В центрі майже кожної галактики Всесвіту є надмасивна чорна діра. Як вони туди потрапили? Який взаємозв'язок між цими монстровими чорними дірами та галактиками, що їх оточують?
Кожен раз, коли астрономи дивляться далі у Всесвіт, вони відкривають нові таємниці. Ці таємниці потребують розуміння всіх нових інструментів та прийомів. Ці таємниці призводять до більшої кількості таємниць. Я говорю, що це таємничі черепахи аж донизу.
Одне з найбільш захоплюючих - це відкриття квазарів, розуміння того, що вони є, і розкриття ще глибшої таємниці, звідки вони беруться?
Як завжди, я випереджаю себе, тож спершу повернемося назад і поговоримо про відкриття квазарів.
Ще в 50-х роках астрономи сканували небо за допомогою радіотелескопів і знайшли клас дивних предметів у віддаленому Всесвіті. Вони були дуже яскравими і неймовірно далекими; сотні мільйонів чи навіть мільярд світлових років. Перші були виявлені в радіо-спектрі, але з часом астрономи виявили ще більше палаючих у видимому спектрі.
Астроном Хон-Чиу Чіу ввів термін "квазар", який позначав квазі-зоряний об'єкт. Вони були, як зірки, сяяли від одного точкового джерела, але вони, очевидно, не були зірками, що палали більше випромінювання, ніж ціла галактика.
Протягом десятиліть астрономи спантеличували природу квазарів, дізнавшись, що вони насправді є чорними дірами, активно живлячись і вибухаючи радіацію, видно мільярди світлових років.
Але це були не чорні діри зоряної маси, які, як відомо, загинули від гігантських зірок. Це були надмасивні чорні діри, мільйони чи навіть мільярди разів перевищують масу Сонця.
Ще в 1970-ті роки астрономи вважали можливість існування цих надмасивних чорних дір в основі багатьох інших галактик, навіть Чумацького Шляху.
У 1974 році астрономи виявили джерело радіо в центрі Чумацького Шляху, що випромінює випромінювання. Він отримав назву Стрілець A *, зірочкою, що означає «захоплюючу», ну, з точки зору «збуджених атомів».
Це відповідало б викидам надмасивної чорної діри, яка активно не живилася матеріалом. Наша власна галактика могла бути квазаром в минулому чи в майбутньому, але зараз чорна діра здебільшого мовчала, окрім цього тонкого випромінювання.
Астрономам потрібно було бути певними, тому вони провели детальний огляд самого центру Чумацького Шляху в інфрачервоному спектрі, що дозволило їм побачити через газ і пил, які затемнюють ядро у видимому світлі.
Вони виявили групу зірок, що обертаються навколо А-зірки Стрільця, як комети, що обертаються навколо Сонця. Лише чорна діра, яка в мільйон разів перевищує масу Сонця, могла б забезпечити вид гравітаційного якоря, щоб збити ці зірки навколо таких химерних орбіт.
Подальші дослідження виявили надмасивну чорну діру в самому центрі Галактики Андромеди, насправді, схоже, ці монстри знаходяться в центрі майже кожної галактики у Всесвіті.
Але як вони сформувалися? Звідки вони взялися? Чи сформувалась галактика спочатку і спричинила утворення чорної діри посередині, або утворилася чорна діра, і навколо них створилася галактика?
До недавнього часу це насправді була ще однією з великих нерозгаданих таємниць в астрономії. З цього приводу астрономи проводили безліч досліджень, використовуючи більш чутливі обсерваторії, розробляли свої теорії, і тепер вони збирають докази, щоб допомогти дійти до глибини цієї таємниці.
Астрономи розробили дві моделі для того, як об’єдналася масштабна структура Всесвіту: зверху вниз і знизу вгору.
У моделі зверху вниз цілий галактичний суперкластер сформувався відразу з величезної хмари споконвічного водню, що залишився від Великого вибуху. Зірок суперкластера.
Коли хмара зібралася разом, вона закрутилася, виштовхуючи менші спіралі та карликові галактики. Вони могли б згодом об'єднатися для формування більш складної структури, яку ми бачимо сьогодні. Надмасивні чорні діри утворилися б як щільні ядра цих галактик, коли вони зійшлися.
Якщо ви хочете обернутись цим, подумайте про зоряний розплідник, який утворив наше Сонце та купу інших зірок. Уявіть єдину хмару газу та пилу, що утворюють у ній кілька зіркових систем. З часом зірки дозрівали і відходили одна від одної.
Це зверху вниз Одна велика подія, яка призводить до структури, яку ми бачимо сьогодні.
