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10 Möglichkeiten, schwarze Löcher weiter zu überraschen
Ein schwarzes Loch ist eine große Menge von Materie, die in einem winzigen Bereich mit einer enormen Anziehungskraft gequetscht wird. Viele schwarze Löcher entstehen aus sterbenden Riesensternen, die in sich zusammenfallen. Aber selbst als Schwarze Löcher kreisen sie weiter und üben die gleiche Anziehungskraft auf Objekte um sie herum aus.
Visualisieren Sie es auf diese Weise. Wenn die Erde zu einem schwarzen Loch wurde (was sie nicht konnte), würde sie genauso wie heute wiegen, aber ihre Größe wäre geringer als ein menschlicher Augapfel. Dieser Augapfel hätte jedoch die gleiche Anziehungskraft, so dass der Mond sich ständig um ihn drehen würde.
Sie können das Schwarze Loch nicht direkt sehen, da die Begrenzung um den Mund (als "Ereignishorizont" bezeichnet) Licht im Inneren einfängt. Aber wie bei unsichtbarem Wind, der dazu führt, dass sich Bäume biegen und wiegen, glauben wir, dass Schwarze Löcher da sind, weil sie sich auf ihre Umgebung auswirken.
Nicht alle Wissenschaftler glauben an Schwarze Löcher. Aber für diejenigen, die das tun, kommen die Überraschungen immer weiter.
10Unsere frühen Vorfahren haben vielleicht das Schwarze Loch der Milchstraße gesehen
Vor etwa zwei Millionen Jahren erwachte das supermassive Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie mit einem strahlenden Schein zum Leben. Zu dieser Zeit fing der Mann gerade an, aufrecht zu gehen. Unsere Vorfahren hätten am südlichen Himmel ein mondgroßes Licht gesehen, das wie ein heller Fuzzball oder Fleck aussah.
Unser schwarzes Loch, Sagittarius A *, ist jetzt ruhig. Damals wurde angenommen, dass es sich um einen aktiven galaktischen Kern (AGN) handelt, das energieproduzierende kompakte Zentrum einer Galaxie, das den Rest der Erde weit überstrahlt. Ein einziges schwarzes Loch kann die Quelle eines AGN sein, da seine Anziehungskraft Materie anzieht und eine Scheibe bildet, die sich erwärmt und glüht. Wenn die Scheibe große Mengen an Materie ansaugt, werden zwei helle Strahlen energiereicher Teilchen senkrecht zum Spin des schwarzen Lochs abgeworfen.
Astronomen entwickelten diese AGN-Theorie im Jahr 2010, nachdem sie zwei Fermiblasen entdeckt hatten, die sich 25.000 Lichtjahre über und unter unserer Galaxie ausdehnten. Die Wissenschaftler glauben, dass AGN-Jets diese Blasen vor einem bis drei Millionen Jahren hätten produzieren können.
Die Lichtshow des Schwarzen Lochs hätte für unsere Vorfahren einige tausend Jahre gedauert. Laut Anthropologe Chris Stringer: „Es war der Beginn der Gattung Homo. Der Steinwerkzeugbau hatte bereits begonnen, aber das Gehirn begann sich erst zu vergrößern. “Wenn Schütze A * wieder AGN wird, werden wir vielleicht zu unserer eigenen erstaunlichen Lichtshow am Nachthimmel eingeladen.
9Nicht jedes kosmische Kraftwerk ist ein schwarzes Loch
Viele Wissenschaftler waren jahrzehntelang der Ansicht, dass extrem helle Röntgenquellen (ULX-Quellen) durch schwarze Löcher verursacht werden mussten, die Sterne oder andere Substanzen fraßen.
Wenn die immense Schwerkraft eines Schwarzen Lochs das Gas eines nahegelegenen Sterns anzieht, dann dreht sich dieses Gas, um eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch herum zu bilden. Wie Wasser, das vor dem Abfluss umläuft, beschleunigt das Gas stark und erwärmt sich auf extrem hohe Temperaturen, die helles Röntgenlicht in alle Richtungen freisetzen. Je größer das zugeführte schwarze Loch ist, desto mehr verbraucht es und desto heller ist das Licht.
Das war die Theorie. In der nahegelegenen Galaxie M82 entdeckten Astronomen versehentlich eine pulsierende ULX-Quelle, die einen hellen Röntgenstrahl aussendete, der alle 1,37 Sekunden wie ein Leuchtturm-Leuchtfeuer an der Erde vorbeizieht. Das Problem ist, dass schwarze Löcher nicht pulsieren. Pulsare puls.
