mlecznej, czyli Sagittarius A*. View oEmbed on the source website W tej chwili to jeszcze przedmiot badań, ale uważa się, że duże tempo powiększania się supermasywnych czarnych dziur ma związek z silnymi emisjami radiowymi z kwazarów jak P172+18. Sądzi się także, że takie erupcje promieniowania naruszają strukturę gazu otaczającego czarną dziurę zwiększając tempo jego zasysania. Czarna dziura w P172+18 ucztuje i bardzo szybko przybiera na masie, zauważają autorzy opracowania w „The Astrophysical Journal”. Dodają, że energia promienista emitowana z dysku akrecyjnego jest tak intensywna, że stopniowo spowalnia proces wpadania materii do czarnej dziury. Odkrywcy nowego „głośnego radiowo” kwazara sądzą, że są bliscy znalezienia kolejnego, być może nawet dalej w czasie i przestrzeni położonego. Badając P172+18 wykryli w pobliżu jeszcze jedno źródło promieniowania radiowego, ale dotąd nie zdołali określić odległości do niego.
Astronomowie odkryli tańczącą gwiazdę. Mówił o niej już Albert Einsteina
Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali gwiazdę krążącą wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Gwiazda „tańczy” po orbicie w kształcie kwiatu, zgodnie z założeniami ogólnej teorii względności Alberta Einsteina z 1915 roku.
Obserwacja dokonana przez Europejskie Obserwatorium Południowe, dzięki teleskopowi znajdującemu się na chilijskiej pustyni Atacama, zostało opisane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics. Obserwacja dowodzi, że orbita gwiazdy ma kształt rozety. Teoria grawitacji Izaaka Newtona sugerowała, że ​​orbita powinna mieć kształt elipsy. Zaobserwowany kształt przypominający kwiat, potwierdza jednak ogólną teorię względności Einsteina. Zakłada ona, że orbity, po których jeden obiekt obraca się wokół drugiego, niekoniecznie muszą być zamknięte (jak u Newtona). View oEmbed on the source website – Ten słynny efekt – po raz pierwszy zaobserwowany w przypadku orbity planety Merkury krążącej wokół Słońca – był pierwszym dowodem przemawiającym za ogólną teorią względności. Sto lat później zaobserwowaliśmy ten sam efekt w ruchu gwiazdy krążącej wokół Sagittarius A* w centrum Drogi Mlecznej. Ten przełom w obserwacjach potwierdza świadectwa, że Sagittarius A* powinien być supermasywną czarną dziurą z masą 4 mln razy większą od masy Słońca – powiedział Reinhard Genzel, dyrektor Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka. Sagittarius A* to supermasywna czarna dziura w centrum naszej galaktyki. Wokół niej można znaleźć wiele gwiazd. Jedna z nich, gwiazda znana w tej obserwacji jako S2, przechodzi najbliżej czarnej dziury – w odległości mniejszej niż 20 miliardów kilometrów. Gwiazdę obserwowano przez 27 lat, aby ostatecznie stwierdzić, jak przebiega jej orbita. Badacze podkreślają, że dzięki coraz bardziej zaawansowanej technologii, w przyszłości możliwe będzie obserwowanie mniejszych gwiazd krążących w pobliżu czarnej dziury. Katarzyna Grzelak
"Fantastyka naukowa stała się faktem naukowym". Historyczne zdjęcie czarnej dziury - pierwsze w historii
Do tej pory dysponowaliśmy symulacjami, komputerowymi wizualizacjami, teraz wreszcie zobaczyliśmy na własne oczy to, o czym fizycy teoretyczni pisali przez wiele ostatnich dekad.
