En följeslagare med material som dras in i ett svart hål. |

Introduktion

Cygnus X-1, följeslagare till den blå supergigantstjärnan HDE 226868, är belägen i stjärnbilden Cygnus på 19 timmar 58 minuter 21, 9 sekunder Höger uppstigning och 35 grader 12 9 Förklaring. Det är inte bara ett svart hål utan också det första som upptäcktes. Vad är exakt det här objektet, hur upptäcktes det och hur vet vi att det är ett svart hål?

I förväg

Svarta hål nämndes först 1783 när John Michell i ett brev till Royal Society talade om en stjärna vars tyngdkraft var så stor att ljus inte undkom ytan. 1796 nämnde Laplace dem i en av sina böcker, med beräkningar av mått och egenskaper. Under de mellanliggande åren kallades de frysta stjärnor, mörka stjärnor, kollapsade stjärnor men termen svart hål användes inte förrän 1967 av John Wheeler från Columbia University i New York City (Finkel 100).

Uhuru. |

Upptäckten av Cygnus X-1

Astronomer vid US Naval Research Lab upptäckte Cygnus X-1 1964. Det undersöktes vidare på 1970-talet när Uhuru X-Ray-satellit sjösattes och undersöktes över 200 röntgenkällor med över hälften av dem i vår egen mjölkväg. Den såg flera olika föremål inklusive gasmoln, vita dvärgar och binära system. Båda noterade att X-1-objekt sände röntgenstrålar, men när människor gick för att observera det upptäckte de att det inte var synligt på något plan i EM-spektrumet för röntgenbilder. Dessutom flimrade röntgenstrålarna i intensitet varje millisekund. De tittade mot det närmaste objektet, HDE 226868, och noterade att det hade en bana som skulle indikera att det var en del av ett binärt system. Men ingen följeslagare stjärnan var belägen i närheten. För att HDE skulle förbli i sin bana behövde hans följeslagare en massa större än en vit dvärg eller en neutronstjärna. Och att flimring bara kunde uppstå från ett litet föremål som kunde genomgå så snabba förändringar. Förvånad, forskare tittade mot sina tidigare observationer och teorier för att försöka bestämma vad detta objekt var. De blev chockade när de hittade sin lösning i en teori som många betraktade som en ren matematik (Shipman 97-8).

Einstein och Schwarzchild

Det första omnämnandet av ett svart hålliknande föremål var i slutet av 1700-talet när John Mchill och Pierre-Simon Laplace (oberoende av varandra) pratade om mörka stjärnor, vars tyngdkraft skulle vara så stort att förhindra att allt ljus lämnar sina ytor . År 1916 publicerade Einstein sin allmänna relativitetsteori, och fysiken var aldrig densamma. Den beskrev universum som en rymd-tid kontinuum och att tyngdkraften orsakar böjningar i det. Samma år publicerades teorin, Karl Schwarzschild satte testet Einsteins teori. Han försökte hitta gravitationseffekterna på stjärnor. Mer specifikt testade han rymdtidens krökning i en stjärna. Detta blev känt som en singularitet, eller ett område med oändlig täthet och tyngdkraft. Einstein själv ansåg att detta bara var en matematisk möjlighet, men ingenting mer. Det tog mer än 50 år tills det inte betraktades som science fiction utan som science fact.

Komponenter i ett svart hål

Svarta hål består av många delar. För det första måste du föreställa dig rymden som ett tyg, med det svarta hålet vilande ovanpå det. Detta får utrymmet att doppa eller böjas i sig själv. Detta dopp liknar en tratt i en virvel. Poängen i denna krökning där ingenting, inte ens ljus, kan undkomma det kallas händelshorisonten. Objektet som orsakar detta, det svarta hålet, kallas singulariteten. Frågan kring det svarta hålet bildar en ackretionsskiva. Själva svarta hålet snurrar ganska snabbt, vilket gör att materialet runt det når höga hastigheter. När materien når dessa hastigheter kan de bli röntgenstrålar, vilket förklarar hur röntgenstrålarna kommer från ett objekt som tar allt och ger ingenting.

Nu, allvaret i ett svart hål får materia att falla ner i det, men svarta hål suger inte, i motsats till vad man tror. Men den tyngdkraften sträcker sig utrymme-tid. Faktum är att ju närmare du kommer till det svarta hålet, desto långsammare tid går. Därför, om man kan manövrera miljön runt ett svart hål, kan det vara en typ av tidsmaskin. Även graviteten i ett svart hål förändrar inte hur saker går runt det. Om solen kondenserades till ett svart hål (som den inte kan, men gå med på det för argumentets skull) skulle vår bana inte förändras alls. Tyngdekraften är inte den stora affären med svarta hål, det är händelseshorisonten som slutar vara skillnadstillverkaren (Finkel 102).

