Delen:
10 Manieren Zwarte gaten blijven ons verrassen
Een zwart gat is een grote hoeveelheid materie die in een klein gebied wordt geperst met een enorme zwaartekracht voor zijn grootte. Veel zwarte gaten vormen van stervende gigantische sterren die instorten op zichzelf. Maar zelfs als zwarte gaten blijven ze in een baan ronddraaien en oefenen ze dezelfde zwaartekracht uit op objecten om hen heen.
Visualiseer het op deze manier. Als de aarde een zwart gat zou worden (wat het niet zou kunnen), zou het hetzelfde wegen als vandaag, maar de grootte zou kleiner zijn dan een menselijke oogbol. Die oogbol zou echter dezelfde zwaartekracht hebben, dus de maan zou er omheen blijven draaien.
Je zou het zwarte gat niet direct zien omdat de grens rond zijn mond (de "gebeurtenishorizon" genoemd) licht van binnen opsluit. Maar net als onzichtbare wind die ervoor zorgt dat bomen buigen en slingeren, geloven we dat er zwarte gaten zijn vanwege hun effect op hun omgeving.
Niet alle wetenschappers geloven in zwarte gaten. Maar voor degenen die dat wel doen, blijven de verrassingen maar komen.
10 Onze vroege voorouders kunnen het zwarte gat van de melkweg gezien hebben
Ongeveer twee miljoen jaar geleden barstte het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg met een stralende gloed het leven in. In die tijd begon de mens net recht te lopen. Onze voorouders zouden een maanlicht in de zuidelijke hemel gezien hebben dat eruit zag als een felle bal of vegen.
Ons zwarte gat, Boogschutter A *, is stil nu. Maar toen werd gedacht dat het een actieve galactische kern (AGN) was, het energieproducerende compacte centrum van een melkwegstelsel dat de rest van de melkweg ver overtreft. Een voedend zwart gat kan de bron zijn van een AGN omdat de zwaartekracht ervan materie aantrekt, een schijf vormt die opwarmt en gloeit. Als de schijf grote hoeveelheden materie trekt, worden twee heldere stralen van hoogenergetische deeltjes afgeworpen vanuit het zwarte gat loodrecht op de spin.
Astronomen bedachten deze AGN-theorie in 2010 na het spotten van twee Fermi-bellen die 25.000 lichtjaren boven en onder onze melkweg strekten. De wetenschappers zijn van mening dat AGN-jets die bubbels tussen één en drie miljoen jaar geleden hadden kunnen produceren.
De lichtshow met zwart gat zou een paar duizend jaar hebben geduurd voor onze voorouders. Volgens antropoloog Chris Stringer: "Het was het begin van het geslacht Homo. Steenbewerking was al begonnen, maar het brein begon pas te vergroten. "Als Boogschutter A * weer AGN wordt, kunnen we worden getrakteerd op onze eigen verbazingwekkende lichtshow aan de nachtelijke hemel.
9Niet elke kosmische grootmacht is een zwart gat
Tientallen jaren lang geloofden veel wetenschappers dat extreem heldere röntgenbronnen, bekend als ultralichte röntgenbronnen (ULX), veroorzaakt moesten worden door zwarte gaten die sterren of andere materie aten.
Wanneer de immense zwaartekracht van een zwart gat het gas van een nabije ster aantrekt, sproeit dat gas naar beneden en vormt een aanwasschijf rond het zwarte gat. Zoals water dat rondcirkelt voordat het de afvoer verlaat, versnelt het gas enorm, verwarming tot extreem hoge temperaturen die helder röntgenlicht in alle richtingen vrijgeven. Hoe groter het zwarte gat, hoe meer het wordt verbruikt en hoe helderder het licht.
Dat was de theorie. Toen ontdekten astronomen in het nabije sterrenstelsel M82 per ongeluk een ULX-bron die pulseerde en een heldere röntgenstraal uitzond die om de 1,37 seconden als een vuurtorenbaken over de aarde reed. Het probleem is dat zwarte gaten niet pulseren. Puls puls.