Ein Pulsar ist ein rotierender Neutronenstern (der Überrest eines sterbenden Sterns, der nicht groß genug war, um ein schwarzes Loch zu werden), der Röntgenlicht von seinen Magnetpolen emittiert, wie dies bei dem Leuchtturmfeuer beschrieben wurde. Der Pulsar in der M82-Galaxie ist jedoch 100-mal heller als seine Masse laut einer Physik-Richtlinie, die Eddington-Grenze genannt wird, zulassen sollte. Es sollte keine ULX-Quelle sein.
"Sie könnten sich diesen Pulsar als die mächtige Maus von Überresten von Sternen vorstellen", sagte Fiona Harrison vom California Institute of Technology. „Es hat die Kraft eines Schwarzen Lochs mit viel weniger Masse. Der Pulsar scheint das Äquivalent einer schwarzen Lochdiät zu sich zu nehmen. “
Astronomen müssen jetzt andere ULX-Quellen erneut prüfen, um zu sehen, ob sie pulsieren. Sie können nicht mehr davon ausgehen, dass jede ULX-Quelle oder jedes kosmische Kraftpaket ein schwarzes Loch ist.
8 Mehr Gluttonous als gedacht
Bis vor kurzem glaubten die Wissenschaftler, dass die Größe eines Schwarzen Lochs die Höchstgeschwindigkeit bestimmt, mit der es essen und Licht erzeugen kann (Eddington-Grenze). Dann entdeckten sie P13, ein schwarzes Loch in der Galaxie NGC7793, das sich um einen Überriesenstern dreht, während er ihn ausschaltet. Aber P13 frisst sich das Gas seines Begleitsterns zehnmal schneller ein, als Astronomen für möglich gehalten hätten.
Es wird angenommen, dass P13 15-mal kleiner ist als unsere Sonne, aber eine Million Mal heller ist. Es hat die Fähigkeit, seinen Begleitstern in weniger als einer Million Jahren zu verschlingen, was in kosmischer Zeit schnell ist.
Dieses kleine Schwarze Loch verbraucht jede Minute Materie mit einem Gewicht von 100 Milliarden Milliarden Hot Dogs. "Wie die Hot Dog Fress-Legende Takeru Kobayashi uns gezeigt hat, ist die Größe in der Welt des Konkurrenzkostens nicht immer von Bedeutung, und selbst kleine Schwarze Löcher können Gas mit einer außergewöhnlichen Geschwindigkeit essen", sagte der Astronom Dr. Roberto Soria.
Wie der M82-Pulsar ist P13 eine ultraluminöse Röntgenquelle, die nicht nur die Eddington-Grenze verletzt, sondern sie auch aus der Galaxie schlägt. Astronomen erkennen jetzt, dass es möglicherweise keine strengen Grenzen gibt, wie viel ein Schwarzes Loch essen kann.
7Supermassive Schwarze Löcher können zahlreicher sein, als wir dachten
Schwarze Löcher gibt es in einer Vielzahl von Größen, von primordialen (die bis zu einem Atom klein sein können) bis zu Supermassiven (mit Massen von mehr als einer Million Sonnen, die in die Größe eines Sonnensystems gepackt sind). Es kann sogar eine seltene Größe geben, die als ultramassiv bezeichnet wird.
Es wurde angenommen, dass nur größere Galaxien massive Schwarze Löcher enthielten.Anfang 2014 gaben Astronomen jedoch bekannt, dass über 100 kleine Zwerggalaxien massive schwarze Löcher in ihren Zentren zu haben scheinen. Verglichen mit der Sammlung unserer Milchstraße mit 200 bis 400 Milliarden Sternen hat eine Zwerggalaxie nur wenige Milliarden Sterne und eine weitaus geringere Masse.
Im September 2014 gaben die Astronomen bekannt, dass sie in der ultrakompakten Zwerggalaxie M60-UCD1 ein supermassives Schwarzes Loch gefunden hatten, die dichteste derzeit bekannte Galaxie. Wenn Sie in M60-UCD1 gelebt hätten, würden Sie mindestens eine Million Sterne am Nachthimmel sehen, im Gegensatz zu den 4000 Sternen, die wir mit bloßem Auge von der Erde sehen.
