» » » » » Astrofizica găurilor negre

Astrofizica găurilor negre

Binare cu raze X

Cygnus X-1, Chandra X-Ray Observatory (O imagine luată de Chandra X-Ray Observatory, a lui Cygnus X-1, care a fost primul candidat puternic gaura neagră descoperită)

Binarele cu raze X sunt sisteme binare de stele care emit o mare parte din radiațiile lor în partea radiografică a spectrului. Aceste emisii de raze X sunt, în general, considerate a rezulta atunci când una dintre stele (obiect compact) se acumulează de la o altă stea (obișnuită). Prezența unei stele obișnuite într-un astfel de sistem oferă o oportunitate de a studia obiectul central și de a determina dacă acesta ar putea fi o gaură neagră.

Dacă un astfel de sistem emite semnale care pot fi trasate direct în obiectul compact, acesta nu poate fi o gaură neagră. Absența unui astfel de semnal nu exclude totuși posibilitatea ca obiectul compact să fie o stea neutronică. Prin studierea starului însoțitor este adesea posibil să se obțină parametrii orbitali ai sistemului și să se obțină o estimare a masei obiectului compact. Dacă aceasta este mult mai mare decât limita Tolman-Oppenheimer-Volkoff (adică masa maximă pe care o stea de neutroni o poate avea înainte de a se prăbuși) atunci obiectul nu poate fi o stea neutronică și, în general, se așteaptă să fie o gaură neagră.

Primul candidat puternic pentru o gaură neagră, Cygnus X-1, a fost descoperit în acest fel de Charles Thomas Bolton, Louise Webster și Paul Murdin în 1972. Cu toate acestea, unele îndoieli au rămas din cauza incertitudinilor care rezultă din faptul că steaua însoțitoare este mult mai grea decât gaura neagră candidată. În prezent, candidații mai buni pentru găurile negre se găsesc într-o clasă de binări cu raze X denumite tranziții cu raze X moi. În această clasă de sistem, steaua însoțitoare este de masă relativ mică, permițând estimări mai precise ale masei gaurii negre. Mai mult decât atât, aceste sisteme emit în mod activ raze X doar câteva luni o dată la fiecare 10-50 de ani. În timpul perioadei de emisie redusă a radiațiilor X (numită quiescence), discul de acumulare este extrem de slab, permițând o observație detaliată a starului însoțitor în această perioadă. Unul dintre cei mai buni candidați este V404 Cygni.

(Stea ”mâncată” de o gaură neagră. O simulare pe calculator a unei stele care este consumată de o gaură neagră. Punctul albastru indică locația găurii negre. )

Inactivitatea și fluxul de acumulare dominat de advecție

Lipsa discului de acumulare a unui binar cu raze X în timpul inactivității este suspectată a fi cauzată de fluxul de masă care intră într-un mod numit flux de acumulare dominat de advecție (ADAF). În acest mod, aproape toată energia generată de frecare în disc este cuprinsă împreună cu fluxul în loc de a fi radiată. Dacă acest model este corect, atunci se formează dovezi calitative puternice pentru prezența unui orizont al evenimentului, deoarece dacă obiectul din centrul discului avea o suprafață solidă, el ar emite cantități mari de radiație ca fiind gazul puternic energetic atinge suprafața, [clarificarea este necesar] un efect observat pentru stelele neutronice într-o stare similară.

(”Bătăile inimii” unui sistem de găuri negre. Această animație compară ”bătăile inimii” cu raze X ale sistemului GRS 1915 și IGR J17091, două găuri negre care ”înghit” gazele de la stelele însoțitoare. )

Cvasi-periodice oscilații

Emisiile de raze X de pe discurile de acumulare uneori trec la anumite frecvențe. Aceste semnale se numesc oscilații cvasi-periodice și se crede că sunt cauzate de materialul care se deplasează de-a lungul marginii interioare a discului de acumulare (cea mai interioară orbită circulară stabilă). Ca atare, frecvența lor este legată de masa obiectului compact. Astfel, acestea pot fi folosite ca o modalitate alternativă de a determina masa găurilor negre candidat.

Galactic nuclei

Undele magnetice, numite undele Alfvén S, curg de la baza jeturilor cu găuri negre(Undele magnetice, numite undele Alfvén S, curg de la baza jeturilor cu găuri negre.)

Astronomii folosesc termenul „galaxie activă” pentru a descrie galaxiile cu caracteristici neobișnuite, cum ar fi emisia neobișnuită de linii spectrale și emisiile radio foarte puternice. Studiile teoretice și observaționale au arătat că activitatea în aceste nuclee galactice active (AGN) poate fi explicată prin prezența găurilor negre supermassive, care pot fi de milioane de ori mai mari decât cele stelare. Modelele acestor AGN constau dintr-o gaură neagră centrală care poate fi de milioane sau de miliarde de ori mai masivă decât Soarele; un disc de gaz și praf numit disc de acumulare; și două jeturi perpendiculare pe discul de acumulare.