Een pulsar is een draaiende neutronenster (het overblijfsel van een stervende ster die niet groot genoeg was om een zwart gat te worden) die röntgenlicht uit zijn magnetische polen straalt zoals het zojuist beschreven vuurtorenbaken. Maar de pulsar in het M82-sterrenstelsel is 100 keer helderder dan de massa zou moeten toelaten volgens een fysica-richtlijn die de Eddington-limiet wordt genoemd. Het mag geen ULX-bron zijn.
"Je zou kunnen denken aan deze pulsar als de Mighty Mouse van stellaire restanten," zei Fiona Harrison van het California Institute of Technology. "Het heeft de kracht van een zwart gat met veel minder massa. De pulsar lijkt het equivalent van een dieet met een zwart gat te eten. '
Astronomen moeten nu andere ULX-bronnen opnieuw onderzoeken om te zien of ze pulseren. Ze kunnen niet langer aannemen dat elke ULX-bron, of kosmische krachtcentrale, een zwart gat is.
8 Meer vraatzucht dan gedacht
Tot voor kort dachten wetenschappers dat de grootte van een zwart gat de topsnelheid bepaalt waarmee het kan eten en licht produceren (de Eddington-limiet). Toen ontdekten ze P13, een zwart gat in het sterrenstelsel NGC7793, dat rond een superreus ster draait terwijl het kannibaliseert. Maar P13 is zichzelf 10 keer sneller aan het gas van zijn metgezellen sterrend dan astronomen voor mogelijk hielden.
P13 wordt verondersteld 15 keer kleiner te zijn dan onze zon en toch een miljoen keer helderder. Het heeft het vermogen om zijn metgezel te verslinden in minder dan een miljoen jaar, wat snel is in de kosmische tijd.
Dit kleine zwarte gat verbruikt elke minuut materie met een gewicht dat overeenkomt met 100 miljard miljard hotdogs. "Zoals hotdogetegende legende Takeru Kobayashi ons zojuist heeft laten zien, is grootte in de wereld van concurrerend eten niet altijd van belang, en zelfs kleine zwarte gaten kunnen uitzonderlijk gas opnemen," zei astronoom dr. Roberto Soria.
Net als de M82-pulsar is P13 een ultralichte röntgenbron die niet alleen de Eddington-limiet schendt, maar ook uit de melkweg stoot. Astronomen realiseren zich nu dat er misschien geen strikte limiet is aan hoeveel een zwart gat kan eten.
7 Opzettelijke zwarte gaten kunnen meer talrijk zijn dan we dachten
Zwarte gaten zijn er in verschillende groottes, van primordiaal (dat kan zo klein zijn als één atoom) tot supermassief (met massa's groter dan één miljoen zonnen verpakt in de grootte van een zonnestelsel). Er kan zelfs een zeldzaam extra groot formaat zijn dat ultramassief heet.
Vroeger werd aangenomen dat alleen grotere sterrenstelsels enorme zwarte gaten bevatten.Maar begin 2014 onthulden astronomen dat meer dan 100 kleine dwergstelsels massieve zwarte gaten lijken te hebben in hun middelpunten. Vergeleken met onze Milky Way-collectie van 200 - 400 miljard sterren, heeft een dwergstelsel slechts enkele miljarden sterren en veel minder massa.
Toen, in september 2014, kondigden astronomen aan dat ze een supermassief zwart gat hadden gevonden in een ultracompact dwergstelsel genaamd M60-UCD1, het dichtste sterrenstelsel dat op dit moment bekend is. Als je in M60-UCD1 woonde, zou je minstens één miljoen sterren aan de nachtelijke hemel zien, in tegenstelling tot de 4000 sterren die we vanaf de aarde zien met het blote oog.
Hoewel het centrale zwarte gat van de Melkweg een massa van vier miljoen zonnen heeft, is het minder dan 0,01 procent van de totale massa van onze melkweg. Ter vergelijking: het centrale zwarte gat van de MCD-UCD1 is een monster, met een massa van 21 miljoen zonnen, dat is 15 procent van de totale massa van het sterrenstelsel.
