A történelem harmadik alkalommal fedeztük fel közvetlenül a fekete lyukak tagadhatatlan aláírását: gravitációs hullámok egyesülésükből. Kombinálva azt, amit már tudunk a galaktikus központ közelében lévő csillagpályákról, más galaxisok röntgen- és rádiófigyeléséről, a gáz mozgásának sebességének méréséről, lehetetlen tagadni a fekete lyukak létezését. De vajon lesz-e elegendő információnk ezekből és más forrásokból, hogy elmondhassuk, hány fekete lyuk van az univerzumban, és hogyan oszlanak el?
Valóban, hány fekete lyuk van az Univerzumban a látható csillagokhoz képest?
Az első dolog, amit tenni szeretne, az a közvetlen megfigyelés. És ez remek kezdet.
7 millió másodperces expozíciós térkép, Chandra Deep Field-South. Több száz szupermasszív fekete lyuk található ebben a régióban
Eddigi legjobb röntgenteleszkópunk a Chandra röntgen Obszervatórium. A Föld pályáján elfoglalt helye alapján akár egyetlen fotont is képes azonosítani távoli röntgenforrásokból. Az ég jelentős részeinek mély képeinek létrehozásával szó szerint több száz röntgenforrást tud azonosítani, amelyek mindegyike megfelel egy távoli galaxisnak, amely túl van a sajátunkon. A beérkező fotonok energiaspektruma alapján szupermasszív fekete lyukakat láthatunk az egyes galaxisok közepén.
Bármennyire is hihetetlen ez a felfedezés, sokkal több fekete lyuk van a világon, mint galaxisonként egy. Természetesen minden galaxisban átlagosan legalább millió vagy milliárd naptömeg van, de nem mindent látunk.
Az ismert bináris fekete lyukrendszerek tömegei, köztük három ellenőrzött egyesülés és egy egyesülésjelölt a LIGO-ból
Promóciós videó:
A LIGO nemrégiben jelentette be a bináris fekete lyukak összeolvadásából származó erőteljes gravitációs jel harmadik közvetlen észlelését, amely megerősíti az ilyen rendszerek elterjedtségét az univerzumban. Még nincs elég statisztikánk a számszerű becsléshez, mert a hibaküszöb túl magas. De ha a LIGO jelenlegi küszöbét vesszük alapul, és azt a tényt, hogy kéthavonta jelet talál (átlagosan), akkor nyugodtan kijelenthetjük, hogy minden Tejút méretű galaxisban, amelyet szondázhatunk, legalább egy tucat ilyen van rendszerek.
Fejlett LIGO sorozat és az egyesülő fekete lyukak észlelésének képessége
Ráadásul röntgen adataink azt mutatják, hogy sok bináris fekete lyuk van kisebb tömeggel; talán lényegesen többet, mint azok a hatalmasak, amelyeket a LIGO talál. És ez nem is veszi figyelembe azokat az adatokat, amelyek jelzik a fekete lyukak létét, amelyek nem szerepelnek a merev bináris rendszerekben, és ezeknek többségüknek kell lennie. Ha galaxisunkban több tucat közepes és nagy tömegű fekete lyuk van (10-100 naptömeg), akkor több száz (3-15 naptömeg) bináris fekete lyuknak és ezernyi elszigetelt (nem bináris) fekete lyuknak kell lennie.
A hangsúly itt "legalább" van.
Mert a fekete lyukakat olyan átkozottul nehéz megtalálni. Eddig csak a legaktívabbakat, a legmasszívabbakat és a legkiemelkedőbbeket láthatjuk. A spirális és egyesülő fekete lyukak nagyszerűek, de az ilyen konfigurációknak kozmológiailag ritkáknak kell lenniük. Azok, amelyeket Chandra látott, a legmasszívabbak, legaktívabbak és mindenekfelett, de a legtöbb fekete lyuk nem szörnyeteg millió, milliárd milliárd naptömegben, és a nagy fekete lyukak többsége jelenleg inaktív. A fekete lyukaknak csak a töredékét figyeljük meg, és ezt érdemes megérteni, a megfigyelt minden nagyszerűség ellenére.