Detectarea unui flare de raze X neobișnuit de strălucitoare de la Sagetatorul A *, o gaură neagră în centrul galaxiei Calea Lactee(Detectarea unui flare de raze X neobișnuit de strălucitoare de la Sagetatorul A *, o gaură neagră în centrul galaxiei Calea Lactee la 5 ianuarie 2015. )

Deși se preconizează că găurile negre supermassive se găsesc în majoritatea AGN, numai nucleele unor galaxii au fost mai atent studiate în încercările de a identifica și de a măsura masele reale ale candidaților centrali supermassive cu gaură neagră. Unele dintre cele mai notabile galaxii cu candidați cu gura neagră supermassive includ Galaxia Andromeda, M32, M87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258, NGC 4889, NGC 1277, OJ 287, APM 08279 + 5255 și Galaxia Sombrero.

Acum este larg acceptat faptul că centrul aproape a oricărei galaxii, nu doar a celor active, conține o gaură neagră supermassivă. Corelația observațională strânsă între masa acestei găuri și dispersia vitezei gonflabile a galexiei gazdă, cunoscută ca relația M-sigma, sugerează puternic o legătură între formarea găurii negre și galaxia însăși.

Simularea norilor de gaze după apropierea apropiată de gaura neagră din centrul Calei Lactee
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:A_simulation_of_how_a_gas_cloud_that_has_been_observed_approaching_the_supermassive_black_hole_at_the_centre_of_the_galaxy.jpg

(Simularea norilor de gaze după apropierea apropiată de gaura neagră din centrul Calei Lactee.)

Microlentile (propus)

Un alt mod în care natura gaurii negre a unui obiect poate fi testată în viitor este prin observarea efectelor cauzate de un câmp gravitațional puternic în vecinătatea lor. Un astfel de efect este reprezentat de lentila gravitațională: Deformarea timpului spațial în jurul unui obiect masiv face ca razele luminoase să fie deflectate mult ca lumina care trece printr-o lentilă optică. Au fost făcute observații privind lentilele gravitaționale slabe, în care razele de lumină sunt deflectate cu numai câteva secunde. Cu toate acestea, nu a fost niciodată observată direct pentru o gaură neagră. O posibilitate de observare a lentilelor gravitaționale de către o gaură neagră ar fi observarea stelelor în orbită în jurul gaurii negre. Există mai mulți candidați pentru o astfel de observație pe orbită în jurul Sagetatorului A *.

Alternative

Dovezile pentru găurile negre stelare se bazează puternic pe existența unei limite superioare pentru masa unei stele neutronice. Dimensiunea acestei limite depinde în mare măsură de ipotezele făcute cu privire la proprietățile materiei dense. Noile faze exotice ale materiei ar putea împinge această legătură. O fază a unor cuarci liberi la o densitate ridicată ar permite existența unor stele de quark dense, iar unele modele supersimetrice prezic existența stelelor Q. Unele extensii ale modelului standard plasează existența preonilor ca blocuri fundamentale de cuarci și leptoni, care ar putea forma ipotetic stele preon. Aceste modele ipotetice ar putea explica un număr de observații ale candidaților găurii negre stelare. Cu toate acestea, se poate arăta din argumentele din relativitatea generală că orice astfel de obiect va avea o masă maximă.

Deoarece densitatea medie a unei găuri negre în raza lui Schwarzschild este invers proporțională cu pătratul masei sale, găurile negre supermassive sunt mult mai puțin dense decât găurile negre stelare (densitatea medie a unei găuri negre de 108 M is este comparabilă cu cea a apei ). În consecință, fizica materiei care formează o gaură neagră supermassivă este mult mai bine înțeleasă și posibilele explicații alternative pentru observațiile supermassive ale găurilor negre sunt mult mai luminoase. De exemplu, o gaură neagră supermassivă ar putea fi modelată de un grup mare de obiecte foarte întunecate. Cu toate acestea, astfel de alternative nu sunt în mod obișnuit suficient de stabile pentru a explica candidații supermassive pentru gaurile negre.

Dovezile existenței găurilor negre stelare și supermassive implică faptul că, pentru ca găurile negre să nu se formeze, relativitatea generală trebuie să eșueze ca o teorie a gravitației, probabil din cauza apariției corecțiilor mecanice cuantice. O caracteristică mult așteptată a unei teorii a gravitației cuantice este aceea că nu va conține singularități sau orizonturi de eveniment și astfel gaurile negre nu ar fi artefacte reale. În 2002, s-a acordat o mare atenție modelului fuzzball în teoria corzilor. Pe baza calculelor pentru situații specifice în teoria corzilor, propunerea sugerează că, în mod generic, statele individuale ale unei soluții de găuri negre nu au un orizont de eveniment sau singularitate, dar că pentru un observator clasic / semiclassical media medie a acestor state apare doar ca o gaură neagră obișnuită dedusă din relativitatea generală.

Câteva obiecte teoretice au fost conjectuite pentru a se potrivi observațiilor candidaților cu gaură neagră astronomică identic sau aproape identic, dar care funcționează printr-un mecanism diferit. Acestea includ gravastar, steaua neagră (gravitația semiclasică), și steaua energiei întunecate.

  1. […] Binare cu raze X  (O imagine luată de Chandra X-Ray Observatory, a lui Cygnus X-1, care a fost primul candidat puternic gaura neagră descoperită) Binarele cu raze X sunt sisteme binare de stele care emit o mare parte din radiațiile … Citeşte mai mult […]

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *