Czarne dziury to jedne z najbardziej interesujących zjawisk we wszechświecie. Jeśli chcesz wiedzieć, co to jest, przeczytaj ten post: Co to jest czarna dziura? A teraz dowiadujemy się czegoś nowego i interesującego o czarnych dziurach i prawach wszechświata.
Czarne dziury w centrum galaktyk są również znane jako supermasywne czarne dziury. Czarne dziury powstają, gdy gwiazda o masie co najmniej 5 razy większej od masy Słońca wyczerpuje swoje paliwo i na skutek zapaści grawitacyjnej wpada w siebie, tworząc czarną dziurę. Supermasywne czarne dziury mogą zawierać setki milionów mas gwiazd, tak jak nasze Słońce.
Astronomowie są teraz całkiem pewni, że te supermasywne czarne dziury znajdują się w centrum prawie każdej galaktyki we Wszechświecie. Ponadto masa tych czarnych dziur jest w jakiś sposób powiązana z masą reszty galaktyki. Powstają w bliskim kontakcie ze sobą.
Grupa naukowców ze Stanów Zjednoczonych, Niemiec i Hiszpanii odkryła, że supermasywne czarne dziury powstrzymują formowanie się gwiazd, które występuje w dużych galaktykach.
W młodych galaktykach nowe gwiazdy pojawiają się bardzo szybko, ale gdy tylko galaktyka zostanie całkowicie uformowana, proces ten ustaje. Ma na to wpływ supermasywna czarna dziura, która znajduje się w centrum każdej dużej galaktyki i która jest miliony razy większa niż Słońce. Ma wpływ grawitacyjny na gwiazdy w galaktyce, a czasami wzmacnia promieniowanie z aktywnego jądra galaktyki. Naukowcy uważają, że ta energia wyłącza formowanie się gwiazd, ogrzewanie i rozpraszanie gazu, który po ostygnięciu zmieniłby się w gwiazdę.
Autorzy zbadali masywne galaktyki, w których już zmierzono masę centralnej czarnej dziury. Aby zrozumieć, jak ewoluowały te galaktyki, naukowcy przeanalizowali ich widmo emisyjne przy użyciu teleskopu Hobby-Eberley. Porównując wyniki, autorzy zauważyli, że procesy formowania się galaktyk z centralnymi czarnymi dziurami o różnych masach są bardzo różne. Astronomowie odkryli, że różnice te były związane tylko z masą czarnej dziury, a nie z rozmiarem galaktyki czy jej morfologią.
Film promocyjny:
„W galaktykach o tej samej masie, ale z różnymi masami centralnych czarnych dziur, proces powstawania gwiazd zakończył się wcześniej, gdy czarne dziury były masywniejsze i odwrotnie. Oznacza to, że pojawienie się gwiazd w galaktykach o mniejszej masie centralnych czarnych dziur trwało dłużej”- powiedział dr Ignazio Martin-Navarro z fizyki i matematyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.
Autorzy zauważają, że wcześniej nie było możliwe osiągnięcie takich wyników, ponieważ czas przebiegu wszystkich procesów jest bardzo różny: gwiazdy mogą formować się na przestrzeni setek milionów lat, natomiast uwolnienie energii z aktywnego jądra galaktyki może nastąpić w krótszym czasie. Jądra takie różnią się od siebie, a ich charakterystyka zależy od wielu czynników: wielkości czarnej dziury, poziomu akrecji materii spadającej na czarną dziurę i wielu innych.
Czarne dziury bez gwiazd
Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrum wielu galaktyk. Za pomocą zachodzących w ich pobliżu procesów: powstawania dysku akrecyjnego z przyciąganej materii i relatywistycznych strumieni plazmy - dżetów, można wyjaśnić np. Najsilniejsze promieniowanie kwazarów. W ostatniej dekadzie odkryto supermasywne czarne dziury, z których wiele jest miliardy razy masywniejsze niż Słońce, z dużymi przesunięciami ku czerwieni Dopplera. Oznacza to, że istniały one w naszym Wszechświecie zaledwie 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Jednak współczesna astrofizyka uważa, że czarne dziury powstają w wyniku ewolucji gwiazd, kiedy na ostatnim etapie pozostałość masywnej gwiazdy, która utraciła paliwo termojądrowe, kurczy się i zapada w małe ciało o potwornej grawitacji. Wtedy mogą rosnąć, pochłaniając otaczającą materię. Obecność tak młodych i bardzo masywnych czarnych dziur podaje w wątpliwość taki scenariusz powstawania, ponieważ wtedy wciąż było za mało gwiazd, które przeszły całą ewolucyjną ścieżkę.
Astrofizycy z Western University of Canada opracowali teorię formowania się supermasywnych czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie w wyniku bezpośredniego zapadania się materii bez formowania się gwiazd. Pisali o tym w Astrophysical Journal Letters.
Ich zdaniem we wczesnym Wszechświecie był krótki okres, w którym supermasywne czarne dziury mogły tworzyć się i szybko rosnąć bez wstępnego formowania się gwiazdy, po prostu wciągając otaczającą plazmę do pierwotnego skrzepu - „zarodka”. W pewnym momencie zmienione warunki zatrzymały ten proces. W tym przypadku czarne dziury powstają bardzo szybko w niezwykle krótkim odstępie czasu. Scenariusz takiego „bezpośredniego załamania” powoduje, że początkowe masy czarnych dziur są znacznie większe niż w standardowym scenariuszu „pozostałości gwiazdowej”.
Taki scenariusz powstawania supermasywnych czarnych dziur pozwala wyjaśnić ich istnienie i ogromne masy już na bardzo wczesnym etapie ewolucji naszego Wszechświata.