• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zmiana biegu - bliższe spotkania z czarnymi dziurami

    12.06.2012. 17:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Czarne dziury to niezwykle potężne i wydajne silniki, które pochłaniają materię, oddając wszechświatowi ogromną ilość energii w zamian za wchłoniętą masę. Kiedy przyciągają masę, to zaczynają wysyłać także intensywne promieniowanie rentgenowskie i potężne dżety. Aczkolwiek nie wszystkie czarne dziury funkcjonują w ten sam sposób, co od dawna intrygowało pasjonatów astronomii.

    Teraz odkrycia naukowców z Holenderskiego Instytutu Badań Kosmicznych SRON sugerują, że każda czarna dziura może wybrać między dwoma różnymi "ustawieniami", aby wykonać to zadanie, dokładnie tak, jak kierowca zmienia biegi w samochodzie.

    Dżety czarnych dziur, które są wiązkami materii - przypominającymi światło latarni - która pędzi na zewnątrz w tempie bliskim prędkości światła, mogą mieć poważny wpływ na ewolucję swojego środowiska. Na przykład dżety z supermasywnych czarnych dziur występujące w centrum galaktyk mogą wtłaczać olbrzymie pęcherze i ogrzewać gaz znajdujący się w skupiskach galaktyk.

    Peter Jonker i Eva Ratti postanowili zbadać dwie aktywne czarne dziury w celu przeanalizowania powiązania między emisją promieni rentgenowskich z czarnej dziury a wypływem dżetów, które astronomowie odkryli w 2003 r. Zrozumienie tej zależności ma kluczowe znaczenie dla wyjaśnienia funkcjonowania silnika czarnej dziury.

    Na początku astronomowie sądzili, że to powiązanie dotyczy wszystkich zasilających czarnych dziur, ale szybko odkryto wyjątki. Te niezwykłe przykłady nadal ilustrowały wyraźną zależność między energią uwalnianą w emisji promieniowania rentgenowskiego a tą wkładaną w wyrzucanie dżetów. Niemniej nie było wątpliwości, że proporcja była odmienna od tej w "standardowych" czarnych dziurach. Wraz z dostrzeżeniem większej liczby wyjątków, zaczęło się wydawać, że istnieją dwie grupy silników czarnych dziur, które pracują w nieco odmienny sposób.

    Nowe prace holenderskich naukowców opierają się na badaniach przeprowadzonych przez astronoma Michaela Coriata z Uniwersytetu w Southampton, odkrywcy czarnej dziury, która wydaje się przełączać miedzy dwoma typami zależności promieniowanie rentgenowskie/dżet w zależności od swojej jasności. To sugeruje, że czarne dziury niekoniecznie mają dwa różne "silniki", tylko że każda z nich może funkcjonować na dwa różne sposoby z tym samym silnikiem.

    Naukowcy oparli się na obserwacjach prowadzonych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra oraz na obserwacjach radiowych obserwatorium EVLA (Expanded Very Large Array) w stanie Nowy Meksyk, aby przyjrzeć się bliżej dwóm systemom czarnych dziur.

    Eva Ratti stwierdziła: "Odkryliśmy, że te dwie czarne dziury mogą również 'zmieniać bieg', wskazując, że nie jest to żadna szczególna właściwość jednej, osobliwej czarnej dziury. Wyniki naszych prac sugerują, że zmienianie biegu może być powszechne wśród czarnych dziur. Odkryliśmy również, że zmiana biegu następuje przy podobnej jasności promieni rentgenowskich w przypadku wszystkich trzech czarnych dziur".

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    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. 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. 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).

    Pierwotna czarna dziura (ang. primordial black hole, PBH) – hipotetyczny typ czarnych dziur, który mógł powstać tuż po Wielkim Wybuchu, w odróżnieniu od normalnych czarnych dziur nie powstały one w procesie zapadania grawitacyjnego, ale bezpośrednio z niezwykle gęstej materii powstałej po Wielkim Wybuchu, a jeszcze obecnej w pierwszej fazie ekspansji Wszechświata. 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.

