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10 modi fori neri continuano a sorprenderci
Un buco nero è una grande quantità di materia schiacciata in una piccola area con un'enorme attrazione gravitazionale per le sue dimensioni. Molti buchi neri si formano da stelle giganti morenti che collassano su se stesse. Ma anche come buchi neri, continuano ad orbitare ed esercitano la stessa attrazione gravitazionale sugli oggetti che li circondano.
Visualizzalo in questo modo. Se la Terra diventasse un buco nero (che non poteva), peserebbe come oggi, ma la sua dimensione sarebbe più piccola di un bulbo oculare umano. Tuttavia, quel bulbo oculare avrebbe la stessa attrazione gravitazionale, quindi la Luna continuerebbe a orbitare attorno ad esso.
Non vedresti il buco nero direttamente perché il contorno attorno alla sua bocca (chiamato "orizzonte degli eventi") intrappola la luce all'interno. Ma come il vento invisibile che fa piegare e oscillare gli alberi, crediamo che ci siano buchi neri a causa del loro effetto sull'ambiente circostante.
Non tutti gli scienziati credono nei buchi neri. Ma per quelli che lo fanno, le sorprese continuano ad arrivare.
10I nostri primi antenati potrebbero aver visto il buco nero della Via Lattea
Circa due milioni di anni fa, il buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia esplose in una luce radiosa. A quel tempo, l'uomo stava appena iniziando a camminare dritto. I nostri antenati avrebbero visto una luce di dimensioni lunari nel cielo del sud che assomigliava a una palla di peluria luminosa oa una macchia.
Il nostro buco nero, Sagittario A *, ora è tranquillo. Ma a quei tempi si pensava che fosse un nucleo galattico attivo (AGN), il centro compatto compatto di una galassia che emette energia per il resto. Un buco nero di alimentazione può essere la fonte di un AGN in quanto la sua attrazione gravitazionale attira la materia, formando un disco che si riscalda e si illumina. Se il disco attira grandi quantità di materia, due getti luminosi di particelle ad alta energia verranno espulsi dal buco nero perpendicolarmente alla sua rotazione.
Gli astronomi hanno ideato questa teoria AGN nel 2010 dopo aver individuato due bolle di Fermi che si estendevano per 25.000 anni luce sopra e sotto la nostra galassia. Gli scienziati ritengono che i getti AGN avrebbero potuto produrre quelle bolle tra uno e tre milioni di anni fa.
Lo spettacolo di luci del buco nero sarebbe durato alcune migliaia di anni per i nostri antenati. Secondo l'antropologo Chris Stringer, "Era l'inizio del genere omosessuale. La costruzione di utensili in pietra era già iniziata, ma il cervello stava solo iniziando ad ingrandirsi. "Se il Sagittario A * torna ad AGN, potremmo essere trattati per il nostro incredibile spettacolo di luci nel cielo notturno.
9Non Ogni Cosmic Powerhouse è un buco nero
Per decenni, molti scienziati ritenevano che le sorgenti di raggi X estremamente luminose, note come fonti ultraviolette a raggi X (ULX), dovessero essere causate da buchi neri che mangiavano stelle o altri materiali.
Quando l'immensa gravità di un buco nero attira il gas di una stella vicina, quel gas si muove a spirale fino a formare un disco di accrescimento attorno al buco nero. Come l'acqua che circonda prima che vada giù nello scarico, il gas accelera notevolmente, riscaldando a temperature estremamente elevate che rilasciano una luce a raggi X luminosa in ogni direzione. Più grande è il buco nero che alimenta, più consuma e più luminosa è la luce.
Questa era la teoria. Quindi, nella vicina galassia M82, gli astronomi scoprirono accidentalmente una fonte ULX che pulsava, emettendo un raggio luminoso ai raggi X che passava oltre la Terra ogni 1.37 secondi come un faro faro. Il problema è che i buchi neri non pulsano. Impulso pulsar.
Una pulsar è una stella di neutroni rotante (il residuo di una stella morente che non era grande abbastanza da diventare un buco nero) che emette luce a raggi X dai suoi poli magnetici come il faro del faro appena descritto. Ma la pulsar nella galassia M82 è 100 volte più luminosa di quanto la sua massa dovrebbe consentire secondo una linea guida fisica chiamata limite di Eddington. Non dovrebbe essere una fonte ULX.
"Potresti pensare a questa pulsar come a un Mighty Mouse di resti stellari", ha detto Fiona Harrison del California Institute of Technology. "Ha tutta la potenza di un buco nero con molta meno massa. La pulsar sembra mangiare l'equivalente di una dieta a buco nero. "
Gli astronomi ora devono riesaminare altre fonti ULX per vedere se pulsano. Non possono più supporre che ogni fonte ULX, o centrale nucleare, sia un buco nero.