- To wielki dzień dla astrofizyki – mówi szefowa NSF France Córdova – Patrzymy na to, czego nie da się dostrzec. Czarne dziury rozpalały naszą wyobraźnię przez dekady. Mają wyjątkowe właściwości, są dla nas zagadką. Wraz z obserwacjami takimi jak ta odkrywają przed nami coraz więcej tajemnic. Żeby to zrobić konieczna była współpraca 11 teleskopów rozlokowanych na całej Ziemi. Współpracowały one w ramach projektu Event Horizon Telescope (EHT), finansowanego przez National Science Foundation (NSF). - 200 osób, 60 instytutów, uważamy siebie za odkrywców. To nasz obowiązek by przekazać nasze odkrycia. Mamy nadzieję, że wy też będziecie tym zainspirowani – mówił z dumą Shep Doeleman, szef projektu EHT, naukowiec z uczelni Harvard oraz Smithsonian - Zobaczyliśmy to, co niewidzialne. Połączone teleskopy stworzyły wirtualną soczewkę wielkości naszej planety. Fotografując miejsce galaktyki M87, gdzie wedle obliczeń, powinna znajdować się czarna dziura, udało się uzyskać kątową zdolność rozdzielczą 20 mikrosekund łuku. Teleskop jest w stanie dostrzec piłeczkę golfową na Księżycu. Zebrane informacje przez sieć teleskopów to aż 27 petabajtów, czyli jak żartują naukowcy, kolekcja selfie z całego życia 40 000 osób. Sfotografowana czarna dziura we wnętrzu galaktyki M87 ma masę około 6 miliardów Słońc i jest około 1500 razy większa niż Sagittarius A*, która znajduje się w centrum Drogi Mlecznej. Obie czarne dziury są określanie mianem supermasywnych. Rzeczywiście zobaczenie czegoś, co pochłania światło i nie pozwala mu się wydostać, wydaje się niemożliwe. To, na co patrzymy oglądając zdjęcie to nie tyle sam obiekt, a jego cień na dysku akrecyjnym (obłok gazów wędrujących do wnętrza obiektu). - Fantastyka naukowa stała się faktem naukowym – podsumował sukces Avery Broderick z Uniwersytetu Waterloo. Historyczne wydarzenie otwiera drzwi do niezliczonej ilości kolejnych badań i teoretycznych dysput o naturze Wszechświata. Co dalej? Do projektu chcą przystąpić kolejne obserwatoria, dzięki czemu będzie on znacznie mniej uzależniony od pogody na Ziemi, która może zakłócać pobieranie danych przez teleskopy w różnych miejscach planety. Właśnie ze względu na ten czynnik nie uda się zrobić zdjęć w 2019 roku, jednak 2020 może przynieść nam kolejne zdjęcia i jeszcze więcej informacji o czarnych dziurach. Źródło: NSF / Science News
W środę zobaczymy pierwsze zdjęcie czarnej dziury. Oto jak może wyglądać
Obiekty te na trwałe wpisały się w nasz język, jednak do tej pory tak naprawdę nikt ich nie widział. Na tym polega ich sekret, są dosłownie niewidzialne.
Teleskop o nazwie Event Horizon Telescope (EHT), czyli Horyzont Zdarzeń, ma pozwolić nam zobaczyć to, czego w istocie zobaczyć nie można. Czarne dziury, dzięki swojej potężnej grawitacji, wciągają w swoje wnętrze wszystko wokół, a poza pewnym punktem nic, nawet światło, nie jest w stanie uciec. Skoro nasz zmysł wzroku w uproszczeniu opiera się na dekodowaniu odbijanego światła – nie mogąc dostrzec go odbijającego się od dziury – nie zobaczymy jej samej. To samo dzieje się w przypadku promieni rentgenowskich i radiowych, co utrudnia nam wykorzystanie teleskopów by dostrzec te obiekty. Granica, za którą nie ma odwrotu, nazywana jest horyzontem zdarzeń i od niej pochodzi nazwa teleskopu. Jak zapowiedzieli astronomowie, już 10 kwietnia będziemy mogli zobaczyć rezultaty pracy EHT. Wcześniej kilka razy podejmowania się prób obrazowania tych obiektów, ale prawdziwego zdjęcia do tej pory nie mieliśmy. W 1978 roku powstało pierwsze "zdjęcie" czarnej dziury. Astronom