Det kan bero på svårigheten att beskriva svarta hål att vi har en sådan fascination för dem. De är föremål med nollvolym och oändlig massa, som trotsar alla våra konventionella idéer om vardagen. Ändå kanske lika spännande som deras beskrivning är de olika typerna av svarta hål som finns.

Konstnärbegrepp av ett svart hål som tar materia från en följeslagare. |

Stellar-Mass Black Holes

Det här är den minsta typen av svarta hål som för närvarande är kända och de flesta formar sig från det som kallas en supernova, eller en stjärnas våldsamma explosiva död. För närvarande tros två typer av supernova med ett svart hål.

En typ II-supernova inträffar med det vi kallar en massiv stjärna, vars massa överstiger 8 solmassor och inte överstiger 50 solmassor (en solmassa är solens massa). I typ II-scenariot har denna massiva stjärna smält så mycket av sitt bränsle (ursprungligen väte men långsamt fortskrider genom de tyngre elementen) genom kärnfusion att den har en järnkärna, som inte kan genomgå fusion. På grund av denna brist på fusion, minskar degenerationstrycket (en uppåtgående kraft som uppstår genom elektronrörelse under fusion). Normalt balanserar degenerationstrycket och tyngdkraften ut, vilket gör att en stjärna kan existera. Graviteten drar in medan trycket trycker utåt. När en järnkärna ökar till det vi kallar Chandrasekhar-gränsen (cirka 1, 44 solmassor) har den inte längre tillräckligt med degenerationstryck för att motverka tyngdkraften och börjar kondensera. Järnkärnan kan inte smältes och den komprimeras tills den blåser. Denna explosion förstör stjärnan och kommer i dess kölvattning att vara en neutronstjärna om mellan 8-25 solmassor och ett svart hål om större än 25 (frön 200, 217).

En super-supernova av typen Ib är i stort sett densamma som typ II, men med några subtila skillnader. I detta fall har den massiva stjärnan en följeslagare som remsar bort vid det yttre väteskiktet. Den massiva stjärnan kommer fortfarande att bli supernova på grund av en förlust av degeneratryck från järnkärnan och skapa ett svart hål med tanke på att den har 25 eller fler solmassor (217).

En nyckelstruktur för alla svarta hål är Schwarzschild-radien, eller det närmaste du kan komma till ett svart hål innan du når en punkt utan återgång och sugs in i den. Ingenting, inte ens ljus, kan fly från dess grepp. Så hur kan vi veta om svarta hål i stjärnmassa om de inte avger ljus för oss att se? Det visar sig att det bästa sättet att hitta en är att leta efter röntgenutsläpp som kommer från ett binärt system eller ett par föremål som kretsar kring ett gemensamt tyngdpunkt. Vanligtvis involverar detta en följeslagare stjärna vars yttre skikt sugs in i det svarta hålet och bildar en ackretionsskiva som snurrar runt det svarta hålet. När det faller närmare och närmare Schwarzschild-radien spinnas materialet till så energiska nivåer att det avger röntgenstrålar. Om sådana utsläpp finns i ett binärt system, är följeslagareobjektet med stjärnan troligen ett svart hål.

Dessa system är kända som ultralysande röntgenkällor eller ULX. De flesta teorier säger att när följeslagareobjektet är ett svart hål bör det vara ungt men nyligen gjorda verk av Chandra Space Telescope visar att vissa kan vara väldigt gamla. När man tittade på en ULX i galaxen M83 märkte den att källan före flänsen var röd, vilket indikerar en äldre stjärna. Eftersom de flesta modeller visar att stjärnan och svarta hålet bildas tillsammans måste det svarta hålet också vara gammalt, för de flesta röda stjärnor är äldre än blå stjärnor (NASA).

För att hitta massan på alla svarta hål, tittar vi på hur lång tid det och dess följeslagare tar för att fullfölja en hel bana. Med hjälp av vad vi känner till massan hos följeslagareobjektet baserat på dess ljusstyrka och sammansättning, är Keplers tredje lag (period med en kvadratisk bana lika med medelavståndet från den kubbade punkten) och jämnar tyngdkraften med kraften i cirkulär rörelse, kan vi hitta massan på det svarta hålet.

