Mitten av vår galax, med A * det ljusa objektet till höger. |

De flesta supermassiva svarta hål är långt borta, även i en kosmisk skala där vi mäter avståndet så långt en ljusstråle i ett vakuum går under ett år (ett ljusår). De är inte bara avlägsna föremål, utan är i själva verket omöjliga att direkt avbilda. Vi kan bara se utrymmet runt dem. Detta gör att man studerar dem till en svår och mödosam process, som kräver fina tekniker och verktyg för att få information från dessa mystiska föremål. Lyckligtvis är vi nära ett särskilt svart hål känt som Skytten A * (uttalad en stjärna), och genom att studera det kan vi förhoppningsvis lära oss mer om dessa galaxmotorer.

Upptäckt

Astronomer visste att något var fiskigt i konstellationen Skytten i februari 1974 när Bruce Balick och Robert Brown fann att mitten av vår galax (som från vår utsiktspunkt är i riktning mot konstellationen) var en källa till fokuserade radiovågor. Inte bara detta utan det var ett stort föremål (230 ljusår i diameter) och hade 1000-tal stjärnor sammansatt i det lilla området. Brown namngav officiellt källan Skytten A * och fortsatte att observera. När åren utvecklades märkte forskare att hårda röntgenstrålar (de med hög energi) också härstammade från det och att över 200 stjärnor tycktes kretsa runt den och med hög hastighet. Faktum är att 20 av de fasta stjärnorna som någonsin sett har varit runt A *, med hastigheter på 5 miljoner kilometer per timme. Det innebar att vissa stjärnor fullbordade en bana på så lite som 5 år! Problemet var att ingenting tycktes vara där för att orsaka all denna aktivitet. Vad kan kretsa runt ett doldt objekt som sände ut högenergifotoner? Efter att ha använt stjärnans orbitalegenskaper, såsom hastighet och form på den färdade vägen och Keplers planetariska lagar, konstaterades att objektet i fråga hade en massa på 4, 3 miljoner solar och en diameter på 25 miljoner kilometer. Forskare hade en teori för ett sådant objekt: ett supermassivt svart hål (SMBH) i mitten av vår galax (Powell 62, Kruesi "Skip, " Kruesi "How, " Fulvio 39-40).

Hastigheter runt A * |

Vad kan det vara?

Bara för att konsensus var att en SMBH hade hittats betydde inte att andra möjligheter utesluts.

Kan det inte vara en massa mörk materia? Osannolikt, baserat på aktuell teori. Mörkt material kondenserat till ett så litet utrymme skulle ha en täthet som skulle vara svårt att förklara bort och skulle ha observativa konsekvenser som inte har sett (Fulvio 40-1).

Kan det inte vara ett gäng döda stjärnor? Inte baserat på hur plasma rör sig runt A *. Om en grupp döda stjärnor klusterades vid A *, skulle de joniserade gaserna runt den röra sig på ett kaotiskt sätt och inte uppvisa den jämnhet vi ser. Men hur är det med stjärnorna vi ser runt A *? Vi vet att det finns 1000 av dem i det området. Kan vektorerna för deras rörelse och deras dragning i rymden redogöra för de observerade observationerna? Nej, för det finns för få stjärnor för att till och med komma nära massan som forskarna har observerat (41-2, 44-5).

Kan det inte vara en massa neutrino? De är svåra att upptäcka, precis som A *. Men de gillar inte att vara i närheten av varandra, och vid den sedda massan skulle gruppens diameter vara större än 0, 16 ljusår och överskrida stjärnorna kring stjärnorna runt A *. Beviset verkar säga att en SMBH är vårt bästa alternativ (49).

Men vad som skulle betraktas som rökpistolen när det gäller A *: s identifiering kom 2002 när observationsstjärnan S-02 nådde perihelion och fick inom 17 ljusstimmar efter A * enligt VLT-data. Under de senaste tio åren till denna forskare hade spårat sin bana huvudsakligen med New Technology Telescope och visste att aphelionen var 10 ljusdagar. Genom att använda allt detta hittade han banan för S2 och med denna med de kända storleksparametrarna avgjorde debatten (Dvorak).

Varför röntgenstrålar?

