nauki ścisłe
Autor: Priyamvada Natarajan | dodano: 2018-02-26
Pierwsze ogromne czarne dziury

Ilustracja Mark Ross

Wyobraźmy sobie wszechświat w wieku niemowlęcym. Większość naukowców twierdzi, że przestrzeń i czas powstały w Wielkim Wybuchu. Po tym gorącym i gęstym początku Kosmos rozszerzał się i stygł, ale pojawienie się na niebie zajęło gwiazdom i galaktykom trochę czasu. Dopiero około 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu mogły powstać atomy (głównie wodoru) i wypełnić gazem Wszechświat. Kiedy Kosmos miał kilkaset milionów lat, z gazu tego uformowały się pierwsze gwiazdy zgrupowane w gromadach, które z kolei zbierały się w galaktyki. Najstarsza z nich pojawiła się 400 mln lat po narodzinach Wszechświata. Naukowcy ze zdumieniem stwierdzili, że w tym samym czasie istniał już również inny rodzaj obiektów astronomicznych: kwazary.

Kwazary to niezwykle jasne obiekty, których źródłem energii jest gaz spadający na supermasywne czarne dziury. To jedne z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie i można je dostrzec w najbardziej odległych obszarach przestrzeni. Najdalsze kwazary są jednocześnie najstarsze, i to one stanowią dla nas zagadkę.

Kwazary te, aby być widoczne z tak ogromnych odległości, muszą zawierać w sobie czarne dziury o masach około miliarda razy większych niż masa Słońca. Jednakże z konwencjonalnych modeli powstawania i rozwoju czarnych dziur wynika, że obiekty wystarczająco duże, aby zasilać takie kwazary, potrzebują co najmniej miliarda lat na uformowanie. Od 2001 roku astronomowie korzystający z Cyfrowego Przeglądu Nieba Sloana (Sloan Digital Sky Survey) odkrywają jednak starsze kwazary. Obecnie najstarszym i najodleglejszym kwazarem, jaki znamy, jest odkryty w grudniu ubiegłego roku obiekt, który istniał już 690 mln lat po Wielkim Wybuchu. Innymi słowy, wygląda na to, że Wszechświat nie miał wystarczająco dużo czasu, aby takie kwazary mogły w nim powstać.

Wielu astronomów sądzi, że pierwsze czarne dziury – będące zalążkami supermasywnych czarnych dziur – to pozostałości pierwszej generacji gwiazd: ich szczątki po tym, jak wybuchły jako supernowe. Szczątki te nie powinny mieć jednak masy większej niż kilkaset mas Słońca. Trudno wyobrazić sobie scenariusz, w którym czarne dziury w pierwszych kwazarach rozwinęły się z tak małych zalążków.

Aby rozwiązać ten problem, 10 lat temu wspólnie z kolegami zaproponowałam, że pierwsze czarne dziury o masach wystarczająco dużych, by mogły wyjaśnić promieniowanie najstarszych kwazarów, powstały bez udziału gwiazd, ale uformowały się bezpośrednio z kolapsującego gazu. Nadaliśmy im nazwę czarne dziury z bezpośredniego kolapsu (direct-collapse black holes; DCBH). W odpowiednim środowisku początkowa masa takich obiektów może osiągnąć od 104 do 105 mas Słońca w ciągu kilkuset milionów lat od Wielkiego Wybuchu. Po takim początku ich masa może łatwo wzrosnąć do 109 lub 1010 mas Słońca. W ten sposób da się wytłumaczyć zagadkę istnienia najstarszych kwazarów, która męczyła astronomów przez prawie dwie dekady.

Pozostaje pytanie, czy taki scenariusz faktycznie miał miejsce. Na szczęście, odpowiedź powinniśmy uzyskać, gdy w 2019 roku na orbicie umieszczony zostanie Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (James Webb Space Telescope; JWST).