GRB Swift bevittnade. |

Nyligen sågs en svart hålfödelse. Swift-observatoriet bevittnade en gammastrålningsbrist (GRB), en händelse med hög energi i samband med en supernova. GRB ägde rum 3 miljarder ljusår bort och varade i cirka 50 millisekunder. Eftersom de flesta GRB varar cirka 10 sekunder misstänker forskare att den här var resultatet av en kollision mellan neutronstjärnor. Oavsett källan till GRB är resultatet ett svart hål (sten 14).

Även om vi inte kan bekräfta detta ännu, är det möjligt att inget svart hål någonsin har utvecklats fullt ut. På grund av den höga tyngden som är förknippad med svarta hål bromsar tiden som en följd av relativiteten. Därför kan tiden i mitten av singulariteten stoppa, och därför förhindra att ett svart hål bildas helt (Berman 30).

Mellanmassa svarta hål

Fram till nyligen var dessa en hypotetisk klass av svarta hål vars massa är 100-tal solmassor. Men observationer från Whirlpool Galaxy ledde till några spekulativa bevis för deras existens. Vanligtvis bildar svarta hål som har ett följeslagareobjekt en ackretionsskiva som kan nå upp till tiotal miljoner grader. Bekräftade svarta hål i bubbelpoolen har dock ackretionsskivor som är mindre än 4 miljoner grader Celsius. Detta kan innebära att ett större moln av gas och damm omger det mer massiva svarta hålet, sprider det ut och därmed sänker temperaturen. Dessa mellanliggande svarta hål (IMBH) kunde ha bildats av mindre sammanslagningar av svart hål eller från supernova av extra massiva stjärnor. (Kunzig 40). Den första bekräftade IMBH är HLX-1, som hittades 2009 och väger in vid 500 solmassor.

Inte länge därefter hittades en annan i galaxen M82. Namnet M82 X-1 (det är det första röntgenobjektet som ses) och är 12 miljoner ljusår och har 400 gånger solens massa. Det hittades först efter att Dheerraj Pasham (från University of Maryland) tittade på 6 års röntgenuppgifter, men så långt som hur det bildades förblir ett mysterium. Kanske ännu mer spännande är möjligheten att IMBH är en springbrett från svarta hål i stjärnmassa och supermassiva svarta hål. Chandra och VLBI tittade på objektet NGC 2276-3c, 100 miljoner ljusår bort, i röntgen- och radiospektrum. De fann att 3c är cirka 50 000 solmassor och har strålar som liknar supermassiva svarta hål som också hämmar stellarväxt (Scoles, Chandra).

M-82 X-1. |

Det var inte förrän HXL-1 konstaterades att en ny teori för var dessa svarta hål kom från utvecklades. Enligt en studie från den 1 mars Astronomical Journal är detta objekt en hyperljus röntgenkälla på omkretsen av ESO 243-49, en galax som är 290 miljoner ljusår bort. Nära till den ligger en ung blå stjärna som antyder en nyligen bildad (för dessa dör snabbt). Ändå är svarta hål av naturen äldre föremål, som vanligtvis bildas efter att en massiv stjärnor bränns genom dess nedre element. Mathiew Servillal (från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge) tror att HXL faktiskt kommer från en dvärggalax som kolliderade med ESO. Han känner faktiskt att HXL var den dvärggalaxens centrala svarta hål. När kollisionen inträffade skulle gaser runt HXL komprimeras, vilket orsakade stjärnbildning och därmed en möjlig ung blå stjärna i närheten av den. Baserat på den följeslagarens ålder inträffade troligen en sådan kollision för cirka 200 miljoner år sedan. Och eftersom upptäckten av HXL förlitade sig på data från följeslagaren, kanske fler IMBH kan hittas med denna teknik (Andrews).