Okej, så vi använder uppenbarligen indirekta metoder för att se A *, som den här artikeln på ett lämpligt sätt kommer att visa. Vilka andra tekniker använder forskare för att extrahera information från vad som verkar vara ingenting? Vi vet från optiken att ljus sprids från kollisioner av fotoner med många föremål, vilket orsakar reflektion och brytning i överflöd. Forskare har funnit att den genomsnittliga spridningen av ljus är proportionell mot kvadratet med våglängden. Detta beror på att våglängden är direkt relaterad till fotonens energi. Så om du vill minska spridningen som hindrar din avbildning måste man använda en mindre våglängd (Fulvio 118-9).

Baserat på upplösningen och detaljerna som vi vill se på A * (nämligen skuggan av händelseshorisonten) önskas en våglängd på mindre än 1 millimeter. Men många problem hindrar oss från att göra sådana våglängder praktiska. För det första skulle många teleskop behöva ha en tillräckligt stor baslinje för att uppnå någon slags detalj. De bästa resultaten skulle uppstå genom att använda hela jordens diameter som vår baslinje, inte en enkel prestation. Vi har konstruerat stora matriser för att se på våglängder så små som 1 centimeter men vi är en ordning på 10 mindre än det (119-20).

Värme är en annan fråga vi måste ta itu med. Vår teknik är känslig, och all värme kan göra att våra instrument expanderar och förstör de exakta kalibreringarna vi behöver. Till och med Jordens atmosfär kan sänka upplösningen eftersom det är ett bra sätt att absorbera vissa delar av spektrumet som verkligen skulle vara praktiskt att ha för studier i svart hål. Vad kan hantera båda dessa frågor? (120)

Rymden! Genom att skicka våra teleskop utanför jordens atmosfär undviker vi absorptionsspektrum och vi kan skydda teleskopet från alla värmeelement som solen. Ett av dessa instrument är Chandra, uppkallad efter Chandrasekhar, en berömd forskare i svart hål. Den har en upplösning på 1/20 ett ljusår och kan se temperaturer så låga som 1 K och så höga som några miljoner K (121-2, 124).

En picky äter

Nu har vi visat att vår speciella SMBH gnuggar på något dagligen. Röntgenbrännor verkar dyka upp från tid till annan och Chandra, NuSTAR och VLT är där för att observera dem. Det är svårt att fastställa var dessa blossar härrör från att många neutronstjärnor i ett binärt system är nära A * och släpper samma strålning (eller hur mycket materie och energi som rinner ut ur regionen) när de stjäl material från sin följeslagare, dölja den faktiska huvudkällan. Den nuvarande idén som bäst passar den kända strålningen från A * är att asteroider av annat litet skräp periodvis krossas av SMBH när de vågar sig till inom 1 AU, vilket skapar blossar som kan vara upp till 100 gånger den normala ljusstyrkan. Men asteroiden måste vara minst 6 mil bred, annars skulle det inte finnas tillräckligt med material för att reduceras av tidvattenkrafterna och friktionen (Moskowitz "Milky Way, " NASA "Chandra, " Powell 69, Haynes, Kruesi 33, Andrews "Milky").

Med det sagt, är A * på 4 miljoner solmassor och 26 000 ljusår bort inte så aktiv som en SMBH som forskaren skulle ha misstänkt. Baserat på jämförbara exempel över universum är A * väldigt tyst när det gäller strålningsutgången. Chandra tittade på röntgenstrålarna från området nära det svarta hålet, som kallas tillslagskivan. Denna ström av partiklar uppstår från materia som närmar sig händelsevärgen och snurrar snabbare och snabbare. Detta får temperaturen att öka och så småningom avges röntgenstrålar (Ibid).

Det lokala området runt A *. |

Baserat på avsaknaden av röntgenstrålar med hög temperatur och närvaron av låga temperaturer istället har det visat sig att A * bara "äter" 1% av ämnet som omger det medan resten kastas tillbaka i rymden. Gasen kommer troligen från solvinden från massiva stjärnor runt A * och inte från mindre stjärnor som tidigare trott. För ett svart hål är detta en stor mängd avfall, och utan infalling materia kan ett svart hål inte växa. Är detta en tillfällig fas i en SMBH: s liv eller finns det ett underliggande tillstånd som gör vårt unika? (Moskowitz “Milky Way”, “Chandra”)