8 Più golosi che immaginati
Fino a poco tempo fa, gli scienziati pensavano che la dimensione di un buco nero determinasse la velocità massima a cui poteva mangiare e produrre luce (il limite di Eddington). Poi hanno scoperto P13, un buco nero nella galassia NGC7793, che ruota intorno a una stella supergigante mentre la cannibalizza. Ma P13 si sta rimpinzando sul gas della sua compagna di stelle 10 volte più velocemente di quanto gli astronomi ritenessero possibile.
Si ritiene che P13 sia 15 volte più piccolo del nostro sole, ma un milione di volte più luminoso. Ha la capacità di divorare la sua stella compagna in meno di un milione di anni, che è veloce nel tempo cosmico.
Questo piccolo buco nero consuma materia con un peso pari a 100 miliardi di miliardi di hot dog al minuto. "Come notoriamente ci ha mostrato la leggenda del mangiarcercio Takeru Kobayashi, le dimensioni non sempre contano nel mondo del mangiare competitivo, e anche i piccoli buchi neri possono mangiare gas ad un tasso eccezionale", ha detto l'astronomo dott. Roberto Soria.
Come la pulsar M82, P13 è una fonte di raggi X ultraluminosa che non solo viola il limite di Eddington, ma lo fa fuoriuscire dalla galassia. Gli astronomi ora realizzano che potrebbe non esserci un limite rigoroso su quanto un buco nero può mangiare.
7Supermassivi buchi neri possono essere più numerosi di quanto pensassimo
I buchi neri sono disponibili in una varietà di dimensioni, da primordiale (che può essere piccolo come un atomo) a supermassiccio (con masse più grandi di un milione di soli impacchettati nelle dimensioni di un sistema solare). Potrebbe anche esserci una rara dimensione extra-large chiamata ultramassiva.
Un tempo, si riteneva che solo le galassie più grandi contenessero enormi buchi neri.Ma all'inizio del 2014, gli astronomi hanno rivelato che oltre 100 piccole galassie nane sembrano avere enormi buchi neri al loro centro. Rispetto alla collezione della nostra Via Lattea di 200-400 miliardi di stelle, una galassia nana ha solo qualche miliardo di stelle e molta meno massa.
Poi, a settembre 2014, gli astronomi hanno annunciato di aver trovato un buco nero supermassiccio in una galassia nana ultracompatta chiamata M60-UCD1, la galassia più densa attualmente conosciuta. Se vivessi in M60-UCD1, vedresti almeno un milione di stelle nel cielo notturno in contrasto con le 4.000 stelle che vediamo dalla Terra ad occhio nudo.
Sebbene il buco nero centrale della Via Lattea abbia una massa di quattro milioni di soli, è meno dello 0,01 percento della massa totale della nostra galassia. In confronto, il buco nero centrale della M60-UCD1 è un mostro, con una massa di 21 milioni di soli che rappresenta il 15% della massa totale della sua galassia.
Sulla base di questi risultati, alcuni astronomi ritengono che molte galassie nane ultracompatte possano essere i resti di galassie più grandi che sono state lacerate quando si sono scontrate con altre galassie. Quindi ci possono essere tanti buchi neri supermassicci nei centri di galassie nane ultracompatte come ci sono in galassie più grandi.
6 Messa di massa come un bambino Pac-Man
I quasar sono i centri brillanti delle galassie più lontane che possiamo vedere nel nostro universo. Si crede che siano buchi neri supermassicci con dischi di accrescimento che emettono luce a raggi X incredibilmente luminosa. I quasar possono splendere fino a due trilioni di volte più luminosi del nostro sole. Possono essere a miliardi di anni luce dalla Terra. Guardare un quasar è guardare indietro nel tempo alla sua foto del bambino.
Gli scienziati si sono meravigliati di come un buco nero precoce potrebbe iniziare la vita a una stima di 10 masse solari, quindi rapidamente crescere fino a oltre un miliardo di masse solari poco dopo il big bang. In condizioni normali, il gas si è avvicinato a un buco nero per formare un disco di accrescimento. Alcuni gas gocciolano all'interno, ma diversi processi di solito rallentano la crescita di un buco nero.
