Kolmannen kerran historiassa olemme havainneet suoraan mustien aukkojen kiistattoman allekirjoituksen: niiden sulautumisen synnyttämät gravitaatioaallot. Yhdessä sen kanssa, mitä tiedämme jo galaktisen keskuksen lähellä olevista tähtien kiertoradoista, muiden galaksien röntgen- ja radiohavainnoista, kaasun liikkumisnopeuden mittauksista, on mahdotonta kieltää mustien aukkojen olemassaoloa. Mutta onko meillä riittävästi tietoa näistä ja muista lähteistä kertomaan meille kuinka monta mustaa aukkoa on maailmankaikkeudessa ja miten ne jakautuvat?
Kuinka monta mustaa aukkoa on maailmankaikkeudessa verrattuna näkyviin tähtiin?
Ensimmäinen asia, jonka haluat tehdä, on siirtyä suoraan tarkkailuun. Ja tämä on hieno alku.
7 miljoonan sekunnin valotuskartta, kirjoittanut Chandra Deep Field-South. Tällä alueella on satoja supermassiivisia mustia aukkoja
Tähän mennessä paras röntgenteleskooppimme on Chandran röntgentutkimuskeskus. Maapallon kiertoradaltaan se voi tunnistaa jopa yksittäiset fotonit kaukaisista röntgensäteilylähteistä. Luomalla syviä kuvia merkittävistä taivaan osista se tunnistaa kirjaimellisesti satoja röntgenlähteitä, joista kukin vastaa kaukaa galaksia omamme ulkopuolella. Vastaanotettujen fotonien energiaspektrin perusteella voimme nähdä supermassiiviset mustat aukot kunkin galaksin keskellä.
Mutta niin uskomatonta kuin tämäkin löytö on, maailmassa on paljon enemmän mustia aukkoja kuin yksi galaksia kohti. Tietenkin jokaisessa galaksissa on keskimäärin ainakin miljoonia tai miljardeja aurinkomassoja, mutta emme näe kaikkea.
Tunnettujen binaaristen mustan aukon järjestelmien joukot, mukaan lukien kolme vahvistettua fuusiota ja yksi fuusioehdokas LIGO: sta
Mainosvideo:
LIGO ilmoitti hiljattain kolmannesta suorasta havaitsemisestaan voimakkaan painovoiman signaalin binaaristen mustien aukkojen sulautumisesta, mikä vahvistaa tällaisten järjestelmien yleisyyden koko maailmankaikkeudessa. Meillä ei ole vielä tarpeeksi tilastoja saadaksemme numeerisen arvion, koska virhekynnys on liian korkea. Mutta jos otamme perustaksi nykyisen LIGO-kynnyksen ja sen, että se löytää signaalin (keskimäärin) joka toinen kuukausi, on turvallista sanoa, että jokaisessa Linnunradan kokoisessa galaksissa, jonka voimme tutkia, on ainakin tusina tällaista galaksia järjestelmät.
Edistynyt LIGO-alue ja sen kyky havaita sulautuvat mustat aukot
Lisäksi röntgentietomme osoittavat, että on olemassa monia binäärisiä mustia aukkoja, joiden massa on pienempi; ehkä huomattavasti enemmän kuin massiiviset, joita LIGO voi löytää. Ja tässä ei oteta edes huomioon tietoja, jotka osoittavat mustien aukkojen olemassaolon, jotka eivät sisälly jäykkiin binaarijärjestelmiin, ja niiden on oltava enemmistö. Jos galaksissamme on kymmeniä keskipitkän ja suuren massan mustia aukkoja (10-100 aurinkomassaa), binäärisiä mustia aukkoja tulisi olla satoja (3-15 aurinkomassaa) ja tuhansia eristettyjä (ei-binaarisia) tähtimassan aukkoja.
Tässä painotetaan "ainakin".
Koska mustia aukkoja on niin pirun vaikea löytää. Toistaiseksi voimme nähdä vain aktiivisimmat, massiivisimmat ja näkyvimmät. Spiraalilla muodostuvat mustat aukot ovat suuria, mutta tällaisten kokoonpanojen tulisi olla kosmologisesti harvinaisia. Chandra on nähnyt massiivisimmat, aktiivisimmat ja kaikki, mutta suurin osa mustista aukoista ei ole hirviöitä miljoonissa miljardeissa aurinkomassoissa, ja suurin osa suurista mustista aukoista ei ole aktiivinen tällä hetkellä. Havaitsemme vain pienen osan mustista aukoista, ja tämä on ymmärrettävää kaikesta havaitusta upeudesta huolimatta.
