Svarta hål är kanske de konstigaste och mest mystiska föremål i det kända universum. Ingen har sett dem, men forskare är säkra på att de finns. De förutsägs inte bara av Einstein, deras närvaro bekräftas indirekt av det inflytande de har på rymdtiden omkring dem. Vi vet något om dessa föremål, men vi vet inte ännu mer. Enligt forskare kommer förståelse av fenomenet svarta hål och i synnerhet de processer som sker i deras centra tillåter oss inte bara att förstå, utan också ge oss möjlighet att kontrollera naturens mycket grundläggande krafter, till exempel samma tyngdkraft.
Varje år rapporterar forskare upptäckter relaterade till svarta hål steg för steg, vilket leder till en närmare förståelse för deras natur. Idag ska vi prata om de tio senaste.
Många svarta hål med mellanliggande massa
Bland familjen av svarta hål, kanske de mest framstående är de så kallade medelhöga (eller mellanliggande) svarta hålen. Det här är svarta hål, vars massa är betydligt större än massan av svarta hål i stjärnstorlek (från 10 till flera tiotals solmassor), men mycket mindre än för supermassiva svarta hål (från en miljon till hundratals miljoner solmassor). Tidigare antogs det att denna typ av svart hål förekommer mycket mindre ofta än de andra två klasserna angav, men en ny upptäckt motbevisade denna åsikt.
År 2018 hittade forskare en plats där sådana objekt oftast finns. Av hittills oförklarade skäl finns svarta hål med medel massa oftast i centrum för små galaxer. När forskarna räknat ut det var det sällsynta svarta hålet inte längre sällsynt. Dessutom kan denna upptäckt hjälpa till att lösa ett annat mysterium förknippat med svarta hål.
En av de mest pressande frågorna i modern astronomi är naturen av supermassiva svarta hål. Forskare kan inte förstå hur några av de upptäckta supermassiva svarta hålen i relativt kompakta galaxer har vuxit mycket snabbt sedan Big Bang. De samma svarta hålen med medelhög massa kan peka på rätt svar. Enligt ett av antagandena skulle supermassiva svarta hål kunna ha vuxit från svarta hål med genomsnittlig massa, enligt en annan - de föddes så från början. Men hur? Forskare kan ännu inte ge ett exakt svar, men det verkar som om de börjar röra sig i rätt riktning.
Kampanjvideo:
Mystiska föremål nära Skytten A *
Skytten A * är ett supermassivt svart hål som ligger i mitten av vår galax. I början av 2000-talet upptäckte forskare två mystiska objekt bredvid den. De fick smeknamnet G-klassobjekten och misstogs ursprungligen av gas- och dammmoln. Mystiken började efter att dessa föremål närmade sig det svarta hålet. I stället för att rivas isär av den kraftfulla tyngden i ett supermassivt svart hål, kunde föremål G1 och G2 på något sätt överleva.
År 2018 upptäckte forskare ytterligare tre G-klassobjekt (G3, G4, G5) nära Skytten A *. Analys av de uppgifter som samlats in under 12 år har inte äntligen klargjort bilden för astronomer. Objekt lockar uppmärksamhet för sina ovanliga egenskaper. Alla fem G-objekt har de karakteristiska visuella signaturerna av gasmoln, men uppför sig som stjärnor med enorm massa.
Baserat på detta har forskare antagit att de stötte på en mycket sällsynt typ av stjärnor, okarakteristisk för vår galax. Forskare förklarar utseendet på dessa föremål med de unika förhållandena i närheten av ett supermassivt svart hål: här, under påverkan av kraftfull tyngdkraft, kan binära stjärnor kollapsa för att bilda ett enda, stort föremål inneslutet i tjocka gas- och dammhöljen. Ändå konstaterar forskare att inte alla föremål har liknande banor runt det svarta hålet, så de kan ännu inte exakt förklara arten av fenomenet de såg.
Det äldsta svarta hålet
Upptäckten av det äldsta svarta hålet är inte bara en fråga om ålder. Upptäckten av denna gamla man kan hjälpa oss att lösa många intressanta mysterier som är förknippade med eran då de första stjärnorna i universum just började antända.
Enligt forskare var det svarta hålet ULAS J1342 + 0928 som upptäcktes 2017 föddes bara cirka 690 miljoner år efter Big Bang. När kosmos bara var 5 procent av dagens tid var massan av detta svarta hål redan 800 miljoner gånger massan av vår sol idag.
Objektet ligger ungefär 13,1 miljarder ljusår från Jorden och bildades under universums tidiga dagar. Denna period kallas ofta era för rejonisering, då de första stjärnorna, galaxerna, klusteren och superkluster av galaxer började dyka upp på grund av gravitationsattraktion. Den fullständiga bilden av återjonisering är fortfarande inte klar för forskare, så de svarta hålen som dök upp under denna period kan säkert vara en av de mest intressanta källorna till ny information.
