Supermassive Black Holes: Galactic Behemoths

Er is een superzwaar zwart gat in het centrum van ons sterrenstelsel. Het kan niet rechtstreeks door telescopen of met onze ogen worden gezien, maar astronomen weten dat het er is. In feite zijn er superzware zwarte gaten in de harten van veel sterrenstelsels. Hoe weten astronomen dat deze monsters op de loer liggen in de galactische kernen? Ze gebruiken verschillende methoden om licht te bestuderen als het door een zwart gat gaat en ze bestuderen ook het gebied rond een zwart gat om te begrijpen hoe het nabijgelegen wolken gas, stof en zelfs sterren beïnvloedt. Momenteel is het superzware zwarte gat in de Melkweg, Boogschutter A * genoemd, tamelijk stil, en astronomen volgen het in vele golflengten van licht om de werking ervan te begrijpen.

Zwarte gaten zijn favoriet in sciencefictionverhalen en media. Soms worden ze gebruikt als een plotapparaat om een ​​soort interstellaire reistruc mogelijk te maken. Of ze worden weergegeven in tijdreizen of een ander belangrijk element van een verhaal. Hoe fascinerend zulke verhalen ook zijn, de realiteit achter deze rare kolossen is intrigerend dan schrijvers zich kunnen voorstellen. Wat zijn de feiten rondom superzware zwarte gaten? Zit er wetenschap achter de sciencefiction-afbeeldingen van superzware zwarte gaten? Laten we het uitzoeken.

Over het algemeen, superzware zwarte gaten zijn precies wat hun naam zegt: echt enorme zwarte gaten. Ze meten in de honderdduizenden zonsmassa's (één zonnemassa is gelijk aan de massa van de zon) tot miljarden zonsmassa's. Ze bezitten een enorme kracht en oefenen een ongelooflijke invloed uit op hun sterrenstelsels.

De meeste superzware zwarte gaten bestaan ​​in de kernen van sterrenstelsels. Die centrale locatie stelt hen in staat om (althans gedeeltelijk) te helpen bij het bijeenhouden van sterrenstelsels. Hun zwaartekracht is zo enorm, vanwege hun ongelooflijke massa, dat zelfs sterren honderdduizenden lichtjaren verwijderd zijn in een baan om hen heen en de sterrenstelsels die ze bewonen.

Telkens wanneer astronomen het hebben over zwarte gaten, is dit de belangrijkste eigenschap die zwarte gaten onderscheidt van andere 'normale' objecten het universum is dichtheid. Dit is de hoeveelheid "spullen" die is verpakt in het volume van een zwart gat. De dichtheid aan de kernen van zwarte gaten is zo hoog dat het in wezen oneindig wordt. Het volume (de hoeveelheid ruimte die een zwart gat inneemt en de verborgen massa ervan in beslag neemt) nadert nul. Dat betekent dat het niet veel meer is dan een klein puntje in de ruimte, maar dat kleine puntje, een singulariteit genoemd, bevat een ongelooflijke hoeveelheid massa. Dat maakt het ongelooflijk compact. Die dichtheid is verspreid over het hele gebied van het zwarte gat, van de singulariteit tot de event horizon (dat is het punt waar de zwaartekracht van het zwarte gat te sterk is voor wat dan ook) weerstand bieden.

Dat klinkt alsof het interieur van het zwarte gat (voorbij de horizon van het evenement) ongelooflijk verpletterd kan worden, zonder ruimte. Interessant is dat er een gedachte-experiment is dat zegt dat de gemiddelde dichtheid van superzware zwarte gaten in feite lager kan zijn dan de lucht die mensen inademen. In feite, hoe groter de massa, hoe minder dicht is het superzware zwarte gat, als je het hele volume van het gebied bekijkt, van de singulariteit tot de horizon van de gebeurtenis. De massa zou over dat gebied worden verdeeld, met meer massa in het bijzonder dan in de 'buitenwijken'.

Als dat waar is, dan zou het niet alleen mogelijk zijn om een ​​superzwaar zwart gat te naderen, dat zou kunnen vallen theoretisch in een superzwaar zwart gat en overleven geruime tijd totdat ze dicht bij de eigenheid. Er is echter één groot probleem: zwaartekracht. Het is zo sterk dat alles dat voorbij de horizon van het evenement komt, door de extreme aantrekkingskracht wordt verscheurd. Tot zover reizen door wormgaten!

De vorming van superzware zwarte gaten is nog steeds een van de mysteries van de astrofysica. Normale zwarte gaten zijn de kernresten die achterblijven bij de supernova explosie van een massieve ster. Hoe zwaarder de ster, hoe groter het achtergelaten zwarte gat.

Men zou daarom kunnen aannemen dat superzware zwarte gaten ontstaan ​​door het instorten van een superzware ster. Het probleem is dat er maar weinig van dergelijke sterren zijn gedetecteerd. Bovendien vertelt de natuurkunde ons dat ze in de eerste plaats niet eens zouden mogen bestaan. Maar dat doen ze. De zwaarste sterren zijn tientallen tot honderd keer de massa van de zon. Een paar zeldzame hyperreuzen kunnen tot 300 stellaire massa's zijn. Toch staan ​​zelfs deze monsters ver af van het soort massa dat nodig zou zijn om een ​​superzwaar zwart gat te creëren. Om het bot te zeggen: er is VEEL meer massa nodig om een ​​superzwaar zwart gat te maken dan in zelfs de meest superzware sterren zit.

Dus als deze objecten niet zijn gemaakt op de traditionele manier van andere zwarte gaten, waar komen de monsterzwarte gaten dan vandaan? Het leidende idee is dat ze zo veel kleinere zwarte gaten hebben gevormd om grote te bouwen. Uiteindelijk zou de opbouw van massa leiden tot het ontstaan ​​van een superzwaar zwart gat. Dat is een hiërarchische theorie over het bouwen van een superzwaar zwart gat. Er zijn enkele problemen met die theorie omdat het de studie van "tussenmassa" superzware zwarte gaten vereist. Ze zouden de "in b between step" zijn van kleinere zwarte gaten tot de superzware monsters. Astronomen beginnen er meer van te ontdekken en bestuderen hun specifieke kenmerken om de hiaten in de hiërarchische theorie op te vullen.

Een andere leidende theorie over het ontstaan ​​van superzware zwarte gaten is dat ze ontstaan ​​zijn in de eerste ogenblikken na de Oerknal. Natuurlijk is niet alles volledig begrepen over de omstandigheden in die tijd om erachter te komen hoe zwarte gaten een rol speelden en wat hun vorming stimuleerde.

Waarnemingen van de bekende superzware en middelzware zwarte gaten suggereren dat de fusietheorie waarschijnlijk de eenvoudigste verklaring is. Onderzoek van de oudste, verste en grootste superzware zwarte gaten, quasars laat specifiek zien dat er bewijs is dat de fusie van vele sterrenstelsels speelde een rol. Als sterrenstelsels samensmelten, lijken hun zwarte gaten dat ook te doen. Fusies spelen een rol bij het vormgeven van de sterrenstelsels die we tegenwoordig zien, en het is dus logisch dat hun centrale zwarte gaten mee kunnen rijden en mee kunnen groeien met de sterrenstelsels. Interessant is dat wanneer die zwarte gaten samensmelten, ze veel energie uitsturen. De actie zendt ook zwaartekrachtsgolven uit, die astronomen zojuist kunnen meten.

Als fusies het antwoord zijn, bieden ze een gedeeltelijke oplossing voor het intermediaire probleem met het zwarte gat. In beide gevallen is het antwoord nog niet duidelijk. Er moet nog veel meer werk worden verzet om sterrenstelsels en hun zwarte gaten te observeren en karakteriseren.

Terugkomend op sciencefiction en zwarte gaten, zijn er eigenschappen die de geest volledig buigen die schrijvers hebben gebruikt. Verhalen van sneller dan lichte reizen, interstellaire reizen en tijdreizen zijn doordrongen van sciencefictionromans. Er zijn zelfs theorieën dat zwarte gaten toegangspoorten zijn tot alternatieve universums.

Dus is er enig bewijs dat een van deze ideeën ondersteunt? Eigenlijk wel, maar alleen in zeer extreme omstandigheden. Het idee om zwarte gaten te gebruiken als wormgaten die ons op de een of andere manier met de andere kant van het universum verbinden, bestaat al tientallen jaren. Het is een geweldige en fantasievolle fantasie die waarschijnlijk niet snel werkelijkheid zal worden.

De mogelijkheden zijn zelfs berekend met serieuze fysica en algemene relativiteit. In theorie zouden deze dingen kunnen gebeuren, zoals werd getoond in de film uit 2014 Interstellair. De natuurkundige die met de filmmakers werkte, kwam met enkele theoretische ideeën die de film ondersteunden en wetenschappelijk werkten. De vereiste technologie is echter nog steeds niet beschikbaar en er moet aan een aantal speciale voorwaarden worden voldaan. Maar wie weet - veel van de technologie die mensen tegenwoordig gebruiken om te vliegen, werd ooit ook onmogelijk geacht.

• Er zijn superzware zwarte gaten in de harten van veel sterrenstelsels, waaronder de Melkweg.
• Sommige sterrenstelsels, zoals het Andromedastelsel, hebben mogelijk meer dan een van deze monsters.
• Als sterrenstelsels samensmelten, kunnen hun zwarte gaten ook samensmelten.
• Superzware zwarte gaten kunnen tot miljarden sterrenmassa's bevatten.
• Onze eigen Melkweg heeft een superzwaar zwart gat genaamd Boogschutter A *

• Mohon, Lee. "Superzware zwarte gaten ontgroeien hun sterrenstelsels." NASA, NASA, 15 februari. 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "Nadenken over hoe superzware zwarte gaten zijn gevormd." Wetenschappelijke Amerikaan, 29 sept. 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• “Superzwaar zwart gat | KOSMOS." Centrum voor astrofysica en supercomputing, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive black hole.

Bewerkt en bijgewerkt door Carolyn Collins Petersen.