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 03/2018 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2018
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Grudzień
11
W 1843 r. urodził się Robert Koch, niemiecki lekarz, bakteriolog, laureat Nagrody Nobla, odkrywca bakterii gruźlicy (zm. 1910).
Warto przeczytać
Autor bestsellerowej "Przyszłości umysłu" wkracza na niezbadane obszary astrofizyki, sztucznej inteligencji i nowoczesnej techniki, by przedstawić zapierającą dech w piersiach wizję naszej przyszłości w kosmosie i ostatecznego celu ludzkości.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Priyamvada Natarajan | dodano: 2018-02-26
Pierwsze ogromne czarne dziury

Ilustracja Mark Ross

Wyobraźmy sobie wszechświat w wieku niemowlęcym. Większość naukowców twierdzi, że przestrzeń i czas powstały w Wielkim Wybuchu. Po tym gorącym i gęstym początku Kosmos rozszerzał się i stygł, ale pojawienie się na niebie zajęło gwiazdom i galaktykom trochę czasu. Dopiero około 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu mogły powstać atomy (głównie wodoru) i wypełnić gazem Wszechświat. Kiedy Kosmos miał kilkaset milionów lat, z gazu tego uformowały się pierwsze gwiazdy zgrupowane w gromadach, które z kolei zbierały się w galaktyki. Najstarsza z nich pojawiła się 400 mln lat po narodzinach Wszechświata. Naukowcy ze zdumieniem stwierdzili, że w tym samym czasie istniał już również inny rodzaj obiektów astronomicznych: kwazary.

Kwazary to niezwykle jasne obiekty, których źródłem energii jest gaz spadający na supermasywne czarne dziury. To jedne z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie i można je dostrzec w najbardziej odległych obszarach przestrzeni. Najdalsze kwazary są jednocześnie najstarsze, i to one stanowią dla nas zagadkę.

Kwazary te, aby być widoczne z tak ogromnych odległości, muszą zawierać w sobie czarne dziury o masach około miliarda razy większych niż masa Słońca. Jednakże z konwencjonalnych modeli powstawania i rozwoju czarnych dziur wynika, że obiekty wystarczająco duże, aby zasilać takie kwazary, potrzebują co najmniej miliarda lat na uformowanie. Od 2001 roku astronomowie korzystający z Cyfrowego Przeglądu Nieba Sloana (Sloan Digital Sky Survey) odkrywają jednak starsze kwazary. Obecnie najstarszym i najodleglejszym kwazarem, jaki znamy, jest odkryty w grudniu ubiegłego roku obiekt, który istniał już 690 mln lat po Wielkim Wybuchu. Innymi słowy, wygląda na to, że Wszechświat nie miał wystarczająco dużo czasu, aby takie kwazary mogły w nim powstać.

Wielu astronomów sądzi, że pierwsze czarne dziury – będące zalążkami supermasywnych czarnych dziur – to pozostałości pierwszej generacji gwiazd: ich szczątki po tym, jak wybuchły jako supernowe. Szczątki te nie powinny mieć jednak masy większej niż kilkaset mas Słońca. Trudno wyobrazić sobie scenariusz, w którym czarne dziury w pierwszych kwazarach rozwinęły się z tak małych zalążków.

Aby rozwiązać ten problem, 10 lat temu wspólnie z kolegami zaproponowałam, że pierwsze czarne dziury o masach wystarczająco dużych, by mogły wyjaśnić promieniowanie najstarszych kwazarów, powstały bez udziału gwiazd, ale uformowały się bezpośrednio z kolapsującego gazu. Nadaliśmy im nazwę czarne dziury z bezpośredniego kolapsu (direct-collapse black holes; DCBH). W odpowiednim środowisku początkowa masa takich obiektów może osiągnąć od 104 do 105 mas Słońca w ciągu kilkuset milionów lat od Wielkiego Wybuchu. Po takim początku ich masa może łatwo wzrosnąć do 109 lub 1010 mas Słońca. W ten sposób da się wytłumaczyć zagadkę istnienia najstarszych kwazarów, która męczyła astronomów przez prawie dwie dekady.

Pozostaje pytanie, czy taki scenariusz faktycznie miał miejsce. Na szczęście, odpowiedź powinniśmy uzyskać, gdy w 2019 roku na orbicie umieszczony zostanie Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (James Webb Space Telescope; JWST).