Op basis van deze bevindingen geloven sommige astronomen dat veel ultracompacte dwergstelsels de overblijfselen kunnen zijn van grotere sterrenstelsels die uiteen waren gescheurd toen ze in botsing kwamen met andere sterrenstelsels. Er kunnen dus zoveel superzware zwarte gaten in de centra van ultracompacte dwergstelsels zijn als er in grotere sterrenstelsels zijn.
6 Schokkende massa zoals een baby Pac-Man
Quasars zijn de schitterende centra van de meest verre sterrenstelsels die we in ons universum kunnen zien. Ze worden verondersteld superzware zwarte gaten te zijn met aanwasschijven die ongelofelijk helder röntgenlicht uitstralen. Quasars kunnen tot twee biljoen keer helderder schijnen dan onze zon. Ze kunnen miljarden lichtjaren verwijderd zijn van de aarde. Om naar een quasar te kijken, moet je terug kijken in de tijd naar zijn babyfoto.
Wetenschappers hebben zich verbaasd over hoe een vroeg zwart gat het leven zou kunnen beginnen met naar schatting 10 zonsmassa's en snel groeien tot meer dan een miljard zonnemassa's kort na de oerknal. Onder normale omstandigheden spiraalt gas naar een zwart gat naar beneden om een aanslagschijf te vormen. Er druppelt wat gas naar binnen, maar verschillende processen vertragen meestal de groei van een zwart gat.
Onderzoekers geloven dat het vroege universum koude gasstromen bevatte die veel dichter waren dan tegenwoordig bestaat. Een jong zwart gat zou snel zijn bewogen, voortdurend van richting veranderend als een schokkende baby Pac-Man terwijl nabije babysterren het omgooiden. Deze snelle richtingsveranderingen hebben het zwarte gat mogelijk zo direct uit deze dichtere gasstromen materiaal laten eten dat de langzame spiraal nooit is gebeurd. Toen het zwarte gat groeide, at het nog sneller. In een kosmisch snelle 10 miljoen jaar zou het zwarte gat zijn gegroeid van 10 zonsmassa's tot 10.000 zonnemassa's. Dan zou de groeisnelheid zijn vertraagd. Maar het pad naar een gewicht van minstens een miljard zonsmassa's zou zijn opgesloten.
5Zwarte gaten kunnen de vorming van sterren voorkomen
In volwassen sterrenstelsels ontdekten onderzoekers dat massieve zwarte gaten de ontwikkeling van babysterren kunnen stoppen door deeltjes uit te stralen die radiogolven uitzenden. Reizend in de buurt van de snelheid van het licht, werken deze verwarmde stralen als uitschakelaars om het hete gas in de Melkweg te stoppen van afkoeling en condensatie in nieuwe sterren. Wetenschappers weten niet waarom centrale zwarte gaten in deze oudere, vaak elliptische sterrenstelsels deze deeltjes beginnen uit te stoten.
Maar tot voor kort geloofden ze dat massale centrale zwarte gaten de schuld waren van 'rode en dode sterrenstelsels', die alleen uit oudere sterren bestaan. Toen ontdekten ze verschillende compacte jonge melkwegstelsels die voortijdig doodgaan. Deze jonge sterrenstelsels hebben de massa van de Melkweg geperst in een relatief klein gebied.
Op basis van hun onderzoek is een team van sterrenkundigen van mening dat deze sterren verantwoordelijk zijn voor het schakelen van hun eigen uitschakeling in deze jongere sterrenstelsels. Een uitbarsting van stervormingsactiviteit lijkt te beginnen met de botsing van twee gasrijke sterrenstelsels die veel koud gas in het compacte centrum van de samengevoegde Melkweg storten. Dan kan de energie van deze waanzinnige geboorteactiviteit elk overgebleven gas opblazen, dat toekomstige stervorming afsluit. Het is ook mogelijk dat het gas in deze sterrenstelsels gewoon te heet wordt om af te koelen en in nieuwe sterren te condenseren.