Som nämnts ovan kan inte forskare också förstå hur svarta hål på så kort tid efter Big Bang kunde samla en enorm mängd massa. Objekt som ULAS J1342 + 0928 kan kasta ljus på denna fråga, men för att dra några slutsatser skulle det vara trevligt att hitta åtminstone några fler liknande rymddinosaurier. Tyvärr är svarta hål i era av reionisering extremt sällsynta.
Snabbt växande svart hål
År 2018 upptäckte forskare det "hungriga" svarta hålet i det kända universum. Varje dag, varje sekund konsumerar den en massa som motsvarar massan av vår sol, på grund av vilken den också växer snabbt. Lyckligtvis för oss är hon väldigt långt borta. Om detta monster var i mitten av Vintergatan, skulle de röntgenstrålar som det skapar sterilisera jorden från vilket liv som helst.
När forskare upptäckte det första ljuset från kvasaren J2157-3602 förknippat med detta svarta hål, uppskattades dess ålder till 12 miljarder år. Så snart forskare bekräftade att det verkligen finns ett svart hål bredvid kvasaren, var massan redan cirka 20 miljarder solmassor. För närvarande kan astronomer inte förklara orsaken till det svarta hålets snabba tillväxt.
Det enda som är känt om detta objekt är att dess aptit värmer den omgivande gasen och dammet till ett sådant tillstånd att deras ljusstyrka lätt överskuggar ljuset från nästan alla stjärnor på himlen.
Dold kluster
Ett galaxkluster kan innehålla hundratals eller till och med tusentals galaxer. Dessa kluster betraktas av forskare som några av de största föremålen i universum. Tror du att det är omöjligt att gömma sig med ett enda rymdobjekt? Du har fel. En kvasar visade sig annars.
Det upptäckta objektet hette PKS1353-341 och var ursprungligen tänkt att vara en separat galax med en otroligt ljus central region. Men astronomer vid Massachusetts Institute of Technology under 2018 upptäckte en sanning som hade varit dold i flera decennier sedan objektet upptäcktes. Det visade sig att objektet inte är en galax, utan en enda kvasar (en region med varm gas som omger ett supermassivt svart hål), som är beläget i mitten av en hel galaxklynge som ligger 2,4 miljarder ljusår från jorden.
Kvasaren var så ljus att den bokstavligen förmörkade hela omgivningen med hundratals galaxer. Forskare från MIT beräknade dess ljusstyrka och det visade sig att det är 46 miljarder gånger ljusare än solen. Enligt forskarna är sådan extrem ljusstyrka förknippad med absorptionen av en stor mängd omgivande material av det centrala supermassiva svarta hålet.
Dubbla system
Ett annat mysterium för forskare är den så kallade dubbla, det vill säga parade svarta hål som lindas runt varandra. Fall av kollisioner av svarta hål har redan noterats av forskare tidigare. Två identifierades 2015 och en till 2017. Tack vare det senare blev överraskande forskare för första gången direkta vittnen till ett lika sällsynt fenomen.
I den mottagna signalen om kollisionen mellan två svarta hål noterades tecken på gravitationskrusningar i rymdtid - en förändring i gravitationsfältet, som förökades som vågor. I detta fall förstördes inte båda svarta hålen, utan slogs ihop till en enda helhet - ett supermassivt svart hål, ännu större i storlek än dess förfäder.
Forskare har två antaganden om arten av utseendet på system från binära svarta hål. Enligt ett visas binära svarta hål när binära stjärnsystem dör. Enligt den andra bildas svarta hål oberoende av varandra och därefter dras de i rymden till varandra under påverkan av gravitationskrafter.
Dödlig bubbla
År 2018 föreslog fysiker ett annat scenario av apokalypsen: Jorden kunde förstöras av svarta hål. Ett år tidigare firade den vetenskapliga världen bekräftelsen av upptäckten av gravitationsvågor, ett fenomen som sträcker och drar ihop verkligheten. Denna kraft är dödlig.
I den nya teorin förutspådde forskare från Princeton University ett av scenarierna för vad som skulle kunna hända om, som ett resultat av högenergiska kosmiska kataklysmer (till exempel när två svarta hål eller två neutronstjärnor smälter samman), de resulterande gravitationsvågorna kolliderar med varandra.
Som illustrationssyfte jämförs gravitationsvågor ofta med cirklarna i vattnet som uppstår när en sten kastas. Men om en partikel eller objekt rör sig med ljusets hastighet, kan plana gravitationsvågor uppstå. Enligt forskare, om vågorna är tillräckligt stora, kan deras kollision skapa ett gigantiskt svart hål som kommer att förändra rymd och tid över ett enormt yttre område.
