• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Astrofizycy potwierdzają istnienie czarnej dziury o masie większej niż Słońce

    30.03.2011. 18:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wyniki przełomowych badań przeprowadzonych przez Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) potwierdzają to, o czym od dawna byli przekonani astrofizycy - istnienie czarnej dziury, która jest 5,4 raza większa pod względem masy od Słońca. Czarna dziura jest zlokalizowana w rentgenowskim układzie podwójnym XTE J1859+226. Odkrycie zostało opisane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

    Dotychczas naukowcy odkryli około 20 podwójnych układów gwiezdnych zawierających czarną dziurę, co stanowi niewielką liczbę zaważywszy na populację szacowaną na około 5.000 w samej tylko Drodze Mlecznej - rodzimej galaktyce naszego Układu Słonecznego.

    Rentgenowskie układy podwójne to układy gwiezdne zbudowane ze zwartego ciała, którym może być czarna dziura lub gwiazda neutronowa, i z "normalnej" gwiazdy. Zwarte ciało rozszerza swoją masę wchłaniając masę gwiazdy poprzez utworzony wokół niej spiralny dysk. Eksperci nazywają ten proces "akrecją".

    "Przejściowe, rentgenowskie układy podwójne charakteryzują się tym, że większość swojego życia spędzają w stanie spokoju, ale od czasu do czasu przechodzą etapy, w których uruchamiana jest rytmiczna akrecja materii w kierunku czarnej dziury" - podkreśla astrofizyk z IAC i naczelny autor artykułu Jesús Corral-Santana.

    Zarówno czarne dziury, jak i gwiazdy neutronowe pojawiają się po rozpadzie masywnej gwiazdy. Masa większości znanych gwiazd neutronowych jest większa o około 1,4 raza od masy Słońca. Niemniej naukowcy zmierzyli również wartości, które ponad dwukrotnie przewyższają masę Słońca. Zdaniem ekspertów gwiazdy neutronowe są niestabilne, kiedy ich masa jest ponad trzykrotnie większa od masy Słońca. Takie gwiazdy zapadają się i powodują powstanie czarnej dziury.

    "Pomiar masy zwartych obiektów ma zasadnicze znaczenie dla określenia, jakiego rodzaju obiektami mogą być" - stwierdza dr Corral-Santana. "Jeżeli przewyższa ona trzykrotnie masę Słońca, to może to być wyłącznie czarna dziura. Odkryliśmy, że układ XTE J1859+226 ma czarną dziurę ponad 5,4 raza większą od masy Słońca. To ostateczne potwierdzenie istnienia czarnej dziury w tym obiekcie" - dodaje.

    "Ten wynik wnosi nowy element do badań nad podziałem masy czarnych dziur. Kształt tego podziału ma niezwykle ważne znaczenie dla naszej wiedzy na temat śmierci masywnych gwiazd, powstawania czarnych dziur i ewolucji rentgenowskich układów podwójnych."

    Zespół IAC dokonał tego odkrycia na podstawie obserwacji prowadzonych przez Gran Telescopio Canarias (GTC), skutecznie pozyskując pierwsze dane spektroskopowe z tego układu podwójnego do publikacji.

    Przejściowy, rentgenowski układ podwójny XTE J1859+226 zadomowił się w konstelacji Vulpecula. Astronomowie najpierw odkryli go za pomocą satelity RXTE w czasie erupcji, która miała miejsce 12 lat temu.

    W następstwie erupcji w 1999 r. naukowcy śledzili obiekt gwiezdny i łączyli pomiary fotometryczne wykonywane za pomocą teleskopu Izaaka Newtona (INT), teleskopu Williama Herschela (WHT) w 2000 r. i teleskopu Nordic Optical Telescope (NOT) z 2008 r. ze spektrometrią przeprowadzoną w 2010 r. za pomocą GTC.

    "Z powodu niskiej jasności obserwowanego układu potrzebowaliśmy 10-metrowych teleskopów, aby uzyskać widma" - wyjaśnia dr Corral-Santana. "W tym sensie możliwość prowadzenia obserwacji za pomocą teleskopu GTC miała zasadnicze znaczenie."

    Zespół wykorzystał instrument OSIRIS do wykonania pomiarów za pomocą teleskopu GTC, który znajduje się w Obserwatorium Roque de los Muchachos w La Palma na Wyspach Kanaryjskich.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Masa minimalna – dolna granica rzeczywistej masy obserwowanego obiektu astronomicznego (planety, gwiazdy, układu podwójnego, czarnej dziury itp.).

    Czarna dziura – obszar czasoprzestrzeni, którego, z uwagi na wpływ grawitacji, nic, łącznie ze światłem, nie może opuścić. Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją "czarną", ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice. Mechanika kwantowa przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie jak ciało doskonale czarne o niezerowej temperaturze. Temperatura ta jest odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury, co sprawia, że bardzo trudno je zaobserwować w wypadku czarnych dziur o masie gwiazdowej bądź większych.

    Czarna dziura – obszar czasoprzestrzeni, którego, z uwagi na wpływ grawitacji, nic, łącznie ze światłem, nie może opuścić. Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją "czarną", ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice. Mechanika kwantowa przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie jak ciało doskonale czarne o niezerowej temperaturze. Temperatura ta jest odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury, co sprawia, że bardzo trudno je zaobserwować w wypadku czarnych dziur o masie gwiazdowej bądź większych.

    Mikrokwazar – obiekt podobny do kwazara, ale dużo mniejszy. Mikrokwazary to gwiazdowe układy podwójne w naszej Galaktyce o wielu wspólnych cechach z kwazarami. Wykazują silną i zmienną emisję radiową, widoczny relatywistyczny dżet, i często efekt pozornej nadświetlnej ekspansji dżetu. Znaczną część energii emitują w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Są to jednak obiekty gwiazdowe, składające się z gwiazdy oddającej masę oraz gwiazdy zwartej – gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury - na którą gaz opada za pośrednictwem dysku akrecyjnego. Można je uważać za radiowo głośne układy rentgenowskie. Od kwazarów różnią się masą – czarne dziury w aktywnych galaktykach mają masę miliona lub nawet miliarda mas Słońca, a mikrokwazary – obiekt centralny o masie do kilkunastu mas Słońca. Różnią się także źródłem opadającej materii – w kwazarach jest to materia galaktyki macierzystej, w mikrokwazarach towarzysz. W obu typach obiektów zachodzą podobne procesy, jednak ze względu na wielokrotnie mniejszą masę przebieg tych samych zjawisk jest wielokrotnie szybszy w mikrokwazarze: zjawiska zachodzące w mikrokwazarze w skali jednego dnia w kwazarze zajdą na przestrzeni tysięcy lat.

    Czarna dziura o masie pośredniej (ang. intermediate-mass black hole, IMBH) – czarna dziura o masie większej niż czarna dziura o masie gwiazdowej, ale mniejszej od supermasywnej czarnej dziury. Dotychczas (2012) odkryto szereg obiektów, które wykazują cechy IMBH.

    Akrecja – w astronomii terminem tym określa się opadanie rozproszonej materii na powierzchnię ciała niebieskiego w wyniku działania grawitacji. Zjawisku temu może towarzyszyć wydzielanie dużej ilości energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego, gdy opadająca materia wyświeca część utraconej grawitacyjnej energii potencjalnej. Szczególnie widowiskowa jest akrecja na obiekty zwarte – białe karły, gwiazdy neutronowe czy czarne dziury. Uważa się, że mechanizmem „zasilającym” aktywne jądra galaktyk jest właśnie akrecja materii na supermasywną czarną dziurę.

    Orbita fotonowa - szczególna orbita fotonu wokół czarnej dziury, która charakteryzuje się tym, że odległość fotonu od centrum pola grawitacyjnego nie ulega zmianie w trakcie ruchu. Fotony krążą po takiej orbicie nie oddalając się ani nie zbliżając do czarnej dziury. W przypadku nierotującej czarnej dziury (rozwiązanie Schwarzschilda), orbita fotonowa znajduje się w odległości 1,5 promienia Schwarzschilda od centrum grawitacji, czyli wyraźnie ponad horyzontem czarnej dziury. Jest to orbita kołowa o najmniejszym możliwym promieniu – cząstki materialne mają orbity kołowe o promieniu zawsze większym od orbity fotonowej. Orbita fotonowa jest niestabilna, najmniejsze zaburzenie w ruchu fotonu spowoduje jego ucieczkę do nieskończoności lub spadnięcie pod horyzont czarnej dziury. Jeżeli czarna dziura rotuje (rozwiązanie Kerna), to ruch fotonu w płaszczyźnie równikowej zależy od tego, czy foton krąży po orbicie zgodnej czy przeciwnej do kierunku rotacji czarnej dziury. Istnieją wówczas dwie orbity fotonowe. Istnienie całej sfery orbit fotonowych nie tylko w płaszczyźnie równikowej, badał Teo (2003).

    Dodano: 30.03.2011. 18:37  


    Najnowsze