En annan lovande kandidat är CO-0, 40-0, 22 *, som är beläget i molekylmolnet som har sitt namn efter nära galaxens centrum. Signaler från ALMA och XMM-Newton som hittades av ett team som leddes av Tomoharu Oka (Keio University) liknade andra supermassiva svarta hål men ljusstyrkan var avstängd och antydde 0, 22 * var 500 gånger mindre massiv, och klockade in på ungefär 100 000 solmassor. Ett annat bra bevis var hastigheten på föremål inuti molnet, med många som når nästan relativistiska hastigheter baserade på Dopplerförskjutningarna som partiklarna genomgick. Detta kan endast uppnås om ett objekt med hög gravitation ligger i molnet för att påskynda föremålen. Om 0, 22 * verkligen är ett mellanliggande svart hål, bildades det troligtvis inte i gasmoln men var inne i en dvärggalax som mjölkvägen åt för länge sedan, baserat på modeller som indikerar att ett svart hål är 0, 1 procent av värdgalaxens storlek (Klesman, Timmer).

Skytten A *, det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax, och flera följeslagare stjärnor. |

Supermassiva svarta hål

De är drivkraften bakom en galax. Med hjälp av liknande tekniker i vår analys av svarta hål i stjärnmassa, ser vi på hur objekt kretsar kring galaxens centrum och har funnit att det centrala objektet är miljoner till miljarder solmassor. Man tror att supermassiva svarta hål och deras snurr resulterar i många av de formationer vi bevittnar med galaxer när de konsumerar material som omger dem i rasande takt. De verkar ha bildats under en galax s egen formation. En teori säger att när materien ackumuleras i mitten av en galax bildar den en utbuktning med en hög koncentration av materia. Faktum är att så mycket att den har en hög tyngdnivå och sålunda kondenserar saken för att skapa ett supermassivt svart hål. En annan teori hävdar att supermassiva svarta hål är resultatet av många sammanslagningar av svarthål.

En nyare teori säger att supermassiva svarta hål kan ha bildats först innan galaxen, en fullständig vändning av aktuell teori. När man tittar på kvasarer (avlägsna galaxer med aktiva centra) från bara några miljarder år efter Big Bang, såade forskare supermassiva svarta hål i dem. Enligt kosmologiska teorier ska dessa svarta hål inte vara där eftersom kvasarna inte har existerat tillräckligt länge för att bilda dem. Stuart Shapero, en astrofysist vid University of Illinois i Urbana Champaign, har en möjlig lösning. Han tror att den första generationen stjärnor som bildas av primordiala moln av väte och helium som också skulle existera när de första svarta hålen bildades. De skulle ha haft mycket att gnälla på och skulle också smälta samman med varandra för att bilda supermassiva svarta hål. Deras bildning skulle då resultera i tillräcklig tyngdkraft för att ackumulera materien runt dem och därmed skulle galaxer födas (Kruglinski 67).

En annan plats att leta efter bevis på supermassiva svarta hål som påverkar galaktiskt beteende är i moderna galaxer. Enligt Avi Loeb, en astrofysiker vid Harvard University, har de flesta moderna galaxer ett centralt supermassivt svart hål vars massor verkar korrelera nära med egenskaperna hos deras värdgalaxer. Denna korrelation verkar vara relaterad till den heta gasen som omger det supermassiva svarta hålet som kan påverka galaxens beteende och miljö inklusive dess tillväxt och antalet stjärnor som bildas (67). Faktum är att nyligen genomförda simuleringar visar att supermassiva svarta hål får det mesta av materialet som hjälper dem att växa från de små gasbotten runt det. Den konventionella tanken var att de främst skulle växa från en galaxfusion men baserat på simuleringarna och vidare observationer verkar det som att den lilla mängden materia som ständigt faller in är det som är nyckeln till deras tillväxt (Wall).

Oavsett hur de formar sig, är dessa föremål fantastiska vid omvandling av materia-energi, för efter att ha rivat material från varandra, värmt upp det och tvingat kollisioner mellan atomerna som bara ett fåtal kan bli tillräckligt energiska för att fly undan innan de möter händelshorisonten. Intressant nog får 90% av materialet som faller i svarta hål aldrig ätas av det. När materialet snurrar runt genereras friktion och saker värms upp. Genom denna energiuppbyggnad kan partiklar komma undan innan de faller in i händelseshorisonten och lämnar närheten av det svarta hålet med hastigheter som närmar sig ljusets hastighet. Som sagt, supermassiva svarta hål går igenom ebbs och flöden för deras aktivitet är beroende av att materien är nära den. Endast 1/10 av galaxerna har faktiskt ett aktivt ätande supermassivt svart hål. Detta kan bero på gravitationsinteraktioner eller UV / röntgenstrålarna som släpps ut under aktiva faser skjuter bort materien (Scharf 34, 36; Finkel 101-2).

