Przez stulecia naukowcy wyobrażali sobie obiekty tak ciężkie i gęste, że ich grawitacja
byłaby dość silna by wciągnąć wszystko - nawet światło.
Byłyby to, dość dosłownie, czarne dziury w kosmosie.
Ale dopiero w ostatnich dziesięcioleciach astronomowie ostatecznie potwierdzili ich istnienie.
Dzisiaj, Hubble pozwala naukowcom mierzyć efekty oddziaływań czarnych dziur,
robić zdjęcia ich otoczenia
oraz wyciągać wnioski na temat ewolucji kosmosu.
Przygotowane przez Europejską Agencję Kosmiczną i NASA.
Hubblecast. Odcinek 43: Hubble i czarne dziury.
Prowadzenie: Dr J., aka Dr Joe Liske.
Witajcie w Hubblecast.
W dziełach fantastycznonaukowych czarne dziury są przedstawiane jako zagrożenie czyhające
na bezpieczeństwo Wszechświata,
jak ogromne odkurzacze, które w jakiś sposób zasysają wszystko co istnieje.
W tym odcinku, oddzielimy fikcję od faktów i spojrzymy na
badania czarnych dziur oraz jak Hubble przyczynił się do tych badań.
Czarne dziury mają różne rozmiary. Istnienie małych czarnych dziur potwierdzono już w latach 70tych.
Te czarne dziury powstają kiedy gwiazda wybucha u kresu swojego życia.
Kiedy zewnętrzne warstwy zostają odrzucone, jądro gwiazdy zapada się tworząc niezmiernie gęstą kulę.
Na przykład, czarna dziura o masie Słońca
miałaby promień zaledwie kilku kilometrów.
Jednak te czarne dziury nie wciągną się chyba że znajdziesz się bardzo blisko.
W rzeczywistości, przeciwnie do powszechnej opinii, czarna dziura rozmiarów Słońca
nie wywiera większego oddziaływania grawitacyjnego niż samo Słońce.
Ale gwiezdne czarne dziury to tylko część układanki.
Zanim wystrzelono Hubble'a,
astronomowie zauważyli, że centra wielu galaktyk
były znacznie bardziej gęste i jaśniejsze niż się spodziewano.
Dlatego przypuszczali, że muszą istnieć jakieś ogromne,
masywne obiekty kryjące się w centrach tych galaktyk
odpowiedzialne za silniejsze oddziaływanie grawitacyjne.
Czy możliwe, że te obiekty to supermasywne czarne dziury, czyli
czarne dziury miliony lub nawet miliardy razy bardziej masywne niż gwiezdne czarne dziury?
Czy może istnieje prostsze, mniej egzotyczne wyjaśnienie, takie jak ogromne gromady gwiezdne?
Jak na złość, ówczesne teleskopy nie były wystarczająco mocne
by zaobserwować dość szczegółów by rozwiązać tę zagadkę.
Na szczęście Hubble był już w budowie, razem z serią innych zaawansowanych teleskopów.
Kiedy planowano budowę teleskopu kosmicznego,
poszukiwanie supermasywnych czarnych dziur miało być jednym z jego głównych celów.
Część początkowych obserwacji Hubble'a w latach 90tych poświęcono gęstym, jasnym centrom galaktyk.
Tam gdzie teleskopy naziemne widziały morze gwiazd, Hubble był w stanie rozróżnić szczegóły.
,Faktycznie, Hubble odkrył wirujące dyski gazu i pyłu wokół centralnych rejonów tych galaktyk.
Kiedy Hubble obserwował dysk w centrum pobliskiej galaktyki Messier 87,
astronomowie zauważyli, że barwa nie była identyczna po obu stronach.
Z jednej strony była ona przesunięta ku fioletowi, a z drugiej ku czerwieni,
co wskazywało na bardzo szybką rotację.
Dzieje się tak, ponieważ długość fali światła ulega zmianie z powodu ruchu emitującego to światło obiektu.
Pomyślcie jak ton syreny ambulansu obniża się kiedy przejeżdża on obok ciebie,
ponieważ fale dźwiękowe są dalej od siebie kiedy pojazd się oddala.