Jean-Pierre Luminet za pomocą modeli matematycznych i symulacji komputerowych na IBM 7040 opracował obraz tego, co patrząc na czarną dziurę zobaczyłby człowiek. Zatem, nie była to fotografia, a raczej przerysowanie obliczeń. - W tamtym czasie był to bardzo egzotyczny temat, niektórzy naukowcy nawet nie wierzyli w ich istnienie – opowiada Luminet – Chciałem badać ich dziwną fizykę. Poza tym bawiła mnie metaforyczność ze stawienia mojego nazwiska „Luminet” (lumine – światło) z tymi obiektami. Ciekawiło mie jak zupełnie ciemna gwiazda może powodować obserwowalny fenomen. Po przeprowadzeniu obliczeń ich wyniki posłużyły Luminetowi do stworzenia obrazu – za pomocą stalówki i tusza naniósł (niczym drukarka) obraz na papier. Widać na nim załamania światła, które dają wrażenie trójwymiarowosci obiektu. Jest to jednak płaski dysk zaginający światło dookoła z powodu potężnej siły przyciągania. Luminet był pierwszym, ale nie jedynym, który próbował oszukać fizykę i pokazać nam czarną dziurę. Reżyser filmowy Chistopher Nolan w swoim obrazie „Interstellar” starał się być jak najbliżej obecnego stanu badań naukowych. Wspierał go w tym między innymi Kip Thorne z należącego do NASA Caltech. Ostatecznie na potrzeby filmu wybrano prostszą wersję, która nie konfundowałaby widzów. Dla nas może być porywająca, ale zarówno Luminet jak i Thorne przyznają, że nie tak wygląda czarna dziura. View oEmbed on the source website W 2016 czarną dziurę próbował przedstawić Alain Riazuelo, Francuskiego centrum badań naukowych i Unii Astronomicznej. Na swojej pracy pokazał dziurę bez dysku akrecyjnego (wijąct się obłok gazu lub innych obiektów wciąganych przez dziurę. Pozbawiona tego dysku dziura zakrzywia przestrzeń za sobą i sprawia wrażenie, jakby cały czas leciała przez kosmos. View oEmbed on the source website Wreszcie słynne video LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) pokazało nam wizualizację dwóch małych czarne dziury, które połączyły się w jedną. Wydarzenie to wywołało fale grawitacyjne, które LIGO wychwyciło. View oEmbed on the source website EHT obserwuje Sagittarius A*, czyli supermasywną czarną dziurę znajdującą się w centrum naszej galaktyki – Drogi Mlecznej. Nie wiadomo jeszcze w 100%, co zobaczymy na zdjęciu, bo oprócz EHT w projekcie bierze udział kilka innych teleskopów. Naukowcy spodziewają się, że finalne zdjęcie będzie przypominać to wykonane przez Lumineta. Sprawa jednak nie jest przesądzona. Z pewnością obejrzymy dysk akrecyjny, możliwe, że dowiemy się też czegoś więcej na temat dżetów – czyli strumieni zjonizowanej materii wyrzucanych z czarnych dziur. Tak jest: coś ucieka z obiektu, z którego nie da się uciec. Dziwne? Fascynujące! Źródło: Science Alert
Astronomowie buszują w bezliku obiektów składających się na naszą Galaktykę.
Trudno być skromnym, jeśli jest się mieszkańcem Drogi Mlecznej. Nasza Galaktyka jest znacznie większa, jaśniejsza i bardziej masywna niż większość innych. Upstrzony gwiazdami dysk Drogi Mlecznej, który można obserwować nie tylko za pomocą teleskopów optycznych, ale nawet gołym okiem, ma średnicę 120 tys. lat świetlnych. Otacza go inny dysk składający się głównie z wodoru, który można zaobserwować przy użyciu radioteleskopów. A w dodatku wszystko to, co daje się zarejestrować przez teleskop optyczny, jest jeszcze spowite aureolą ciemnej materii, która wymyka się wszelkim metodom obserwacji. Wprawdzie ciemna materia nie świeci, ale ma masę znacznie większą niż łączna masa setek miliardów gwiazd Drogi Mlecznej, co powoduje, że sumaryczna