De mysterier fördjupades när en omvänd korrelation upptäcktes när forskare jämförde en galaxstjärnbildning med aktiviteten i det supermassiva svarta hålet. När aktiviteten är låg är stjärnbildningen hög men när stjärnbildningen är låg matas det svarta hålet. Stjärnbildning är också en indikation på ålder och när en galax blir äldre minskar frekvensen av nya stjärnor som produceras. Anledningen till detta förhållande undviker forskare, men man tror att ett aktivt supermassivt svart hål kommer att äta för mycket material och skapa för mycket strålning för att stjärnor kan kondensera. Om ett supermassivt svart hål inte är för massivt, kan det vara möjligt för stjärnor att övervinna detta och forma, och rånar det svarta hålet av materien att konsumera (37-9).

Intressant, även om supermassiva svarta hål är en nyckelkomponent i en galax som möjligen innehåller en stor mängd liv, kan de också vara förstörande för sådant liv. Enligt Anthony Stark från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics kommer inom de närmaste 10 miljoner åren varje organiskt liv nära galaxens centrum att förstöras på grund av det supermassiva svarta hålet. Mycket material samlas runt det, liknande svarta hål i stjärnmassan. Så småningom kommer cirka 30 miljoner solmassor värda att ha samlats och sugs in på en gång, vilket det supermassiva svarta hålet inte kan hantera. Mycket material kommer att kastas ut ur tillskottet och komprimeras, vilket orsakar ett starburst av kortlivade massiva stjärnor som går supernova och översvämmer regionen med strålning. Tack och lov är vi säkra från denna förstörelse eftersom vi är ungefär 25 000 ljusår från var åtgärden kommer att äga rum (Forte 9, Scharf 39).

Citerade verk

Andrews, Bill. "Medium Black Hole Once a Dwarf Galaxy's Heart." Astronomi juni 2012: 20. Tryck.

Berman, Bob. A Twisted Jubileum. Upptäck maj 2005: 30. Skriv ut.

Chandra. "Chandra hittar spännande medlem av släktträdet i svart hål." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 27 februari 2015. Webb. 07 mars 2015.

Forte, Jessa "Milky Way's Deadly Inner Zone." Upptäck Jan 2005: 9. Tryck.

Klesman, Alison. "Astronomer hittar det bästa beviset ändå för ett medelstort svart hål." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 08 september 2017. Web. 30 november 2017.

Kruglinski, Susan. ”Svarta hål avslöjade som skapande krafter.” Upptäck Jan. 2005: 67. Tryck.

Kunzig, Robert. "Röntgenvisioner." Upptäck februari 2005: 40. Skriv ut.

NASA. "Chandra ser anmärkningsvärt utbrott från gamla svarta hålet." Astronomy.com. Kalmbach Publishing Co, 01 maj 2012. Webb. 25 oktober 2014.

Scharf, Caleb. "Välviljan från svarta hål." Scientific American Aug 2012: 34-9. Skriva ut.

Scoles, Sarah. "Svart hål i medium storlek är precis rätt." Upptäck november 2015: 16. Skriv ut.

Seeds, Michael A. Horizons: Exploring the Universe . Belmont, CA: Thomson Brooks / Cole, 2008. 200, 217. Tryck

Stone, Alex. "Black Hole Birth Seen." Upptäck augusti 2005: 14. Skriv ut.

Timmer, John. "Vår Galaxys andra största svarta hål kan" lura "i ett gasmoln." Arstechnica.com. Conte Nast., 06 september 2017. Webben. 04 december 2017.

Wall, Mike. "Svarta hål kan växa överraskande snabbt, föreslår ny 'supermassiv' simulering." The Huffington Post . TheHuffingtonPost.com, 13 februari 2013. Webben. 28 februari 2014.