I ricercatori ritengono che il primo universo contenesse correnti di gas fredde che erano molto più dense di quanto non esistano oggi. Un giovane buco nero si sarebbe mosso rapidamente, cambiando continuamente direzione come un Pac-Man divoratore di un bambino mentre le vicine stelle del bambino lo facevano cadere. Questi rapidi cambiamenti direzionali potrebbero aver permesso al buco nero di mangiare materiale direttamente da questi flussi di gas più densi così rapidamente che la lenta spirale non è mai avvenuta. Man mano che il buco nero cresceva, mangiava ancora più velocemente. In 10 milioni di anni cosmicamente veloci, il buco nero sarebbe cresciuto da 10 masse solari a 10.000 masse solari. Quindi il tasso di crescita avrebbe rallentato. Ma il percorso per un peso di almeno un miliardo di masse solari sarebbe stato bloccato.
5I fori neri possono prevenire la formazione delle stelle
Nelle galassie mature, i ricercatori hanno scoperto che enormi buchi neri possono fermare lo sviluppo delle stelle del bambino spargendo particelle che emettono onde radio. Viaggiando vicino alla velocità della luce, questi getti riscaldati agiscono come interruttori per fermare il gas caldo nella galassia dal raffreddamento e dalla condensazione in nuove stelle. Gli scienziati non sanno perché i buchi neri centrali in queste galassie più vecchie, spesso ellittiche, inizino a emettere queste particelle.
Ma fino a poco tempo fa, credevano che i massicci buchi neri centrali dovevano sempre incolpare di "galassie rosse e morte", che consistevano solo di stelle più vecchie. Poi hanno scoperto diverse galassie compatte e giovani che stanno morendo prematuramente. Queste giovani galassie hanno la massa della Via Lattea schiacciata in un'area relativamente piccola.
Sulla base delle loro ricerche, un gruppo di astronomi ritiene che queste stelle siano responsabili di lanciare il proprio spegnimento in queste galassie più giovani. Una raffica di attività stellari sembra iniziare con la collisione di due galassie ricche di gas che incanalano un sacco di gas freddo nel centro compatto della galassia unita. Quindi l'energia di questa frenetica attività di parto potrebbe far esplodere qualsiasi gas residuo, che interrompe la futura formazione stellare. È anche possibile che il gas in queste galassie diventi troppo caldo per raffreddarsi e condensarsi in nuove stelle.
4L'occhio di Sauron mostra che i buchi neri pesano di più
Gli astronomi ora pensano che i buchi neri supermassicci al centro delle galassie abbiano il 40% in più di massa di quanto si credesse inizialmente. Questo può aiutare a spiegare perché il limite di luminosità di Eddington non funziona con alcuni calcoli di massa attuali.
I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di rilevamento del territorio per misurare la distanza dalla galassia NGC 4151, il cui nucleo attivo è chiamato "Occhio di Sauron" perché assomiglia al suo omonimo dal Signore degli Anelli film. Una tecnica precedente aveva stimato la distanza dalla Terra al buco nero centrale di NGC 4151 come 13 milioni - 95 milioni di anni luce.
Gli scienziati hanno deciso di utilizzare i due telescopi Keck gemelli delle Hawaii e una matematica più semplice per ottenere un risultato con una precisione di quasi il 90%. Il buco nero di NGC 4151 era attivo, si nutriva di gas nelle vicinanze e produceva luce a raggi X. Questa radiazione ultravioletta ha quindi riscaldato un anello di polvere che orbita attorno al buco nero. Dopo 30 giorni, la polvere emetterebbe radiazioni infrarosse. Utilizzando il tempo di 30 giorni e la velocità della luce, i ricercatori hanno calcolato la distanza tra il buco nero e l'anello di polvere.
Quella distanza è stata usata per formare la base di un triangolo isoscele. Dopo aver misurato l'angolo nel cielo dall'anello di polvere, i ricercatori hanno usato la geometria semplice per calcolare la distanza dall'Occhio di Sauron di circa 62 milioni di anni luce.
Questa tecnica molto più semplice ora dà loro la possibilità di misurare la massa dei buchi neri supermassicci più precisamente. Un altro uso è misurare quanto velocemente l'universo si sta espandendo, il che aiuterebbe a determinare l'età dell'universo.
3 Spiegazione Come i bombi volano
Fino a poco tempo fa, la maggior parte dei ricercatori gravitazionali riteneva che lo spazio-tempo non potesse essere turbolento. Ma tre scienziati hanno trasformato quella convinzione sulla propria testa quando hanno deciso di analizzare se la gravità potesse comportarsi come un fluido. Nelle giuste condizioni, i liquidi sono turbolenti. Come la crema si è mescolata nel tuo caffè, possono girare e turbolenza invece di muoversi senza problemi.
I ricercatori si sono basati su buchi neri che ruotano velocemente per il loro studio. Lo spazio-tempo è meno viscoso intorno ai buchi neri che ruotano velocemente, il che aumenta la possibilità di turbolenza, simile a come l'acqua vortica più della melassa.