masa naszej Galaktyki jest od jednego do dwóch bilionów razy większa niż masa Słońca. W istocie nasza Galaktyka jest na tyle duża, że tuzin mniejszych galaktyk krąży wokół niej jak księżyce wokół wielkich planet. Dzięki swym ogromnym rozmiarom Droga Mleczna może pochwalić się co najmniej jedną planetą, na której istnieją inteligentne formy życia. Wielkie galaktyki, takie jak nasza i położona blisko niej jeszcze większa Wielka Mgławica w Andromedzie, potrafią wytworzyć i zgromadzić duże ilości żelaza, tlenu, krzemu, magnezu i innych pierwiastków cięższych niż hel. Pierwiastki te, powstałe w tak licznych w Drodze Mlecznej gwiazdach, są podstawowym budulcem dla planet podobnych do Ziemi. Pierwiastki te są też ważne dla życia. Weźmy na przykład tlen, którym oddychamy, wapń zawarty w kościach czy żelazo z naszej krwi. Kiedy gwiazda wybucha w małej galaktyce, pierwiastki o podstawowym znaczeniu dla życia zostają wyrzucone w przestrzeń kosmiczną z szybkością milionów kilometrów na godzinę i rozmywają się w bezkresie kosmosu. Ale w Drodze Mlecznej wyrzucone w taki sposób pierwiastki zderzają się z gazem i pyłem międzygwiazdowym i są spowalniane przez pole grawitacyjne Galaktyki. Pod wpływem tych czynników prędkość materii spada na tyle, że zawarte w niej pierwiastki są zdolne wzbogacić obłoki gazu, w których formują się nowe pokolenia gwiazd i planet. Tak się właśnie stało 4,6 mld lat temu, gdy Słońce i Ziemia wyłoniły się z nieistniejącej już mgławicy międzygwiazdowej. Wszystkie gwiazdy w Drodze Mlecznej krążą wokół czarnej dziury o nazwie Sagittarius A* (,,Sgr A*”). Nasze Słońce, znajdujące się w odległości 27 tys. lat świetlnych od centrum Galaktyki, dokonuje jednego obiegu w ciągu 230 mln lat. Natomiast w odległości zaledwie roku świetlnego od czarnej dziury krąży rój 100 tys. gwiazd trzymanych przez nią w znacznie silniejszym uścisku. Niektóre obiegają ją w cią-gu zaledwie kilku lat. Z analizy torów można wywnioskować, że Sgr A* ma masę 4 mln razy większą niż Słońce, czyli nieco więcej niż się spodziewano jeszcze 10 lat temu. Od czasu do czasu czarna dziura połyka obłok gazu, zbłąkaną planetę lub nawet całą gwiazdę. Tarcie i grawitacja powodują rozgrzanie ofiary do tak wysokiej temperatury, iż zaczyna silnie świecić promieniowaniem rentgenowskim, które z kolei ogrzewa pobliskie obłoki gazowe, rejestrując w ten sposób historię wyczynów czarnej dziury. Na przykład w 2004 r. naukowcy donieśli o odkryciu rentgenowskiego echa w obłokach gazowych położonych w odległości około 350 lat świetlnych od czarnej dziury. Ponieważ promieniowanie rentgenowskie rozchodzi się z szybkością światła, obecność echa jest dowodem, iż jakieś ciało wpadło do czarnej dziury 350 lat wcześniej. Ciekawe, że czarna dziura potrafi także wyrzucać gwiazdy na dużą odległość od siebie. W 2005 r. astronomowie donieśli o odkryciu niezwykle szybko przemieszczającej się gwiazdy położonej 200 tys. lat świetlnych od centrum Galaktyki. – To była wielka niespodzianka – mówi Warren Brown z Centrum Astrofizycznego Harvarda-Smithsona. Gwiazda w gwiazdozbiorze Hydra oddalała się od centrum Galaktyki z szybkością 709 km/s. To wystarczało, żeby mogła wyrwać się spod wpływu jej pola grawitacyjnego i pożeglować w przestrzeń międzygalaktyczną. Jack Hills już dawno przewidział takie zjawisko. – Zaskoczyło mnie raczej to, że tyle czasu minęło, nim rzeczywiście je zaobserwowano – mówi Hills – ale oczywiście jestem zachwycony. W pracy z 1988 r. Hills napisał, że gdy gwiazda podwójna, czyli układ dwóch gwiazd krążących wokół siebie