Rörelser av stjärnor runt A * som fångats av Keck. |

En Pulsar belyser situationen

I april 2013 hittade SWIFT en pulsar inom ett halvt ljusår från A *. Ytterligare forskning avslöjade att det var en magnetar som sände högpolariserade röntgen- och radiopulser. Dessa vågor är mycket mottagliga för förändringar i magnetfält och kommer att ändra sin orientering (vertikal eller horisontell rörelse) baserat på magnetfältets styrka. Faktum är att Faraday-rotation, som får pulserna att vrida sig när de reser genom en laddad gas som är inom ett magnetfält, förekom på pulserna. Baserat på magnetar s position och vår, reser pulserna genom gas som är 150 ljusår från A * och genom att mäta den vridningen i pulserna kunde magnetfältet mätas på det avståndet och därmed en antagande om fältet nära A * kan göras (NRAO, Cowen).

Radioutsläpp av A *. |

Heino Falcke från Radboud universitet Nijmegen i Nederländerna använde SWIFT-data och observationer från Effelsberg Radio Observatory för att göra just detta. Baserat på polarisationen fann han att magnetfältet var cirka 2, 6 milligauss vid 150 ljusår från A *. Fältet nära A * bör vara flera hundra gauss, baserat på detta (Cowen). Så vad har allt detta tal om magnetfält att göra med hur A * förbrukar materien?

När materien reser i tillskottet kan den öka sin vinkelmoment och ibland undvika kopplingarna i det svarta hålet. Men det har visat sig att små magnetiska fält kan skapa en typ av friktion som kommer att stjäla vinkelmomentet och därmed få saken att falla tillbaka till åtskiljningsskivan när gravitationen övervinner den. Men om du har ett tillräckligt stort magnetfält, kan det fånga saken och få det att aldrig falla i det svarta hålet. Den fungerar nästan som en dam och hindrar dess förmåga att resa nära det svarta hålet. Detta kan vara mekanismen vid A * och förklara dess udda beteende (Cowen).

Radio / Millimeter våglängdsvy |

Det är möjligt att denna magnetiska energi fluktuerar eftersom det finns bevis för att A *: s tidigare aktivitet är mycket högre än den för närvarande. Malca Chavel från Paris Dident University tittar på data från Chandra från 1999 till 2011 och fann röntgenekon i den interstellära gasen 300 ljusår från det galaktiska centret. De antyder att A * var över en miljon gånger mer aktiv tidigare. Och 2012 upptäckte forskare från Harvard University en gammastrålekonstruktion som gick 25 000 ljusår från båda polerna i det galaktiska centrumet. Det kan vara ett tecken på konsumtion så sent som för 100 000 år sedan. Ett annat möjligt tecken är cirka 1 000 ljusår i vårt galaktiska centrum: Det finns inte många unga stjärnor. Forskare klippte igenom dammet med hjälp av den infraröda delen av spektrumet för att se att Cepheid-variabler, som är 10-300 miljoner år gamla, saknas i den rymdregionen, enligt utgåvan den 2 augusti 2016 av Månadsmeddelanden om Royal Astronomical Samhälle. Om A * tuggas, skulle inte många nya stjärnor vara närvarande, men varför så få så långt utanför A *: s grepp? (Scharf 37, Powell 62, Wenz 12).

Banorna i objekten nära A * |

Stjärnsituationen presenterar faktiskt många problem eftersom de befinner sig i en region där stjärnbildningen borde vara svår, om inte omöjlig, på grund av vilda gravitations- och magnetiska effekter. Stjärnor har hittats med signaturer som indikerar att de bildades för 3-6 miljoner år sedan, vilket är för ungt för att vara rimligt. En teori säger att det kan vara äldre stjärnor som fick sina ytor att strippa i en kollision med en annan stjärna och värma upp den för att se ut som en yngre stjärna. Men för att åstadkomma detta kring A * bör förstöra stjärnorna eller förlora för mycket vinkelmoment och falla i A *. En annan möjlighet är att dammet runt A * möjliggör stjärnbildning eftersom det drabbades av dessa fluktuationer men detta kräver ett moln med hög densitet för att överleva A * (Dvorak).