4The Eye Of Sauron toont zwarte gaten en weegt meer
Astronomen denken nu dat superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels 40 procent meer massa hebben dan aanvankelijk gedacht. Dit kan helpen verklaren waarom de Eddington-limiet voor helderheid niet werkt met sommige huidige berekeningen van de massa.
Onderzoekers gebruikten een landmeetmethode om de afstand tot het NGC 4151-stelsel te meten, waarvan de actieve kern het "Oog van Sauron" wordt genoemd omdat het eruit ziet als zijn naamgenoot uit de Lord of the Rings films. Een eerdere techniek had de afstand van de aarde tot het centrale zwarte gat van NGC 4151 geschat op 13 miljoen - 95 miljoen lichtjaar.
Wetenschappers besloten om de Twin Keck-telescopen in Hawaii te gebruiken - en eenvoudigere wiskunde - om een resultaat te krijgen met bijna 90 procent nauwkeurigheid. Het zwarte gat van NGC 4151 was actief, voedde zich op nabijgelegen gas en produceerde röntgenlicht. Deze ultraviolette straling verwarmde toen een stofring rond het zwarte gat. Na 30 dagen zou het stof infrarode straling uitstralen. Met behulp van de tijd van 30 dagen en de snelheid van het licht berekenden de onderzoekers de afstand tussen het zwarte gat en de ring van stof.
Die afstand werd gebruikt om de basis van een gelijkbenige driehoek te vormen. Na het meten van de hoek in de lucht van de stofring, gebruikten de onderzoekers eenvoudige geometrie om de afstand tot het Oog van Sauron te berekenen als ongeveer 62 miljoen lichtjaar.
Deze veel eenvoudiger techniek geeft ze nu de mogelijkheid om de massa van superzware zwarte gaten nauwkeuriger te meten. Een ander gebruik is om te meten hoe snel het universum uitdijt, wat zou helpen om de ouderdom van het universum te bepalen.
3Onthoud hoe hommels vliegen
Tot voor kort geloofden de meeste zwaartekrachtonderzoekers dat ruimte-tijd niet turbulent kon zijn. Maar drie wetenschappers hebben dat geloof op hun kop gezet toen ze besloten te analyseren of de zwaartekracht zich als een vloeistof kon gedragen. Onder de juiste omstandigheden zijn vloeistoffen woelig. Zoals room in uw koffie wordt geroerd, kunnen ze wervelen en wervelen in plaats van soepel te bewegen.
De onderzoekers besloten zich te concentreren op snel draaiende zwarte gaten voor hun studie. Ruimte-tijd is minder viskeus rond snel draaiende zwarte gaten, waardoor de kans op turbulentie groter wordt, net zoals water meer wervelt dan melasse.
De resultaten waren verrassend, zelfs voor hen. "De afgelopen jaren zijn we uit een ernstige twijfel over de vraag of de zwaartekracht ooit turbulent kan worden tot een vrij hoog zelfvertrouwen dat het kan", zei onderzoeker Luis Lehner.
Binnenkort kan dit gaan van een theoretische bevinding naar een waarneembaar resultaat. Nieuwe detectoren kunnen binnenkort de mogelijkheid hebben om zwaartekrachtgolven te detecteren, rimpelingen in ruimte-tijd die zich gedragen als golven in de oceaan wanneer een boot er doorheen vaart. In de ruimte kan zwaartekrachtvloeistof rimpelen van enorme kosmische gebeurtenissen zoals twee zwarte gaten die botsen.
Maar deze bevindingen kunnen ons ook helpen turbulentie op aarde te begrijpen - inclusief de fysica van orkanen, windschering met vliegtuigen en de schijnbaar onmogelijke vlucht van de hommel.
2 Het centrum van een galactisch moordmysterie
Sommige astronomen geloven dat een moordmysterie in de ruimte pulsars in kleine zwarte gaten verandert. Het wordt het "ontbrekende pulsar-probleem" genoemd.