Se, mitä koemme gammasäteilyn purskeena, voi tapahtua neutronitähtien sulautumisesta, jotka työntävät ainetta maailmankaikkeuteen ja luovat raskaimmat tunnetut elementit, mutta luovat lopulta myös mustan aukon.
Ja silti meillä on tapa saada kvalitatiivinen arvio mustien aukkojen lukumäärästä ja jakautumisesta: tiedämme miten ne muodostuvat. Tiedämme, kuinka tehdä ne supernoovaksi menevistä nuorista ja massiivisista tähdistä, yhdistyvistä neutronitähdistä ja suorasta romahduksesta. Ja vaikka mustan aukon luomisen optiset allekirjoitukset ovatkin erittäin epäselviä, olemme nähneet tarpeeksi tähtiä, heidän kuolemiaan, katastrofaalisia tapahtumiaan ja tähtien muodostumista kautta maailmankaikkeuden historian voidakseen löytää tarkalleen etsimämme numerot.
Massiivisesta tähdestä syntyneen supernovan jäänteet jättävät taakse romahtavan kohteen: joko mustan aukon tai neutronitähden, josta voi myöhemmin muodostua musta aukko tietyissä olosuhteissa
Näillä kolmella tapalla luoda mustia aukkoja kaikilla on juurensa, jos seuraat niitä koko ajan, massiivisille tähtien muodostumisalueille. Saada haltuunsa:
- Supernova, tarvitset tähden, joka on 8–10 kertaa Auringon massa. Tähdet, joiden aurinkomassa on yli 20-40, antavat sinulle mustan aukon; pienemmät tähdet - neutronitähti.
- Mustaan aukkoon sulautuva neutronitähti tarvitsee joko kaksi neutronitähteä, jotka tanssivat spiraaleissa tai törmäävät, tai neutronitähden, joka imee massan kumppanitähdestä tiettyyn rajaan saakka (noin 2,5-3 aurinkomassaa), jotta siitä tulisi musta aukko.
- Mustan aukon suora romahtaminen, tarvitset tarpeeksi materiaalia yhdessä paikassa muodostaaksesi tähden, joka on 25 kertaa massiivisempi kuin Aurinko, ja tietyissä olosuhteissa mustan aukon (ei supernovan) saamiseksi.
Hubble-valokuvien mukaan massiivinen tähti on 25 kertaa massiivisempi kuin Aurinko, joka yksinkertaisesti katosi ilman supernovaa tai muuta selitystä. Suora romahdus on ainoa mahdollinen selitys
Läheisyydessä voimme mitata kaikista muodostuvista tähdistä, kuinka monella niistä on oikea massa, jotta siitä voi tulla musta aukko. Havaitsemme, että vain 0,1-0,2% kaikista lähellä olevista tähdistä on tarpeeksi massaa supernovan menemiseen, ja suurin osa muodostaa neutronitähdet. Noin puolet järjestelmistä, jotka muodostavat binaariset (binaariset) järjestelmät, sisältävät kuitenkin vertailukelpoisia tähtiä. Toisin sanoen, suurin osa galaksissamme muodostuneista 400 miljardista tähdestä ei koskaan tule mustiksi aukkoiksi.
Moderni spektriluokitusjärjestelmä Morgan-Keenan -järjestelmille, jokaisen tähtiluokan lämpötila-alue Kelvinissä. Suurin osa (75%) tähdistä on nykyään M-luokan tähtiä, joista vain yksi 800: sta on riittävän massiivinen mennäkseen supernovaksi
Mutta se on okei, koska jotkut heistä tekevät. Vielä tärkeämpää on, että monista on jo tullut, tosin kaukaisessa menneisyydessä. Kun tähdet muodostuvat, saat massajakauman: saat muutaman massiivisen, keskimääräistä hieman suuremman, ja paljon pienimassaisia tähtiä. Niin paljon, että matalan massan M-tähdet (punaiset kääpiöt), joiden massa on vain 8–40% aurinkomassasta, muodostavat kolme neljäsosaa tähdistämme läheisyydessä. Uusissa tähtijoukoissa ei ole paljon massiivisia tähtiä, jotka voisivat mennä supernovaksi. Mutta aiemmin tähtien muodostavat alueet olivat paljon suurempia ja rikkaampia kuin Linnunrata on nykyään.