Giant Bubbles and Jets

2012 blev forskare förvånade när de upptäckte att enorma bubblor verkar komma från vårt galaktiska centrum och innehålla tillräckligt med gas för 2 miljoner solmassastjärnor. Och när vi är väldigt stora talar vi 23 000 till 2 7 000 ljusår från båda sidor, sträcker sig vinkelrätt mot det galaktiska planet. Och ännu svalare är att de är gammastrålar och verkar komma från gammastrålar som påverkar gasen som omger vår galax. Resultaten hittades av Meng Su (från Harvard Smithsonian Center) efter att ha tittat på data från Fermi Gamma-Ray Space Telescope. Baserat på storleken på strålarna och bubblorna såväl som deras hastighet, måste de ha sitt ursprung i en tidigare händelse. Denna teori förstärks ytterligare när du tittar på hur Magellanic Stream (ett gasfilament mellan oss och Magellanic Clouds) är lite upp från att få sina elektroner upphetsade av hiten från den energiska händelsen, enligt en studie av Joss Bland- Hamilton. Det är troligt att strålarna och bubblorna är ett resultat av att materien faller in i det intensiva magnetfältet i A *. Men detta antyder återigen en aktiv fas för A *, och ytterligare forskning visar att det hände för 6-9 miljoner år sedan. Detta baserades på kvasarljus som passerade genom molnen och visade kemiska spår av kisel och kol samt deras rörelsehastighet på 2 miljoner miles per timme (Andrews "Faint, " Scoles "Milky, " Klesman "Hubble").

Ser du ett supermassivt svart hål?

Alla SMBH är för långt borta för att se visuellt. Även A *, trots dess relativa närhet i den kosmiska skalan, kan inte avbildas direkt med vår nuvarande utrustning. Vi kan bara se dess interaktion med andra stjärnor och gas och därifrån utveckla en idé om dess egenskaper. Men snart kan det ändras. Event Horizon Telescope (EHT) byggdes i ett försök att faktiskt bevittna vad som händer nära SMBH. EHT är en kombination av teleskop från hela världen som fungerar som en enorm utrustning som observeras i radiospektrumet. Teleskop som ingår i den är Alacama Large Millimeter / Sub-millimeter Array i Chile, Caltech Sub-millimeter Observatory på Hawaii, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano i Mexiko och South Pole Telescope i Antartica (Moskowitz "To See." Klesman "Kommande").

EHT använder en teknik som kallas Very Long Baseline Interferometry (VLBI), som använder en dator för att sätta upp data som alla teleskop samlar in och sätta ihop dem för att skapa en enda bild. Några av hinder hittills har varit att synkronisera teleskop, testa VLBI-teknikerna och se till att allt är byggt i tid. Om det kan dras av, kommer vi att se ett gasmoln som är på en bana som ska konsumeras av det svarta hålet. Ännu viktigare kan vi se om en händelseshorisont verkligen existerar eller om ändringar i relativitetsteorin måste göras (Moskowitz “Se”).

Den förutsagda vägen för G2. |

G2: Vad är det?

G2, en gång tänkt att vara ett vätgasgasmoln nära A *, upptäcktes av Stephan Gillessen från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i januari 2012. Det gick av SMBH i mars 2014. Den rör sig på nästan 1 800 mil i sekundet och sågs som ett bra sätt att testa många teorier om svarta hål genom att bevittna molnens interaktion med det omgivande materialet. Tyvärr var händelsen en byst. Ingenting hände när G2 gick förbi. Det mest troliga skälet till detta är att molnet i själva verket är en nyligen sammanslagd stjärna som fortfarande har ett moln av material runt sig, enligt Andrea Gha från UCLA (som var den enda som korrekt förutsåg resultatet). Detta bestämdes efter att adoptivoptiken kunde begränsa objektets storlek, som sedan jämfördes med modeller för att bestämma det troliga objektet. Tiden kommer i slutändan att visa. Om det är en stjärna bör G2 ha en bana på 300 år men om det är ett moln kommer det att ta flera gånger så lång tid eftersom det är 100 000 - 1 miljon gånger mindre massivt än en stjärna. Och när forskare tittade på G2, hittade NuSTAR magnetar CSGR J175-2900 nära A *, vilket kan ge forskare en chans att testa relativitet eftersom det är så nära SMB: s gravitationskälla. Också fanns nära A * var S0-102, en stjärna som kretsar runt SMBH var 11, 5 år och S0-2, som kretsar vart 16 år. Hittades av astronomer vid University of California i Los Angeles med Keck Observatory. De kommer också att erbjuda forskare ett sätt att se hur relativitet matchar verkligheten (Finkel 101, Keck, O'Niell, Kruesi "Hur, " Kruesi 34, Andrews "Doomed, " Scoles "G2, " Ferri).