Intressant nog strålar svarta hål något som kallas Hawking-strålning. Virtuella partiklar bildas par nära händelseshorisonten och om en av dem sugs in så lämnar följeslagaren. Genom att bevara energi kommer denna strålning så småningom att få det svarta hålet att förångas, men en möjlighet till en brandvägg kan orsaka komplikationer som forskare fortfarande utforskar (Ibid).

En konstnärs koncept av en supernova |

Födelse av ett svart hål

Hur kan ett så fantastiskt objekt formas? Det enda sättet som kan orsaka detta kommer från en supernova eller en mycket massiv explosion till följd av stjärndöd. Supernova själv har många möjliga ursprung. En sådan möjlighet är från en supergigantisk stjärna som exploderar. Denna explosion är ett resultat av hydrostatisk jämvikt, där stjärnans tryck och tyngdkraften som skjuter ner på stjärnan avbryter varandra, är inte balanserad. I detta fall kan trycket inte tävla med det massiva objektets allvar och all den materia kondenseras till en punkt av degeneration, där ingen mer komprimering kan inträffa och därmed orsakar en supernova.

En annan möjlighet är när två neutronstjärnor kolliderar med varandra. Dessa stjärnor, som deras namn antyder är gjorda av neutroner, är supertäta; 1 sked neutronstjärnmaterial väger 1000 ton! När två neutronstjärnor kretsar runt varandra kan de falla i en hårdare och hårdare bana tills de kolliderar med hög hastighet.

Sätt att upptäcka svarta hål

Nu kommer den noggranna observatören att notera att om ingenting kan undkomma ett svart håls gravitationskraft, hur kan vi faktiskt bevisa att deras existens blir svår. Som tidigare nämnts är röntgenstrålar ett sätt att detektera, men andra finns. Att observera en stjärns rörelse, såsom HDE 226868, kan leda ledtrådar till ett osynligt tyngdobjekt. Dessutom, när svarta hål suger upp materien, kan de magnetiska fälten få materia att stråla ut med ljusets hastighet, liknande en pulsar. Till skillnad från pulsars är emellertid dessa strålar mycket snabba och sporadiska, inte periodiska.

Cygnus X-1

Nu när det svarta hålets natur förstås blir Cygnus X-1 lättare att förstå. Den och dess följeslagare kretsar varandra var 5, 6 dagar. Cygnus ligger 6 070 ljusår från oss enligt en triggmätning av teamet Very Long Baseline Array under ledning av Mark Reid. Det handlar också om 14, 8 solmassor enligt en studie av Jerome A. Orosz (från San Diego State University) efter att ha undersökt över 20 års röntgenstråle och synligt ljus. Slutligen har den också en diameter på cirka 20-40 miles och snurrar med en hastighet av 800 hz som rapporterats av Lyun Gou (från Harvard) efter att ha gjort tidigare mätningar av objektet och arbetat matematiken i fysiken. Alla dessa fakta är i överensstämmelse med vad ett svart hål skulle vara om det ligger i närheten av HDE 226868. Baserat på hastigheten X-1 rör sig genom rymden, genererades det inte av en supernova för annars skulle den köra med en snabbare hastighet. Cygnus sifonerar material från sin följeslagare och tvingar det till en äggform med ena änden svansad i det svarta hålet. Material har setts komma in i Cygnus men så småningom förskjuts det röda markant och försvinner sedan i singulariteten.

Varaktiga mysterier

Svarta hål fortsätter att mystifiera forskare. Vad händer exakt vid punkten för singulariteten? Har svarta hål ett slut på dem, och om så är fallet kommer det att ta ut där (detta kallas ett vitt hål), eller finns det faktiskt inget slut på ett svart hål? Vilken är deras roll i ett snabbare expanderande universum? När fysiken hanterar dessa mysterier är det troligt att svarta hål kommer att bli ännu mer mystiska när vi undersöker dem ytterligare.

Citerade verk

Black Holes and Quasars. Nyfiken på astronomi? 10 maj 2008. Webb.

Cygnus X-1 Fact Sheet. Black Hole Encyclopedia. 10 maj 2008. Webb.

Finkel, Michael. "Star-Eater". National Geographic Mar. 2014: 100, 102. Tryck.

Kruesi, Liz. "Hur vi vet att svarta hål finns." Astronomi Apr. 2012: 24, 26. Tryck.

---. "Forskare lär sig detaljer om Cygnus X-1: s svarta hål." Astronomi Apr. 2012: 17. Tryck.

Shipman, Harry L. Black Holes, Quasars och the Universe. Boston: Houghton Mifflin, 1980. Tryck. 97-8.