У моделі знизу вгору кишені газу і пилу збираються в більшу і більшу масу, врешті-решт утворюючи карликові галактики, і навіть скупчення і надкластери, які ми бачимо сьогодні. Надмасивні чорні діри в основі галактик виросли в результаті зіткнень та злиття між чорними дірами протягом еонів.
Насправді саме так астрономи думають, що планети Сонячної системи сформувалися. Шматочками пилу, що залучають один одного у все більші та більші зерна, поки об’єкти розміру планети не сформувалися протягом мільйонів років.
Знизу вгору дрібні деталі збираються разом.
Незабаром після Великого вибуху весь Всесвіт був неймовірно щільним. Але це було не скрізь однакової щільності. Дрібні квантові коливання щільності на початку еволюціонували протягом мільярдів років розширення в галактичні суперкластери, які ми бачимо сьогодні.
Я хочу зупинитися і дозволити цьому зануритися у ваш мозок на секунду. Були мікроскопічні зміни щільності в ранньому Всесвіті. І ці зміни стали структурами сотень мільйонів світлових років, які ми бачимо сьогодні.
Уявіть, що ці дві сили грають, як сталося розширення Всесвіту. З одного боку, у вас взаємна сила тяжіння частинок, що зближують одна одну. А з іншого боку, у вас є розширення Всесвіту, що розділяє частинки одна від одної. Розмір галактик, скупчень і надкластерів визначався точкою балансу цих протилежних сил.
Якщо маленькі шматочки зібралися разом, то ви отримаєте це формування знизу вгору. Якщо великі шматки зібралися разом, ви отримаєте цю форму зверху вниз.
Коли астрономи заглядають у Всесвіт на найбільших масштабах, вони спостерігають скупчення та надкластери настільки, наскільки вони бачать - що підтримує модель зверху вниз.
З іншого боку, спостереження показують, що перші зірки утворилися лише через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху, який підтримує знизу вгору.
Тож відповідь є обома?
Ні, найсучасніші спостереження дають перевагу процесам знизу вгору.
Ключовим є те, що гравітація рухається зі швидкістю світла, а це означає, що гравітаційні взаємодії між частинками, що поширюються далеко одна від одної, потрібні, щоб наздогнати, рухаючись швидкістю світла.
Іншими словами, ви б не отримали, щоб матеріали суперкластера зібралися разом, а лише зірка, яка вартує матеріалу. Але ці перші зірки були зроблені з чистого водню та гелію і могли вирости набагато масивніше, ніж зірки у нас сьогодні. Вони б жили швидко і вмирали в вибухах наднової, створюючи набагато більш масивні чорні діри, ніж ми отримуємо сьогодні.
Перші протогалактики зібралися разом, зібравши разом ці перші чорні діри-чудовиська та масивні зірки, що їх оточують. А потім, протягом мільйонів і мільярдів років, ці чорні діри зливалися знову і знову, накопичуючи мільйони і навіть мільярди разів більше маси Сонця. Так ми отримали сучасні галактики, які ми бачимо сьогодні.
Нещодавно було спостереження, яке підтверджує цей висновок. На початку цього року астрономи оголосили про відкриття надмасивних чорних дір у центрі відносно крихітних галактик. У нашому Чумацькому Шляху надмасивна чорна діра в 4,1 мільйона разів перевищує масу Сонця, але вона становить лише 0,01% від загальної маси галактики.
Але астрономи з Університету штату Юта виявили дві ультра компактні галактики з чорними дірами в 4,4 мільйона і в 5,8 мільйона разів перевищують масу Сонця. І все-таки чорні діри складають 13 та 18 відсотків маси їхніх галактик-господарів.
Мислення полягає в тому, що ці галактики колись були нормальними, але стикалися з іншими галактиками раніше в історії Всесвіту, були позбавлені зірок, а потім були виплетені, щоб бродити по космосу.
Вони жертви тих ранніх подій, що зливаються, є свідченням різанини, яка сталася в ранньому Всесвіті, коли відбувалися злиття.
Ми завжди говоримо про нерозгадані таємниці у Всесвіті, але це те, що астрономи починають розгадувати.
Здається, найімовірніше, що структура Всесвіту, яку ми бачимо сьогодні, формувалася знизу вгору. Перші зірки зібралися в протогалактики, вмираючи як наднова, утворюючи перші чорні діри. Структура Всесвіту, яку ми бачимо сьогодні, є кінцевим результатом мільярдів років становлення та руйнування. З надмасивними чорними дірами з часом збираються разом.
Як тільки телескопи, як Джеймс Вебб, приступить до роботи, ми повинні мати можливість бачити ці п'єси, що збираються разом, на самому краю спостережуваного Всесвіту.
Podcast (аудіо): Завантажити (Тривалість: 11:06 - 3,8MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (відео): Завантажити (Тривалість: 11:06 - 143.0MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