Das mittlere Schwarze Loch der Milchstraße hat zwar eine Masse von vier Millionen Sonnen, aber weniger als 0,01 Prozent der Gesamtmasse unserer Galaxie. Im Vergleich dazu ist das zentrale Schwarze Loch des M60-UCD1 ein Monster mit einer Masse von 21 Millionen Sonnen, die 15 Prozent der Gesamtmasse seiner Galaxie ausmacht.
Aufgrund dieser Befunde glauben einige Astronomen, dass viele ultrakompakte Zwerggalaxien die Überreste größerer Galaxien sein könnten, die beim Zusammenstoß mit anderen Galaxien zerrissen wurden. In den Zentren ultrakompakter Zwerggalaxien kann es also so viele supermassive Schwarze Löcher geben wie in größeren Galaxien.
6Gobbling Mass wie ein Baby Pac-Man
Quasare sind die brillanten Zentren der entferntesten Galaxien, die wir in unserem Universum sehen können. Es wird vermutet, dass es sich um supermassive Schwarze Löcher mit Akkretionsscheiben handelt, die unglaublich helles Röntgenlicht ausstrahlen. Quasare können bis zu zwei Billionen Mal heller strahlen als unsere Sonne. Sie können Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sein. Ein Quasar zu betrachten, ist ein Blick auf sein Babyfoto.
Wissenschaftler haben darüber nachgedacht, wie ein frühes schwarzes Loch bei geschätzten zehn Sonnenmassen zum Leben anfangen könnte, und dann schnell nach dem Urknall auf über eine Milliarde Sonnenmassen anwachsen. Unter normalen Bedingungen zog sich das Gas zu einem schwarzen Loch hinunter, um eine Akkretionsscheibe zu bilden. Einige Gase rinnen im Inneren, aber einige Prozesse verlangsamen normalerweise das Wachstum eines Schwarzen Lochs.
Die Forscher glauben, dass das frühe Universum kalte Gasströme enthielt, die viel dichter waren als heute. Ein junges schwarzes Loch hätte sich schnell bewegt und ständig die Richtung gewechselt wie ein verschlungenes Baby Pac-Man, als nahegelegene Baby-Stars es herumstoßen. Diese schnellen Richtungsänderungen haben das Schwarze Loch möglicherweise dazu veranlasst, Material direkt aus diesen dichteren Gasströmen zu fressen, so dass die langsame Spirale niemals vorgekommen ist. Als das Schwarze Loch wuchs, aß es noch schneller. In kosmisch schnellen 10 Millionen Jahren wäre das Schwarze Loch von 10 Sonnenmassen auf 10.000 Sonnenmassen angewachsen. Dann hätte sich die Wachstumsrate verlangsamt. Aber der Weg zu einer Masse von mindestens einer Milliarde Sonnenmassen wäre gesperrt.
5 Schwarze Löcher können Sternentstehung verhindern
In reifen Galaxien entdeckten die Forscher, dass massive Schwarze Löcher die Entwicklung von Babysternen stoppen können, indem sie Partikel ausstrahlen, die Radiowellen abgeben. Nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen sich diese erhitzten Strahlen wie Ausschalter, um zu verhindern, dass sich heißes Gas in der Galaxie abkühlt und zu neuen Sternen kondensiert. Wissenschaftler wissen nicht, warum schwarze Löcher in diesen älteren, oft elliptischen Galaxien diese Partikel emittieren.
Bis vor kurzem glaubten sie jedoch, dass massive schwarze Löcher immer an „roten und toten Galaxien“ schuld waren, die nur aus älteren Sternen bestehen. Dann entdeckten sie mehrere kompakte, junge Galaxien, die vorzeitig sterben. Diese jungen Galaxien haben die Masse der Milchstraße in einem relativ kleinen Bereich zusammengedrückt.
Basierend auf ihren Forschungen glaubt ein Team von Astronomen, dass diese Sterne dafür verantwortlich sind, den eigenen Schalter in diesen jüngeren Galaxien abzuschalten. Ein Ausbruch von Sternentstehungsaktivitäten scheint mit der Kollision zweier gasreicher Galaxien zu beginnen, die viel kaltes Gas in das kompakte Zentrum der vereinigten Galaxie leiten. Dann kann die Energie aus dieser rasenden Geburtstätigkeit jedes verbleibende Gas ausblasen, was die zukünftige Sternentstehung unterbindet. Es ist auch möglich, dass das Gas in diesen Galaxien einfach zu heiß wird, um sich abzukühlen und zu neuen Sternen zu verdichten.