    Biała dziura – hipotetyczne przeciwieństwo czarnej dziury. Według teorii biała dziura miałaby być obszarem, gdzie zarówno energia, jak i materia wypływają z osobliwości. Dotychczasowe badania nie potwierdziły istnienia białych dziur, choć niektórzy badacze uważają, że powstanie Wszechświata, czyli Wielki Wybuch mógł być w istocie przykładem takiego zjawiska. 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.

    Ergoobszar, zwany też ergosferą – to obszar dookoła wirującej czarnej dziury, znajdujący się na zewnątrz sfery wyznaczonej przez horyzont zdarzeń w rozwiązaniu Kerra, gdzie wartość grawitacji staje się nieskończona. Im szybszy obrót wokół własnej osi, tym dalej znajduje się ergoobszar od horyzontu. Gdy rotacja czarnej dziury znika, wówczas znika również ergosfera i właściwym jest opis Schwarzschilda. Jądro galaktyki – najbardziej centralna część galaktyki, w przypadku ok. 75% galaktyk spiralnych otoczona dodatkowo zgrubieniem centralnym. Przypuszcza się, że jądra wielu (być może wszystkich) galaktyk zawierają supermasywne czarne dziury.

    Gwiazda międzygalaktyczna – gwiazda, która nie jest związana grawitacyjnie z żadną galaktyką. Według przyjętej i obowiązującej teorii, gwiazdy tego typu powstają w normalnych galaktykach, ale są z nich wyrzucane w wyniku kolizji galaktyk. Możliwe jest także, że gwiazdy znajdujące się w układach wielokrotnych zostają wyrzucone z ich galaktyk po zbytnim zbliżeniu się do znajdujących się w centrum galaktyk supermasywnych czarnych dziur, tego typu obiekty znane są jako gwiazdy hiperprędkościowe.

    Grawastary – hipotetyczne obiekty podobnej wielkości i masy, co czarne dziury, ale mające materialną powierzchnię. Powierzchnia grawastaru jest niezwykle cienka, dlatego dźwięk rozchodzi się w niej z prędkością światła. W środku grawastaru jest ciemna, skoncentrowana energia, której ciśnienie nie dopuszcza do tego, by grawastar utworzył czarną dziurę. Wciąż prowadzone są dyskusje, czy takie obiekty mogłyby powstać i czy faktycznie istnieją.

    Ultraintensywne źródło rentgenowskie (ULX od ang. ultraluminous X-ray source) – obiekt astronomiczny emitujący znacznie większe ilości promieniowania rentgenowskiego od jakiegokolwiek źródła pochodzenia gwiazdowego przy równocześnie mniejszej emisji od jasnych źródeł rentgenowskich powiązanych z supermasywnymi czarnymi dziurami znajdującymi się w jądrach galaktyk. Malowanie liczbami to łamigłówka polegająca na zaczernianiu pól diagramu. Zaczernione pola utworzą rysunek. To, które pola trzeba zaczernić, wskazują liczby obok diagramu. Liczby z lewej strony każdego wiersza określają, ile grup czarnych pól jest w danym rzędzie i ile czarnych pól jest w każdej grupie. Dla przykładu liczby „1,4,2” oznaczają trzy grupy: pierwsza jest złożona z jednego, druga z czterech, a trzecia z dwóch czarnych pól. Wyodrębnienie 3 kolejnych liczb świadczy o tym, że pomiędzy grupami czarnych pól występuje przynajmniej jedno wolne (białe) pole. Analogicznie jest z liczbami u góry diagramu. Obrazki czarno białe są klasyczną wersją ale czasami można spotkać wersję z wieloma kolorami, w której pola diagramu koloruje się zgodnie z kolorem liczb. Pola z dwoma różnymi kolorami nie muszą mieć białego pola pomiędzy sobą. Występuje również inna wersja (triddler), w której diagram składa się z równobocznych trójkątów.

    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.

    Dodano: 12.06.2012. 17:49  


    Najnowsze