Citerade verk

Andrews, Bill. "Dömt gasmoln närmar sig svart hål." Astronomi Apr. 2012: 16. Tryck.

---. "Faint Jets föreslår tidigare mjölkvägsaktivitet." Astronomi september 2012: 14. Tryck.

---. "Milky Way's Black Hole Snacks on Asteroids." Astronomi juni 2012: 18. Tryck.

"Chandra Observatory fångar gigantiskt svart hål som avvisar material." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 30 aug 2013. Web. 30 september 2014.

Cowen, Ron. Nyvund Pulsar kan förklara udda mjölkbeteende s rs supermassiva svarta hål. Huffington Post . TheHuffingtonPost.com, 15 augusti 2013. Webben. 29 april 2014.

Dvorak, John. "Secrets of the Strange Stars That Circle Our Supermassive Black Hole." astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 26 juli 2018. Web. 14 augusti 2018.

Ferri, Karri. "Racing Star kunde testa relativitet." Astronomi februari 2013: 20. Tryck

Finkel, Michael. "Star-Eater". National Geographic Mar. 2014: 101. Tryck.

Fulvio, Melia. Det svarta hålet i centrum av vår galax. New Jersey: Princeton Press. 2003. Tryck. 39-42, 44-5, 49, 118-2, 124.

Haynes, Korey. "Black Hole's Record-Setting Burst." Astronomi maj 2015: 20. Tryck.

Keck. "Mystisk G2-moln nära svart hål identifierad." Astronomy.com. Kalmbach Publishing Co., 04 nov 2014. Webb. 26 nov 2015.

Klesman, Alison. "Kommer snart: vår första bild av ett svart hål." Astronomi augusti 2017. Tryck. 13.

---. "Hubble löser Mystery Bulge i mitten av Vintergatan." Astronomy.com . Kalmbach Publishing. Co., 09 mars 2017. Web. 30 oktober 2017.

Kruesi, Liz. "Hur svart hål hoppar över ett måltid." Upptäck juni 2015: 18. Skriv ut.

---. "Hur vi vet att svarta hål finns." Astronomi april 2012: 26-7. Skriva ut.

---. "Vad lurar i det monströsa hjärtat av mjölkvägen." Astronomi oktober 2015: 32-4. Skriva ut.

Moskowitz, Clara. "Milky Way's Black Hole skar ut det mesta av den gas som den förbrukar, observationer visar." The Huffington Post . TheHuffingtonPost.com, 01 september 2013. Webben. 29 april 2014.

---. "För att" se "svart hål i Mjölkvägscentret, pressar forskarna för att skapa Event Horizon Telescope." The Huffington Post . TheHuffingtonPost.com, 16 juli 2013. Webben. 29 april 2014.

NASA. "Chandra hittar mjölkvägs svarta hål som betar på asteroider." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 09. februari 2012. Webb. 15 juni 2015.

NRAO. "Nyligen hittade Pulsar hjälper astronomer att utforska Milky Way's Mysterious Core." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 14 augusti 2013. Web. 11 maj 2014.

O'Niell, Ian. "Varför vår galax svarta hål inte ät det mysterium objekt." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 04 nov 2014. Webb. 26 nov 2015.

Powell, Corey S. "När en slumrande jätte vaknar." Upptäck april 2014: 62, 69. Skriv ut.

Scharf, Caleb. "Välviljan från svarta hål." Scientific American augusti 2012: 37. Tryck.

Scoles, Sarah. "G2 gasmoln sträckte ut när det rundar mjölkvägs svarta hål." Astronomi nov 2013: 13. Tryck.

---. "Milky Way's Black Hole Flared 2 miljoner år sedan." Astronomi Jan. 2014: 18. Tryck.

Wenz, John. "Inga nya stjärnfödelser i galaxens centrum." Astronomi december 2016: 12. Tryck.

  • Fungerar Quantum Superposition på människor?
    Även om det fungerar bra på kvantnivå, har vi ännu inte sett superpositionarbete på makronivå. Är gravitation nyckeln till att lösa detta mysterium?
  • Vilka är de olika typerna av svarta hål?
    Svarta hål, mystiska föremål för universum, har många olika typer. Känner du till skillnaderna mellan dem alla?