I risultati sono stati sorprendenti, anche per loro. "Negli ultimi anni, siamo passati da un serio dubbio sul fatto che la gravità possa mai diventare turbolenta con una fiducia abbastanza alta che può", ha detto il ricercatore Luis Lehner.
In breve tempo, questo può passare da un risultato teorico a uno osservabile. I nuovi rivelatori potrebbero presto avere la capacità di rilevare le onde gravitazionali, le increspature nello spazio-tempo che si comportano come onde nell'oceano quando una barca naviga attraverso di essa. Nello spazio, il fluido gravitazionale può incresparsi da enormi eventi cosmici come due buchi neri che si scontrano.
Ma queste scoperte potrebbero anche aiutarci a comprendere le turbolenze qui sulla Terra, tra cui la fisica degli uragani, il taglio del vento con gli aeroplani e il volo apparentemente impossibile del calabrone.
2 Il centro di un mistero di omicidio galattico
Alcuni astronomi ritengono che un mistero di omicidio nello spazio stia trasformando le pulsar in piccoli buchi neri. Si chiama "problema pulsar mancante".
Per ricapitolare, le pulsar stanno ruotando stelle di neutroni (resti di stelle morenti troppo piccole per diventare buchi neri) che emettono radiazioni luminose dai loro poli magnetici come un faro faro. Con così tante stelle nella nostra galassia, almeno 50 morti dovrebbero essere pulsar al centro della nostra Via Lattea. Ma gli astronomi possono trovarne solo uno.
Ci sono diverse spiegazioni possibili, ma uno dei più interessanti riguarda la materia oscura. Come i buchi neri, la materia oscura è invisibile e può essere rilevata solo dal modo in cui la sua attrazione gravitazionale interagisce con altri oggetti nello spazio.
Due ricercatori hanno proposto che la gravità di una pulsar possa attrarre certe particelle di materia oscura, facendo sì che la materia oscura gonfiasse la pulsar a dimensioni così grandi da collassare in un buco nero. La pulsar diventa così grande che fa un buco nel tessuto dello spazio-tempo e scompare. "La materia oscura non può raccoglierne il più denso o il più rapido al centro delle stelle normali", ha detto il ricercatore Joseph Bramante. "Ma nelle pulsar, la materia oscura si accumulerebbe in una palla di circa 2 metri [7 piedi]. Poi quella palla collassa in un buco nero e succhia la pulsar. "
Alcune materie oscure combinano materia e antimateria in ciascuna particella. Quelle particelle si distruggerebbero a vicenda al contatto. Quindi i ricercatori ritengono che solo le particelle asimmetriche della materia oscura (che sono materia o antimateria ma non entrambe) possono accumularsi nel cuore della pulsar nel tempo.
C'è una maggiore concentrazione di materia oscura nel nucleo galattico, che potrebbe spiegare perché mancano le pulsar solo nel centro della nostra Via Lattea.
1Il nostro universo potrebbe essere generato da un buco nero 4-D
Un grosso problema con la teoria del Big Bang è che il nostro universo scientificamente prevedibile nasce da una singolarità, un punto infinitamente denso che non gioca secondo le stesse regole della fisica. I fisici non capiscono le singolarità. Non possono spiegare cosa ha scatenato il big bang. Alcuni fisici credono che sia improbabile che un inizio così caotico possa produrre un universo con una temperatura ampiamente uniforme.
Così tre ricercatori dell'Istituto perimetrale hanno proposto una nuova teoria che insistono sia matematicamente solida e verificabile. Sostengono che il nostro universo è il materiale esterno espulso violentemente dalla morte di una supernova di una stella 4-D i cui strati interni sono crollati in un buco nero.
Nel nostro universo, un buco nero 3-D ha un orizzonte degli eventi 2-D, il limite attorno alla bocca del buco nero che rappresenta il punto di non ritorno per tutto ciò che cade dentro e rimane intrappolato dalla gravità.
In un universo con quattro dimensioni spaziali, un buco nero 4-D avrebbe un orizzonte degli eventi 3-D. Il nostro universo, il materiale espulso dalla supernova, formerebbe una membrana 3-D attorno all'orizzonte degli eventi 3-D. La crescita di quella membrana è ciò che percepiamo come espansione cosmica. Il nostro universo 3-D avrebbe ereditato l'uniformità dell'universo genitore 4-D se quell'universo 4-D fosse esistito per molto tempo.
I ricercatori stanno ancora perfezionando il loro modello. Se consideriamo la loro teoria assurda, sostengono che ciò è semplicemente perché non comprendiamo un universo 4-D. Il nostro modo di pensare è limitato da un mondo tridimensionale che può rappresentare solo la punta della realtà.