4The Eye of Sauron zeigt, dass Schwarze Löcher mehr wiegen
Astronomen glauben nun, dass supermassive Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien 40 Prozent mehr Masse haben als ursprünglich angenommen. Dies kann erklären, warum die Eddington-Helligkeitsgrenze bei einigen aktuellen Massenberechnungen nicht funktioniert.
Die Forscher verwendeten eine Landvermessungstechnik, um die Entfernung zur NGC 4151-Galaxie zu messen, deren aktiver Kern das "Auge von Sauron" genannt wird, da es wie sein Namensvetter aus der Nationale Galaxie aussieht Herr der Ringe Filme. Eine frühere Technik hatte die Entfernung von der Erde zum zentralen Schwarzen Loch von NGC 4151 auf 13 Millionen bis 95 Millionen Lichtjahre geschätzt.
Die Wissenschaftler entschieden sich für die Verwendung der Doppel-Keck-Teleskope in Hawaii - und der einfacheren Mathematik -, um ein Ergebnis mit einer Genauigkeit von fast 90 Prozent zu erzielen. Das Schwarze Loch von NGC 4151 war aktiv, es wurde mit Gas in der Nähe gespeist und Röntgenlicht erzeugt. Diese ultraviolette Strahlung erhitzte dann einen Staubring, der das Schwarze Loch umkreiste. Nach 30 Tagen würde der Staub Infrarotstrahlung abgeben. Aus der Zeit von 30 Tagen und der Lichtgeschwindigkeit berechneten die Forscher den Abstand zwischen dem Schwarzen Loch und dem Staubring.
Dieser Abstand wurde verwendet, um die Basis eines gleichschenkligen Dreiecks zu bilden. Nach der Messung des Himmelswinkels aus dem Staubring berechneten die Forscher mit einer einfachen Geometrie die Entfernung zum Auge von Sauron als ungefähr 62 Millionen Lichtjahre.
Diese viel einfachere Technik gibt ihnen jetzt die Möglichkeit, die Masse supermassiver Schwarzer Löcher genauer zu messen. Eine andere Verwendung besteht darin, zu messen, wie schnell sich das Universum ausdehnt, wodurch das Alter des Universums bestimmt werden könnte.
3Erklären, wie Hummeln fliegen
Bis vor kurzem glaubten die meisten Gravitationsforscher, dass die Raumzeit nicht turbulent sein kann. Aber drei Wissenschaftler wandten sich diesem Glauben zu, als sie beschlossen, zu analysieren, ob sich die Schwerkraft wie eine Flüssigkeit verhalten könnte. Unter den richtigen Bedingungen sind Flüssigkeiten turbulent. Wie Sahne, die in Ihren Kaffee eingerührt wird, können sie sich schwenken und wirbeln, anstatt sich reibungslos zu bewegen.
Die Forscher entschieden sich für ihre Studie für schnell drehende Schwarze Löcher. Die Raumzeit ist um schnell rotierende Schwarze Löcher weniger viskos, was die Wahrscheinlichkeit von Turbulenzen erhöht, ähnlich wie das Wasser mehr wirbelt als Melasse.
Die Ergebnisse waren selbst für sie überraschend. "In den letzten Jahren haben wir ernsthafte Zweifel darüber, ob die Schwerkraft jemals turbulent werden kann, zu einem ziemlich hohen Selbstbewusstsein entwickelt", sagte der Forscher Luis Lehner.
In Kürze kann dies von einem theoretischen Befund zu einem beobachtbaren führen. Neue Detektoren können bald Gravitationswellen erkennen, Wellen in der Raumzeit, die sich wie Wellen im Ozean verhalten, wenn ein Boot durch sie fährt. Im Weltraum kann Gravitationsflüssigkeit von riesigen kosmischen Ereignissen wie zwei kollidierenden Schwarzen Löchern ablenken.
Diese Erkenntnisse können uns aber auch helfen, Turbulenzen auf der Erde zu verstehen - einschließlich der Physik der Hurrikane, der Windscherung mit Flugzeugen und des scheinbar unmöglichen Fluges der Hummel.
