Buco nero supermassiccio: formazione, rilevamento, proprietà

I buchi neri sono aree nel tessuto dello spazio e del tempo che hanno una tale massa che nessun oggetto, nemmeno la luce, può sfuggire dal loro campo gravitazionale. Sebbene i teorici abbiano già formato un'idea generale dei buchi neri, in realtà, la loro esistenza non è del tutto dimostrata. Ne consegue dalla teoria classica della gravità, il che significa che se la teoria si rivela non corretta, i buchi neri possono avere una natura diversa.

megalomania

Anche il più grande buco nero, secondo gli scienziati moderni, può apparire in uno dei quattro scenari. Due di loro - il cosiddetto realistico - sono associati al collasso. La stella "obsoleto" collassa o si restringe, risultando in una stella di neutroni. Con una massa di un metro e mezzo del nostro Sole, ha un diametro molto piccolo - una ventina di chilometri, ma la densità della materia è molto grande. Se la stella ha una massa molto grande, al posto di una stella di neutroni appare un buco nero.

La seconda delle versioni realistiche suggerisce che l'aspetto dell'oggetto in esame può essere associato al collasso del gas protogalattico o dell'intera parte centrale della galassia.

Le restanti due - ipotetiche - versioni dicono che forse alcuni buchi neri nell'Universo esistono dal momento del Big Bang, sono chiamati primari. Con la seconda ipotesi, possono anche essere formati a seguito di reazioni nucleari ad alta energia.

Il più grande buco nero

Nell'ultimo decennio, questi oggetti spaziali invisibili hanno fatto rumore tra gli astrofisici. L'esistenza di enormi buchi neri è stata sorprendente, ma si è scoperto che trovarli non è così difficile quando c'è un piano.

Nel cuore di ogni galassia c'è un oggetto invisibile di dimensioni enormi, che distorce le orbite delle stelle. Questo oggetto era un buco nero supermassiccio. Questo è spiegato dal fatto che nelle parti centrali delle galassie il gruppo di stelle è il più grande, il risultato della loro fusione porta a gigantesche masse di buchi neri, e si scopre che un buco nero supermassiccio nel centro della galassia non è una cosa strana, ma una regolarità.

Naturalmente, la domanda sorse immediatamente su quanto potevano essere grandi. Gli scienziati moderni li classificano aumentando la massa. I buchi neri della massa stellare sono paragonabili a masse da 10 a diverse decine di masse del Sole. Le dimensioni dei buchi neri supermassicci sono enormi - da un milione a diverse centinaia di milioni di masse della nostra stella. Gli oggetti rimanenti appartengono alla categoria del medium e gli scienziati ritengono che siano molto più piccoli degli altri, ma non possono ancora spiegare il motivo di tale differenza di quantità.

Gigante della nostra galassia

Esiste un buco nero supermassiccio nella Via Lattea. La sua massa è di quattro milioni. le masse del sole, che è lo 0,1% dell'intera galassia! Tuttavia, la nostra galassia, per gli standard cosmici, è piuttosto piccola. Ad esempio, nel relativo quartiere con noi, nella costellazione della Vergine, si trova Messier 87, che ha le dimensioni di duecento volte più grandi. L'astrofisico Ethan Siegel, autore dell'articolo "Il più grande buco nero nell'universo conosciuto", afferma che c'è un'incredibile anomalia in questa galassia: un flusso di materia di circa cinquemila anni luce proviene dal suo centro (per esempio, l'intera Via Lattea oltre centomila anni luce). Secondo gli scienziati, la causa di questa anomalia non può che essere un buco nero supermassiccio.

Inoltre e oltre

Di solito, un buco nero supermassiccio è lo 0,01% della massa della galassia, il che significa che si può presumere che la ricerca di "invisibili" delle dimensioni più grandi debba essere avviata con la ricerca della galassia più grande. Tale nell'universo osservabile è IC 1101, la cui lunghezza è di due milioni anni luce che è quasi il doppio della distanza dalla nostra galassia vicina, Andromeda. In base al peso, può essere uguale a tutto costellazione della Vergine. Gli scienziati hanno suggerito che c'è il buco nero più "pesante", ma IC 1101 ha un concorrente.

Scienziati dell'università di Yale, alla ricerca di buchi neri supermassicci nel nostro cielo stellato, hanno trovato un'anomalia nella galassia più lontana. Galaxy CID-947 è così lontano da noi che gli astrofisici lo considerano in una forte retrospettiva. Secondo i nostri standard abituali, è ora all'età di 1,5-2 miliardi di anni dopo il Big Bang (secondo gli scienziati, è successo 14 miliardi di anni fa). Il buco nero in questa galassia è anormalmente pesante e costituisce il 17% della massa dell'intera galassia, superando il tasso di sole 7 miliardi di volte, sebbene lo stesso CID-947 non sia più grande della nostra Via Lattea. È sicuro dire che al momento è il più grande buco nero noto alla scienza.

La nascita di Supermassive

Gli astrofisici non hanno ancora un'opinione comune sulla questione della formazione dei buchi neri. Forse il caso non è limitato a quattro teorie, o forse sono completamente sbagliati. Tuttavia, per quanto riguarda la CID-947, gli scienziati non fanno ipotesi. Si ritiene che i buchi neri supermassicci possano essere formati come risultato del loro "germogliamento" dai buchi neri delle masse stellari, ci vogliono miliardi di anni. Tuttavia, il CID-947 è piuttosto giovane e il buco nero al suo centro è incredibilmente enorme. Sarebbe interessante vedere come appare ora, dopo 12 miliardi di anni, ma non possiamo saperlo.