w niewielkiej odległości, zbytnio zbliży się do Sgr A*, to jedna z nich może wpaść do czarnej dziury lub zejść na znacznie ciaśniejszą orbitę wokół niej, tracąc w ten sposób ogromną energię. Ponieważ zgodnie z prawami fizyki energia musi być zachowana, druga gwiazda otrzyma równie duży zastrzyk energii, co spowoduje, iż zostanie wypchnięta w przestrzeń kosmiczną z ogromną szybkością. W ciągu całej historii Drogi Mlecznej czarna dziura mogła wyrzucić w ten sposób z Galaktyki miliony gwiazd. Choć otoczeniem czarnej dziury stale wstrząsają gwałtowne wydarzenia, jądro Galaktyki to bardzo płodne miejsce. Gwiazdy są tam rozmieszczone w niewielkich odległościach i wytwarzanych przez nie życiodajnych ciężkich pierwiastków jest tam pod dostatkiem. Nawet w pobliżu naszego Słońca – jasnej żółtej gwiazdy w połowie drogi między czarną dziurą o krawędzią gwiezdnego dysku – wiele nowo narodzonych gwiazd jest otoczonych dyskami gazu lub pyłu, które utrzymują się miliony lat, wystarczająco długo, by mogły się w nich narodzić planety. Tymczasem szanse na powstanie planet na skraju Galaktyki są niewielkie. W ubiegłym roku Chikako Yasui z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Japonii doniósł o odkryciu 111 nowo narodzonych gwiazd na peryferiach Drogi Mlecznej, ponaddwukrotnie dalej od centrum niż znajduje się Słońce. Te młodziaki charakteryzują się niską zawartością ciężkich pierwiastków – zawartość tlenu jest w nich pięciokrotnie mniejsza niż w Słońcu. Choć liczyły sobie zaledwie pół miliona lat, czyli w gwiezdnej skali czasu były niemowlętami, to większość była już otoczona dyskami gazu i pyłu, w których mogą powstawać planety. Nie ma dysków, to nie ma planet, a jak nie ma planet, to nie ma też życia. Gwiazdy o jeszcze mniejszej zawartości tlenu i żelaza umożliwiają poznanie procesu narodzin samej Galaktyki. Znajdują się one w gwiezdnym halo rozciągającym się nad i pod gwiezdnym dyskiem. Powstały tak dawno, że ich poprzedniczki nie zdołały wytworzyć cięższych pierwiastków. Zawartość żelaza w typowej gwieździe z halo to tylko 3 proc. zawartości żelaza w Słońcu. Astronomowie zwykle oceniają wiek gwiazd z halo – a tym samym i wiek galaktyki – badając tzw. gromady kuliste. Są to gęsto upakowane skupiska gwiazd tak starych, że najkrócej żyjące gwiazdy wśród nich zdążyły umrzeć. Jednak szacunki co do ich wieku zależą od teoretycznego modelu rozwoju i śmierci gwiazd. Na szczęście istnieje inny sposób na określenie wieku galaktyki. Anna Frebel, badaczka z Centrum Astrofizycznego Harvarda-Smithsona, poszukuje pojedynczych gwiazd z halo. – Chcę cofnąć się w czasie – mówi Frebel. W 2005 r. odkryła ona gwiazdę należącą do halo, położoną w gwiazdozbiorze Wagi, charakteryzującą się zawartością żelaza tysiąc razy mniejszą niż w Słońcu. To oznacza, że mamy do czynienia z ciałem ukształtowanym bardzo dawno temu, które przypuszczalnie narodziło się z gazu wzbogaconego przez wybuch supernowej. W odróżnieniu od większości supernowych ta musiała wyrzucić duże ilości pierwiastków znacznie cięższych od żelaza, m.in. radioaktywne tor i uran. Ponieważ te pierwiastki rozpadają się w stałym tempie, porównanie ich koncentracji w gwieździe pozwoliło określić jej wiek: około 13,2 mld lat. Ten wynik zgadza się z wiekiem wyliczonym na podstawie badań gromad kulistych. To pokazuje, że Droga Mleczna jest tylko nieznacznie młodsza niż sam Wszechświat, który liczy sobie 13,7 mld lat. Majestatyczna Galaktyka, której niezliczone gwiazdy sprowadziły kiedyś życie na Ziemię, nie zwlekała długo z przyjściem na świat.