2 Das Zentrum eines galaktischen Mordgeheimnisses
Einige Astronomen glauben, dass ein Mordgeheimnis im Weltraum Pulsare in kleine Schwarze Löcher verwandelt. Man nennt es das "fehlende Pulsarproblem".
Um es zusammenzufassen: Pulsare sind rotierende Neutronensterne (Überbleibsel sterbender Sterne, die zu klein sind, um schwarze Löcher zu werden), die helle Strahlung von ihren Magnetpolen wie ein Leuchtturmfeuer emittieren. Bei so vielen Sternen in unserer Galaxie sollten sich mindestens 50 Tote im Zentrum unserer Milchstraße befinden. Aber Astronomen können nur einen finden.
Es gibt mehrere mögliche Erklärungen, aber eine der faszinierendsten betrifft dunkle Materie. Wie schwarze Löcher ist dunkle Materie unsichtbar und kann nur durch die Art und Weise erfasst werden, in der ihre Anziehungskraft mit anderen Objekten im Raum interagiert.
Zwei Forscher haben vorgeschlagen, dass die Schwerkraft eines Pulsars bestimmte Partikel der dunklen Materie anziehen kann, was dazu führt, dass die dunkle Materie den Pulsar so stark anschwillt, dass er zu einem schwarzen Loch zusammenbricht. Der Pulsar wird so groß, dass er ein Loch durch den Raum der Zeit schlägt und verschwindet. "Dunkle Materie kann sich im Zentrum regelmäßiger Sterne nicht so dicht oder schnell sammeln", sagte der Forscher Joseph Bramante. „Bei Pulsaren sammelte sich die dunkle Materie jedoch zu einem etwa 2 Meter langen Ball. Dann fällt dieser Ball in ein schwarzes Loch und saugt den Pulsar an. “
Einige dunkle Materie kombiniert Materie und Antimaterie in jedem Teilchen. Diese Partikel würden sich bei Kontakt gegenseitig zerstören. Die Forscher glauben daher, dass nur asymmetrische Partikel der dunklen Materie (die entweder Materie oder Antimaterie sind, aber nicht beide) sich im Laufe der Zeit in einem Pulsarkern ansammeln können.
Es gibt eine größere Konzentration dunkler Materie im galaktischen Kern, was erklären könnte, warum Pulsare nur im Zentrum unserer Milchstraße fehlen.
1Unser Universum mag aus einem schwarzen 4-D-Loch entstanden sein
Ein großes Problem bei der Urknalltheorie ist, dass unser wissenschaftlich vorhersagbares Universum aus einer Singularität stammt, einem unendlich dichten Punkt, der nicht nach den gleichen Regeln der Physik spielt. Physiker verstehen Singularitäten nicht. Sie können nicht erklären, was den Urknall ausgelöst hat. Einige Physiker glauben, dass es unwahrscheinlich ist, dass solch ein chaotischer Anfang ein Universum mit weitgehend einheitlicher Temperatur hervorbringen würde.
Daher haben drei Forscher vom Perimeter Institute eine neue Theorie vorgeschlagen, die mathematisch fundiert und überprüfbar ist. Sie argumentieren, dass unser Universum das gewaltsam ausgestoßene äußere Material vom Supernova-Tod eines 4-D-Sterns ist, dessen innere Schichten in ein schwarzes Loch einstürzten.
In unserem Universum hat ein 3-D-Schwarzes Loch einen 2-D-Ereignishorizont, die Grenze um die Mündung des Schwarzen Lochs, die den Punkt darstellt, an dem nichts zurückkehrt und alles, was nach innen fällt und von der Schwerkraft eingeschlossen wird.
In einem Universum mit vier räumlichen Dimensionen hätte ein 4-D-Schwarzes Loch einen 3D-Ereignishorizont. Unser Universum, das von der Supernova ausgestoßene Material, würde eine 3-D-Membran um den 3-D-Ereignishorizont bilden. Das Wachstum dieser Membran ist das, was wir als kosmische Expansion wahrnehmen. Unser 3-D-Universum hätte die Einheitlichkeit des 4-D-Elternuniversums geerbt, wenn dieses 4-D-Universum lange existiert hätte.
Die Forscher verfeinern immer noch ihr Modell. Wenn wir ihre Theorie für absurd halten, argumentieren sie, dass das einfach daran liegt, dass wir kein 4-D-Universum verstehen. Unser Denken wird durch eine 3-D-Welt begrenzt, die möglicherweise nur die Spitze der Realität darstellt.