Una possibile spiegazione di questa anomalia è che il buco nero era primario, cioè formato già durante il Big Bang, o la galassia stessa aveva una grandissima concentrazione di stelle e gas protogalattico nel suo centro.

Rilevazione del buco nero

Ci sono alcuni problemi nello studio e nell'osservazione dei buchi neri, ma la principale difficoltà sta nel loro rilevamento. La luce non può vincere la loro gravità, e questo significa che un oggetto con una massa così colossale rimane invisibile! Quindi, anche se il più potente telescopio del nostro tempo - Hubble - "vedesse" un buco nero supermassiccio, solo un astrofisico può capire che è davvero lì.

Di norma, i buchi neri si trovano attraverso la distorsione delle orbite delle stelle situate intorno. Hanno anche raggi X e raggi gamma (questo è dovuto al flusso di idrogeno, la sostanza più comune nel nostro Universo), che, prima di scomparire in buchi neri, viene riscaldato a temperature di diversi milioni di gradi.

Un altro modo è scoprire la massa e quindi il volume dell'oggetto e confrontarlo con il raggio gravitazionale. Questo metodo è considerato l'unico affidabile. Gli scienziati aiutano inoltre gli scienziati a scoprire se un oggetto è un buco nero e il rapporto tra la sua massa e luminosità, la velocità delle sorgenti d'onda e la velocità di rotazione del gas.

Fatti e dettagli

Cosa succede se entri in un buco nero? Questa domanda è una delle più interessanti. Gli scienziati suggeriscono che mentre ci avviciniamo il corpo umano inizierà ad allungarsi. Questo continuerà finché non si trasformerà in un flusso di particelle e attraverserà l'orizzonte degli eventi. Tuttavia, questo effetto sarà osservato se il buco nero ha una massa stellare. Per i supermassicci, lo scenario è un po 'diverso, perché a causa delle loro dimensioni, la singolarità è piuttosto lontana dall'orizzonte.

Così, il viaggiatore sarà in grado di attraversare l'orizzonte degli eventi - il bordo di un buco nero, e immergersi abbastanza in profondità in esso prima di sentire effetti distruttivi. La sua velocità accelera costantemente fino a quando non raggiunge la velocità della luce e il tempo di rallentare. Ma non è tutto!

Un modo

Ad un certo punto, sarà in grado di vedere simultaneamente tutti gli oggetti che un buco nero ha ingoiato durante la sua vita, e se tornerà indietro, osserverà quelli che il gigante deve ancora ingoiare. Lo spazio del buco nero ostruirà sempre più la vista, quindi si chiuderà completamente e il viaggiatore vedrà lo spazio attraverso un piccolo "buco", come attraverso un tubo. A causa della distorsione della percezione del tempo, questo viaggio richiederà milioni di anni e diventerà davvero sorprendente.

Ma come possono gli astrofisici parlare di oggetti, la cui esistenza reale non è nemmeno pienamente provata? Tutti i motivi per i calcoli matematici. Prendendo le basi di alcuni dati, gli scienziati possono fare calcoli e sulla loro base anche trarre conclusioni sulla struttura interna degli oggetti. Pertanto, solo attraverso un esperimento speculativo, possono rispondere a molte domande, anche dire cosa succederà se si entra in un buco nero.

Se sostituisci il sole con un buco nero

Un altro esperimento di pensiero interessante è quello di sostituire la stella singola del nostro sistema con un buco nero di massa equivalente. A proposito, l'orizzonte degli eventi di un gigante del genere avrà le dimensioni di ... un palloncino. Tuttavia, la presenza di un "assorbitore universale" sullo sfondo non avrà praticamente alcun effetto sui pianeti del nostro sistema: solo un oggetto che passa in prossimità di un buco nero può essere assorbito. I pianeti si muovono nella loro orbita, il che esclude la possibilità di convergenza: gli astrofisici hanno trovato un bel po 'di stelle e pianeti che ruotano silenziosamente attorno ai buchi neri.

Ma non tutto è così semplice. La prima cosa che scomparirà è la luce del sole che dà vita a tutto sulla Terra, e questo è il problema principale. Certo, se l'umanità padroneggiasse la tecnologia fusione termonucleare e l'ingegneria genetica, probabilmente avremmo potuto continuare la vita nell'oscurità pece su un pianeta che si stava gradualmente raffreddando, ma in questa fase di sviluppo la gente sarebbe morta in un paio di decenni.

Pregiudizio principale

C'è un'opinione secondo cui i buchi neri nell'universo assorbono solo energia. In realtà, non lo è. Come le piante, che assorbono il biossido di carbonio durante il processo di fotosintesi e lo secernono durante altri processi, il buco nero assorbe la sostanza e la rilascia.

Questo fenomeno può essere spiegato solo dal punto di vista della fisica quantistica. Un buco nero forma un flusso di particelle elementari, principalmente fotoni, questo è chiamato radiazione quantistica di un buco nero, o radiazione di Hawking (dal nome di Stephen Hawking). Nella meccanica quantistica, esiste un cosiddetto meccanismo di tunneling, che aiuta anche le particelle a superare le barriere che sono insormontabili per il nonquantum.