Paikallisen ryhmän suurin tähtitaimisto, 30 Doradus Tarantulan sumussa, sisältää massiivisimmat ihmisen tuntemat tähdet. Sadoista niistä (muutaman seuraavan miljoonan vuoden aikana) tulee mustia aukkoja
Yläpuolella on 30 Doradusta, paikallisen ryhmän suurin tähtiä muodostava alue, jonka massa on 400 000 aurinkoa. Tällä alueella on tuhansia kuumia, hyvin sinisiä tähtiä, joista sadoista tulee supernoovia. 10-30% niistä muuttuu mustiksi aukkoiksi ja loput neutronitähteiksi. Olettaen että:
- galaksissamme oli aiemmin paljon tällaisia alueita;
- suurimmat tähtiä muodostavat alueet ovat keskittyneet spiraalivarsiin ja kohti galaktista keskusta;
- missä näemme pulsareita (neutronitähtien jäännöksiä) ja gammasäteilyn lähteitä tänään, siellä on mustia aukkoja, - Voimme tehdä kartan ja näyttää siinä, missä mustat aukot ovat.
NASAn Fermi-satelliitti on kartoittanut maailmankaikkeuden korkeat energiat suurella tarkkuudella. Kartan galaksin mustat aukot seuraavat todennäköisesti pieniä sirontapurkauksia ja miljoonat erilliset lähteet ratkaisevat ne.
Tämä on Fermin kartta gammasäteilylähteistä taivaalla. Se on samanlainen kuin galaksimme tähtikartta, paitsi että se korostaa voimakkaasti galaktista levyä. Vanhemmat lähteet ovat ehtyneet gammasäteistä, joten ne ovat suhteellisen uusia pistelähteitä.
Tähän karttaan verrattuna mustan aukon kartta on:
- keskittynyt enemmän galaktiseen keskukseen;
- hieman epäselvempi leveydeltään;
- sisältää galaktisen pullistuman;
- koostuu 100 miljoonasta objektista, plus tai miinus virhe.
Jos luot hybridin Fermi-kartasta (yllä) ja COBE-galaksikartasta (alla), saat määrällisen kuvan galaksin mustien aukkojen sijainnista.
Galaxy näkyy infrapunana COBE: lta. Vaikka tämä kartta näyttää tähtiä, mustat aukot seuraavat samanlaista jakaumaa, vaikkakin enemmän puristettuna galaktisella tasolla ja keskittyneemmin kohti pullistumaa.
Mustat aukot ovat todellisia, yleisiä, ja valtaosa niistä on nykyään erittäin vaikea havaita. Maailmankaikkeus on ollut olemassa jo kauan, ja vaikka näemme valtavan määrän tähtiä, suurin osa massiivisimmista tähdistä - 95% tai enemmän - on jo kauan sitten kuollut. Mitä heistä on tullut? Noin neljänneksestä niistä on tullut mustia aukkoja, miljoonat piileskelevät edelleen.
Miljardia kertaa aurinkoa massiivisempi musta aukko syöttää röntgensäteilijän M87: n keskustassa, mutta tässä galaksissa on oltava miljardeja muita mustia aukkoja. Niiden tiheys keskittyy galaktiseen keskukseen
Elliptiset galaksit pyörittävät mustia aukkoja elliptiseksi parveksi, joka parvii galaktisen keskuksen ympärillä, aivan kuten näemme tähdet. Monet mustat aukot siirtyvät lopulta galaksin keskellä olevaan painovoimaan - minkä vuoksi supermassivista mustista aukoista tulee supermassiivisia. Mutta emme näe vielä kokonaiskuvaa. Ja emme näe ennen kuin opimme visualisoimaan laadullisesti mustia aukkoja.
Suoran visualisoinnin puuttuessa tiede antaa meille vain tämän ja kertoo meille jotain merkittävää: jokaiselle tuhannelle tähdelle, jonka näemme tänään, on suunnilleen yksi musta aukko. Ei huonoa tilastoa täysin näkymättömistä kohteista, sinun on hyväksyttävä.
ILYA KHEL