Amit gammasugárzásként észlelünk, az a neutroncsillagok összeolvadásából következhet be, amelyek az anyagot az univerzumba dobják és a legnehezebb ismert elemeket hozzák létre, de a végén fekete lyukat is létrehoznak.
És mégis van módunk minőségi becslést kapni a fekete lyukak számáról és eloszlásáról: tudjuk, hogyan keletkeznek. Tudjuk, hogyan készítsük őket szupernóvává váló fiatal és masszív csillagokból, egyesülő neutroncsillagokból és közvetlen összeomlásban. És bár a fekete lyuk létrehozásának optikai aláírása rendkívül félreérthető, annyi csillagot, halálukat, katasztrofális eseményeket és csillagképződést láttunk az Univerzum történelme során, hogy pontosan megtaláljuk azokat a számokat, amelyeket keresünk.
A hatalmas csillagból született szupernóva maradványai egy összeomló tárgyat hagynak maguk után: vagy egy fekete lyuk, vagy egy neutroncsillag, amelyből később bizonyos körülmények között fekete lyuk keletkezhet.
A fekete lyukak létrehozásának e három módja mind meggyökerezik, ha végig követed őket, a csillagképződés hatalmas területeire. Megszerezni:
- Szupernova, szükséged van egy csillagra, amely a Nap tömegének 8-10-szerese lesz. A 20-40 naptömeg feletti csillagok fekete lyukat kapnak; kisebb csillagok - egy neutroncsillag.
- A fekete lyukba beolvadó neutroncsillagnak vagy két spirálban táncoló vagy ütköző neutroncsillagra van szükség, vagy pedig egy neutroncsillagra, amely egy kísérőcsillagtól bizonyos határig (kb. 2,5-3 naptömegig) kiszívja a tömeget, hogy fekete lyuk legyen.
- A fekete lyuk közvetlen összeomlása: elegendő anyagra van szüksége egy helyen ahhoz, hogy a Napnál 25-ször masszívabb csillagot képezzen, és bizonyos feltételekkel pontosan megkapja a fekete lyukat (nem szupernóva).
A Hubble-fényképek a Napnál 25-ször masszívabb csillagot mutatnak, amely egyszerűen eltűnt szupernóva vagy egyéb magyarázat nélkül. A közvetlen összeomlás lesz az egyetlen lehetséges magyarázat
A közelünkben az összes kialakuló csillag közül meg tudjuk mérni, hogy hány közülük megfelelő tömegű, hogy potenciálisan fekete lyukká váljon. Megállapítottuk, hogy az összes közeli csillagnak csak 0,1–0,2% -a rendelkezik elegendő tömeggel ahhoz, hogy szupernóvává váljon, és túlnyomó többségük neutroncsillagokat alkot. A bináris (bináris) rendszereket alkotó rendszerek körülbelül felében azonban hasonló tömegű csillagok találhatók. Más szavakkal, a galaxisunkban kialakult 400 milliárd csillag nagy része soha nem lesz fekete lyuk.
Korszerű spektrális osztályozási rendszer Morgan-Keenan rendszerekhez, az egyes csillagosztályok hőmérsékleti tartományával Kelvinben. A csillagok túlnyomó többsége (75%) ma M-osztályú csillag, amelyek közül csak 800-ból 1 elég masszív ahhoz, hogy szupernóvává váljon
De ez rendben van, mert közülük néhányan fogják. Ennél is fontosabb, hogy sokan lettek, bár a távoli múltban. Amikor a csillagok kialakulnak, tömegeloszlást kap: néhány masszív csillagot kap, az átlagosnál kissé nagyobbat, és sok kis tömegű csillagot. Annyi, hogy az alacsony tömegű M-osztályú csillagok (vörös törpék), amelyeknek a naptömegének csupán 8–40% -a van, a közelünkben lévő csillagok háromnegyedét teszik ki. Az új csillagcsoportokban nem lesz sok olyan hatalmas csillag, amely szupernóvá válhat. De a múltban a csillagképző régiók sokkal nagyobbak és tömegben gazdagabbak voltak, mint manapság a Tejútrendszer.