Om samen te vatten, draaien pulsars neutronensterren (overblijfselen van stervende sterren die te klein zijn om zwarte gaten te worden) die heldere straling uit hun magnetische polen uitstoten als een vuurtorenbaken. Met zoveel sterren in onze melkweg, zouden minstens 50 doden pulsars moeten zijn in het centrum van onze Melkweg. Maar astronomen kunnen er maar één vinden.
Er zijn verschillende mogelijke verklaringen, maar een van de meest intrigerende is donkere materie. Net als zwarte gaten is donkere materie onzichtbaar en kan alleen worden gedetecteerd door de manier waarop de zwaartekracht samenwerkt met andere objecten in de ruimte.
Twee onderzoekers hebben voorgesteld dat de zwaartekracht van een pulsar bepaalde deeltjes van donkere materie kan aantrekken, waardoor die donkere materie de pulsar tot zo'n grote omvang doet zwellen dat het ineenzwakt in een zwart gat. De pulsar wordt zo groot dat hij een gat door het weefsel van ruimte-tijd slaat en verdwijnt. "Donkere materie kan zich niet zo dicht of zo snel verzamelen als het midden van reguliere sterren", zei onderzoeker Joseph Bramante. "Maar in pulsars verzamelde de donkere materie zich in ongeveer een bal van 2 meter. Dan stort die bal in een zwart gat en het zuigt de pulsar op. "
Sommige donkere materie combineert materie en antimaterie in elk deeltje. Die deeltjes zouden elkaar bij contact vernietigen. Dus de onderzoekers geloven dat alleen asymmetrische donkere materiedeeltjes (die materie of antimaterie maar niet beide zijn) zich in de loop van de tijd kunnen opbouwen in de kern van een pulsar.
Er is een grotere concentratie van donkere materie in de galactische kern, wat misschien verklaart waarom pulsars alleen in het centrum van onze Melkweg ontbreken.
1Ons universum kan afkomstig zijn van een 4-D zwart gat
Een groot probleem met de oerknaltheorie is dat ons wetenschappelijk voorspelbare universum afkomstig is van een singulariteit, een oneindig dicht punt dat niet volgens dezelfde regels van de natuurkunde speelt. Natuurkundigen begrijpen geen singulariteiten. Ze kunnen niet uitleggen wat de oerknal heeft veroorzaakt. Sommige natuurkundigen geloven dat het onwaarschijnlijk is dat een dergelijk chaotisch begin een universum zou produceren met een grotendeels uniforme temperatuur.
Dus drie onderzoekers van het Perimeter Institute hebben een nieuwe theorie voorgesteld die volgens hen wiskundig verantwoord en toetsbaar is. Ze beweren dat ons universum het gewelddadig uitgeworpen uiterlijke materiaal is van de supernova-dood van een 4-D ster waarvan de binnenste lagen ineenstortten tot een zwart gat.
In ons universum heeft een driedimensionaal zwart gat een 2-D-gebeurtenishorizon, de grens rond de mond van het zwarte gat dat het punt van geen terugkeer vertegenwoordigt voor alles wat erin valt en vast komt te zitten door de zwaartekracht.
In een universum met vier ruimtelijke dimensies zou een 4-D zwart gat een 3-D-gebeurtenishorizon hebben. Ons universum, het uitgeworpen materiaal van de supernova, zou een driedimensionaal membraan rond de 3-D-gebeurtenishorizon vormen. De groei van dat membraan is wat we waarnemen als kosmische expansie. Ons 3D-universum zou de uniformiteit van het 4-D ouderuniversum hebben geërfd als dat 4-D universum al lang bestond.
De onderzoekers verfijnen hun model nog steeds. Als we hun theorie als absurd beschouwen, beweren ze dat dat eenvoudigweg is omdat we een 4-D-universum niet begrijpen. Ons denken wordt beperkt door een driedimensionale wereld die misschien slechts het topje van de werkelijkheid vertegenwoordigt.