Om detta händer bredvid jorden kommer inte bara alla levande saker, utan också själva planeten och hela solsystemet att ta slut.
Rogue Black Hole
Forskare har upprepade gånger undrat över möjligheten att galaxer "utkastar" sina centrala svarta hål. Men under lång tid kunde astronomer inte hitta bevis på detta fenomen. Men 2017 presenterade galaxen 3C186 rymdutforskare med en verklig överraskning.
Enligt forskare var tidigare galaxen 3C186 två separata galaxer, som någon gång i sin historia slogs samman till en. Den nya galaxen tog ganska tydliga konturer och form, istället för den påstådda oordningliga strukturen, men den största överraskningen kom från dess centrum: forskare, full av förhoppningar om att hitta ett supermassivt svart hål i den, hittade ingenting alls.
Senare upptäcktes det svarta hålet fortfarande, bara 35 000 ljusår från det galaktiska centrum 3C186. När de två stjärnklyngarna kolliderade kolliderade deras centrala galaktiska svarta hål och skapade så småningom ett supermassivt svart hål. Denna händelse skapade sannolikt mycket kraftfulla gravitationsvågor som drev detta nybildade svarta hål ur galaxen, förklarar forskare.
Detta visade sig dock inte vara så lätt, fortsätter forskarna. Utstötningen av ett svart hål från det galaktiska centrumet krävde energi motsvarande explosionen av 100 miljoner supernovaer. Forskare har fortfarande inte räknat ut vad som faktiskt hände där, men det börjar redan bli tydligt att det finns krafter som tål även de svarta hålens kraft.
Intressant nog fortsätter det skurkiga svarta hålet att röra sig mot kanterna på sin galax. I nuvarande takt kommer den att släppas ut utanför den om cirka 20 miljoner år.
Omvänd tid
Svarta hål bildas när en gravitationskollaps (komprimering) av en tillräckligt massiv stjärna inträffar, eller den centrala delen av galaxen eller protogalaktisk gas kollapsar. Just nu kastas en enorm mängd gammastrålning ut i rymden. Det senare är i sin tur den ljusaste elektromagnetiska händelsen som inträffar i universum och förstås fortfarande inte helt av forskare.
År 2018 hittades väldigt konstiga tecken i de fångade gammastrålsignalerna, som enligt forskare från NASA kan tolkas som "tidsförändring." Vanligtvis avger varje gamma-ray-händelse en signaturvågform som aldrig upprepas. De upptäckta signalerna innehöll anomalier som, som det visade sig, inte kunde förklaras ur en teoretisk modell. Dessa signaler var speciella vågliknande strukturer som roterades i tiden som om deras början var i slutet av bristen och slutet - i de första ögonblicken av brast.
För vissa fysiker var en sådan observation tillräcklig för att kräva bevis för att tiden omvänt. Enligt en annan, och sannolikt, mer realistisk förklaring, kan strålarna från gammastråleutsläpp på väg kollidera med en del materia, som gav vågorna en signatur som accepterades av forskare för omvänd tid. Det är mycket möjligt att strålarna träffar någon slags ansamling av materia, som verkade på dem som en reflekterande yta. Ändå utesluts inte möjligheten att vi talar om en helt ny fysiklag, vars första exempel var forskare 2018.
Spöken från förlorade universum
I augusti i år uttalade den brittiska fysikern vid Oxford University Roger Penrose ett mycket högt uttalande. Han och hans team hävdar att innan vårt universum, det vill säga före Big Bang, fanns ett annat universum. Denna slutsats ledde till av ett antal observerade ljusavvikelser i mikrovågsbakgrundsstrålningen, som enligt Penrose är ljusspiraler kvar från svarta hål som tillhörde det tidigare universum, som fanns före Big Bang.
I en av hans teorier föreslog den ännu mer kända brittiska fysikern Stephen Hawking att svarta hål, efter att ha tappat huvuddelen av sina partiklar, försvann. Dessa hypotetiska partiklar kallas gravitoner. De har ingen massa, ingen elektrisk eller annan laddning, men samtidigt har de energi och deltar därför i gravitationsinteraktionen.
När ett universum dör och ett nytt dyker upp, blir dessa gravitoner, enligt Penrose, del av det nya universum. Forskaren och hans kollegor är övertygade om att de hittade dessa överlevande "rester" i mikrovågsbakgrundsstrålningen. De kallade de upptäckta ljusavvikelserna "Stephen Hawkings poäng." Om forskarnas observationer bekräftas kommer vi att möta en allvarlig revidering av Big Bang-teorin.
Nikolay Khizhnyak