A helyi csoport legnagyobb csillagóvodájában, a 30 Doradusban a Tarantula-ködben található az ember által ismert legtömegesebb csillag. Közülük százan (a következő néhány millió évben) fekete lyukakká válnak
Fent látható 30 Doradus, a helyi csoport legnagyobb csillagképző régiója, amelynek tömege 400 000 nap. Több ezer forró, nagyon kék csillag található ebben a régióban, amelyek közül több száz szupernóva lesz. 10-30% -uk fekete lyukakká válik, a többi pedig neutroncsillaggá válik. Feltéve, hogy:
- a múltban sok ilyen régió volt galaxisunkban;
- a legnagyobb csillagképző régiók a spirálkarok mentén és a galaktikus központ felé koncentrálódnak;
- ahol ma pulzárokat (neutroncsillagok maradványait) és gammasugár-forrásokat látunk, ott fekete lyukak lesznek, - készíthetünk térképet, és megmutathatjuk rajta, hol lesznek a fekete lyukak.
A NASA Fermi műholdja nagy felbontásban feltérképezte az univerzum magas energiáit. A térképen található galaxisban található fekete lyukak valószínűleg kis szóródást követnek, és különféle források milliói oldják meg őket.
Ez Fermi térképe az égen található gammasugárforrásokról. Hasonló galaxisunk csillagtérképéhez, azzal a különbséggel, hogy erősen kiemeli a galaktikus lemezt. Az idősebb források kimerültek a gammasugarakból, ezért viszonylag új pontforrások.
Ehhez a térképhez képest a fekete lyuk térkép a következő lesz:
- jobban koncentrálódik a galaktikus központban;
- kissé elmosódottabb a szélessége;
- tartalmazzák a galaktikus dudort;
- 100 millió objektumból áll, plusz mínusz a hiba.
Ha létrehoz egy hibridet a Fermi térképről (fent) és a COBE galaxis térképről (lent), akkor kvantitatív képet kaphat a fekete lyukak helyéről a galaxisban.
A Galaxy látható infravörös színben a COBE-től. Bár ezen a térképen csillagok láthatók, a fekete lyukak hasonló eloszlást követnek, bár a galaktikus síkban jobban összenyomódnak és a dudor felé koncentrálódnak jobban.
A fekete lyukak valóságosak, gyakoriak, és túlnyomó többségüket manapság rendkívül nehéz észlelni. Az univerzum már nagyon régóta létezik, és bár hatalmas számú csillagot látunk, a legmasszívabb csillagok többsége - legalább 95% - már régen meghalt. Mi lett belőlük? Körülbelül egynegyedük fekete lyuk lett, milliók még mindig bujkálnak.
A Napnál többszörösebb fekete lyuk táplálja a röntgensugarat az M87 közepén, de ebben a galaxisban milliárdnyi más fekete lyuknak kell lennie. Sűrűségük a galaktikus központban koncentrálódik
Az elliptikus galaxisok fekete lyukakat kavarnak egy elliptikus rajká, amely a galaktikus központ körül köröz, hasonlóan a csillagokhoz, amelyeket látunk. Sok fekete lyuk végül a galaxis közepén lévő gravitációba vándorol - ezért válnak szupermasszív fekete lyukak szupermasszivá. De még nem látjuk a teljes képet. És addig nem látjuk, amíg nem tanuljuk meg, hogyan lehet minőségileg vizualizálni a fekete lyukakat.
Közvetlen megjelenítés hiányában a tudomány ezt csak megadja nekünk, és valami figyelemre méltó dolgot mond el nekünk: minden ezer csillagra, amelyet ma látunk, nagyjából egy fekete lyuk van. Nem rossz statisztika a teljesen láthatatlan objektumokról, egyet kell értenie.
KHEL ILYA