• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Słynna czarna dziura dokładnie zbadana przez polskich astronomów

    12.08.2011. 00:19
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Polsko-amerykański zespół astronomów, kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego, opublikował wyniki szczegółowej analizy źródła rentgenowskiego Cygnus X-1, zawierającego masywną czarną dziurę. Cygnus X-1 znajduje się na niebie w gwiazdozbiorze Łabędzia. Jest to najsilniejsze źródło promieniowania rentgenowskiego w Galaktyce. Astronomowie wiedzą, że jest to układ dwóch gwiazd odległy od Ziemi o około 6000 lat świetlnych, przy czym jedna z gwiazd jest niewidoczna i ma na tyle dużą masę, że już od wielu lat podejrzewano, iż jest to czarna dziura.

    Najnowsze obserwacje obiektu, przeprowadzone przez dr. hab. Krzysztofa Belczyńskiego, dr. hab. Tomasza Bulika z Uniwersytetu Warszawskiego oraz Charlesa Bailyna z Yale University, pozwoliły na bardzo precyzyjne wyznaczenie parametrów układu. Wyniki potwierdziły przypuszczenia, że mamy do czynienia z czarną dziurą. Wyznaczona masa czarnej dziury jest 15 razy większa niż masa Słońca. Towarzyszy jej młoda, masywna gwiazda o 20 masach Słońca. Odległość między składnikami układu jest mniejsza niż dystans Słońce-Merkury.

    Polscy naukowcy przeanalizowali też możliwe przyszłe losy układu Cygnus X-1. "W ciągu najbliższych 100 000 lat czarna dziura rozpocznie systematyczne niszczenie towarzysza" - przewiduje dr hab. Krzysztof Belczyński, lider zespołu badawczego. "Materia z młodej gwiazdy będzie pochłaniana przez czarną dziurę, a to co nie zdoła wpaść pod jej horyzont zdarzeń, będzie wyrzucone w przestrzeń międzygwiazdową" - dodaje.

    Symulacje komputerowe wskazują, że proces ten potrwa około 400 tysięcy lat, aż do chwili, gdy z gwiazdowego towarzysza czarnej dziury pozostanie samo jądro o 4 masach Słońca. Jednocześnie odległość między składnikami zwiększy się do dystansu Słońce-Ziemia. Potem nastąpią 2 miliony lat względnego spokoju, po czym gwiazdowy towarzysz wybuchnie jako supernowa.

    Nie wiadomo co będzie z układem Cygnus X-1 po wybuchu supernowej. Symulacje przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego wskazują, że może dojść do rozerwania układu podwójnego. Gwiazda neutronowa, która pozostanie po wybuchu supernowej może uzyskać prędkość nawet miliona kilometrów na godzinę.

    Gdyby jednak układ przetrwał, Cygnus X-1 stanie się układem podwójnym złożonym z czarnej dziury i gwiazdy neutronowej. Taka konfiguracja byłaby bardzo interesująca z punktu widzenia badań nad falami grawitacyjnymi. Zostały one przewidziane przez Alberta Einsteina w 1910 roku, ale do tej pory nie potwierdzono ich istnienia obserwacyjnie. Specjalne obserwatoria, takie jak europejskie VIRGO, czy amerykańskie LIGO, poszukują od kilku lat katastrof związanych z układami czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Obiekty te tracą bowiem energię i ich orbita zacieśnia się, tak, iż w końcu musi dojść do zderzenia czarnej dziury i gwiazdy neutronowej, a według teorii względności spowoduje to wygenerowanie fal grawitacyjnych.

    "Warto też zauważyć, że choć detekcja układów czarna dziura - gwiazda neutronowa przez współczesne projekty nasłuchujące fal grawitacyjnych może być trudna, to z naszych wcześniejszych oszacowań wynika, że detekcja podobnych układów zawierających dwie obiegające się wzajemnie czarne dziury jest dużo bardziej prawdopodobna i powinna mieć miejsce już w najbliższych latach - przewiduje dr hab. Krzysztof Belczyński.

    Wyniki badań grupy kierowanej przez Polaków zostały ogłoszone m.in. "Science Now", internetowym wydaniu prestiżowego czasopisma naukowego "Science" i są szeroko komentowane w świecie naukowym.

    PAP - Nauka w Polsce

    ast/ krf/bsz



    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Podwójna czarna dziura – układ podwójny złożony z dwóch związanych grawitacyjnie (orbitujących się wzajemnie) czarnych dziur. Układy tego typu mogą powstawać w czasie zderzeń galaktyk. Okrążając się wzajemnie, czarne dziury są bardzo silnym źródłem fal grawitacyjnych i w miarę utraty energii generowanej w właśnie w postaci fal grawitacyjnych zbliżają się coraz bardziej do siebie, aby ostatecznie zlać się w jedną czarną dziurę generując przy tym jeszcze potężniejszą falę grawitacyjną. Rentgenowskie układy podwójne – klasa gwiazd podwójnych charakteryzujących się silną emisją promieniowania w zakresie rentgenowskim. Układ tworzy gwiazda zwarta - czarna dziura lub gwiazda neutronowa oraz towarzysz - gwiazda ciągu głównego. Emisja rentgenowska powstaje w wyniku opadania materii, czyli jej akrecji na gwiazdę zwartą, o silnym polu grawitacyjnym, co powoduje ogrzanie opadającej materii do wysokich temperatur, rzędu 10 K a nawet wyższych. Znanych jest kilkadziesiąt takich układów w naszej Galaktyce. Najjaśniejszym przedstawicielem tej klasy gwiazd jest źródło Cygnus X-1 (Cyg X-1). 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.

    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. Pozostałość po supernowej – mgławica powstała w końcowej fazie życia masywnej gwiazdy w wyniku wybuchu i odrzucenia zewnętrznej otoczki. Taką wybuchającą gwałtownie gwiazdę nazywamy supernową. W centralnej części tej mgławicy najczęściej znajduje się gwiazda neutronowa lub czarna dziura, powstała z jądra wybuchającej gwiazdy. Mgławice będące pozostałością po wybuchu supernowej są stosunkowo bogate w pierwiastki cięższe od żelaza, które powstają w końcowym etapie życia gwiazdy i podczas wybuchu. Wybuch umożliwia rozprzestrzenienie się tych pierwiastków w kosmosie.

    Kilonova – zjawisko astronomiczne polegające na zderzeniu dwóch gwiazd zdegenerowanych (np. gwiazd neutronowych) lub gwiazdy neutronowej i czarnej dziury, najprawdopodobniej będące odpowiedzialne za bardzo krótkie rozbłyski gamma. W wybuchach typu kilonova wytwarzane są bardzo duże ilości ciężkich metali w ramach procesu r. Swift J1745-26 – czarna dziura o masie gwiazdowej znajdująca się w naszej Galaktyce, położona w gwiazdozbiorze Strzelca i odległa o dwadzieścia do trzydziestu tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Obiekt został odkryty w 2012 po wcześniejszej detekcji nowej rentgenowskiej, analiza promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez nową wykazała, że źródłem wybuchu jest czarna dziura należąca do rentgenowskiego układu podwójnego. Drugim składnikiem układu jest najprawdopodobniej podobna do Słońca gwiazda.

    Gwiazdowa czarna dziura – czarna dziura powstająca w wyniku kolapsu grawitacyjnego masywnej gwiazdy (o masie większej niż ok. 20 M☉). 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).

    Pair-instability supernova ("supernowa [powstająca z powodu] niestabilności [kreacji] par") – odmiana supernowej powstająca w wyniku zachwiania równowagi kreacji par w jądrze masywnej gwiazdy. W odróżnieniu od klasycznych supernowych, w wyniku których powstaje pozostałość po supernowej zawierająca w centrum czarną dziurę albo gwiazdę neutronową, gwiazda rozerwana wybuchem typu pair instability całkowicie rozrzuca swoją materię, nie pozostawiając po sobie nic poza mgławicą. Aby mogło dojść do wybuchu tego typu, masa gwiazdy musi wynosić pomiędzy 130 a 250M☉, a także gwiazda musi mieć niską metaliczność (np. gwiazda III populacji). Dobrymi kandydatami na supernowe pair instability są zauważone w latach 2006 i 2007 - odpowiednio SN 2006gy i SN 2007bi.

    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.

    Event Horizon Telescope (EHT) – program naukowy, którego zadaniem jest obserwacja przestrzeni kosmicznej znajdującej się w bezpośredniej bliskości czarnej dziury z rozdzielczością kątową porównywalną do rozmiarów horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Celem obserwacji będzie m.in. znajdująca się w centrum Drogi Mlecznej czarna dziura Sagittarius A*. Sagittarius A* jest przynajmniej 30 razy większa od Słońca, ale widziana z Ziemi ma rozmiary kątowe takie same jak pomarańcza na Księżycu oglądana z Ziemi. Obserwacje tak niewielkiego obiektu w zakresie fal milimetrowych i submilimetrowych będą wymagały niespotykanej jak dotąd precyzji i koordynacji obserwacji. Gwiazda Q, szara dziura (ang. Q-star) - hipotetyczny model małej, ciężkiej gwiazdy neutronowej zbudowanej z materii egzotycznej. Obiekt tego typu wyglądałby w większości przypadków jak czarna dziura, jednym z kandydatów na "szarą dziurę" jest V404 Cygni.

    Dodano: 12.08.2011. 00:19  


    Najnowsze