Analogicznie, jeśli obiekt porusza się w waszym kierunku, długość fali światła zostaje ściśnięta i jest bardziej niebieska;
a jeśli obiekt się oddala, fale są rozciągnięte i bardziej czerwone.
To zjawisko jest znane jako efekt Dopplera.
Więc, mierząc jak bardzo barwy zostały przesunięte z każdej strony dysku,
astronomowie zdołali określi prędkość rotacji dysku.
Okazało się, że dysk wirował z prędkością setek kilometrów na sekundę.
To z kolei pozwoliło astronomom wywnioskować, że w centrum ukrywa się
jakiś obiekt o masie wynoszącej od dwóch do trzech miliardów mas Słońca -
prawdopodobnie supermasywna czarna dziura.
Obok wielu innych obserwacji,
był to kluczowy dowód prowadzący do wniosku, że
supermasywne czarne dziury skrywają się w centrum większości, a może wszystkich
wielkich galaktyk, także w naszej Drodze Mlecznej.
No dobrze. Te badania przeprowadzono prawie 20 lat temu - a co nam mówią nowoczesne badania dziś?
Cóż, badanie czarnych dziur rozwinęło się znacznie. Pytanie nie brzmi już: czy czarne dziury istnieją,
ale dlaczego zachowują się tak niezwykle.
Na przykład, obserwacje Hubble'a pomogły wykazać, że masa
supermasywnej czarnej dziury jest ściśle zależna od masy otaczającej ją galaktyki.
Im większa czarna dziura, tym większa galaktyka. Powód tej zależności jest jak dotąd niejasny.
Supermasywna czarna dziura jest dość duża i bardzo silna,
ale trzeba pamiętać, że w porównaniu do swej galaktyki jest w rzeczywistości maleńka.
Przestrzeń która jest bezpośrednio pod największym wpływem
supermasywnej czarnej dziury jest około milion razy mniejsza niż otaczająca galaktyka.
To tak jakby porównać rozmiar monety do całego miasta.
Trudno więc wyobrazić sobie procesy mogące je trwale łączyć ze sobą.
Dlatego wielu naukowców próbuje dowiedzieć się co tam dzieje się i jak są powiązane czarne dziury i ich galaktyki.
Czy czarne dziury regulują rozmiar galaktyk, czy może galaktyki regulują rozmiar czarnych dziur?
Czy może zależy to od czegoś innego?
Astronomowie jeszcze tego nie wiedzą, ale pracują nad tym.
Jest też inna ciekawa zagadka, prawdopodobnie związana z czarnymi dziuramia
wprawiająca astronomów w zdumienie.
Kiedy materia spada do wnętrza czarnej dziury,
tworzy duży wirujący dysk, który nagrzewa się i wydziela silne promieniowanie.
Im więcej masy wpada do czarnej dziury, tym silniejsze promieniowanie.
Takie aktywne, rosnące czarne dziury nazywane są kwazarami,
i są jednymi z najjaśniejszych i najpotężniejszych obiektów we Wszechświecie.
Rzecz w tym, że kwazar może stać się tak silny, że jego promieniowanie jest dość silne
żeby odrzucić cały gaz i pył który pochłaniał.
Wydaje się więc, że istnieje naturalna granica tempa wzrostu czarnej dziury.
To wskazywałoby że nie należy się spodziewać naprawdę dużych i poteżnych
kwazarów w bardzo młodym Wszechświecie,
ponieważ nie miałyby dość czasu żeby stworzyć
supermasywne czarne dziury niezbędne do napędzania kwazara.
Jednak ostanie odkrycia wykazały, że kwazary istniały już w młodym Wszechświecie
zaledwie miliard lat po Wielkim Wybuchu, czyli o wiele wcześniej niż się spodziewaliśmy.
No i proszę: kolejna zagadka do rozmyślań dla astronomów.
Pomagając wyjaśnić jedną zagadkę dotyczącą czarnych dziur, Hubble otworzył nowe pole do badań naukowych,
co kiedyś pozwoli nam lepiej zrozumieć historię Wszechświata.
Żegna was prowadzący Hubblecast, Dr J.
Po raz kolejny natura przerosła nasze najśmielsze oczekiwania.
Transkrypcja: ESA/Hubble Tłumaczenie: Mariusz Herbich