esencja życia

Życie to nie dar lecz odwieczne prawo. Byliśmy, jesteśmy i będziemy.

29) Czarne dziury, SAGITTARIUS A w 2013 r./ Kwazary/ Ciemna materia/ Antymateria/ Zakrzywienie czasoprzestrzeni

2 Komentarze

OFICJALNA  WIEDZA  NAUKOWA (usystematyzowany przeze  mnie  zbiór  informacji  z  wielu  stron  internetowych  o  charakterze  informacyjnym):

g8

I) CZARNE  DZIURY

Czarna dziura (kollapsar) – obiekt astronomiczny, ZWYRODNIAŁA GWIAZDA (o masie większej od ok. 3 mas Słońca) lub JĄDRO GALAKTYKI, którego promień stał się mniejszy od pewnej granicznej wielkości nazwanej promieniem grawitacyjnym lub promieniem Schwarzschilda. Wtedy pole grawitacyjne osiąga takie natężenia, że nawet światło nie jest w stanie je opuścić. Aby wydostać się z pola grawitacyjnego planety lub innego obiektu astronomicznego i uciec w kosmos, ciało musi rozpędzić się do dużej prędkości zwanej prędkością ucieczki. Dla ciał znajdujących się na Ziemi wynosi ona 11.2 km/s. Prędkość ta zależy od rozmiarów i masy obiektu, który ciało chce opuścić. Jeśli, nie zmieniając masy obiektu astronomicznego, będziemy zmniejszać promień, to prędkość ucieczki będzie rosnąć. Dla odpowiednio małego promienia prędkość ucieczki jest równa prędkości światła. Oznacza to, że żadne ciało, nawet światło nie opuści powierzchni tego obiektu, czyli czarnej dziury. Promień graniczny nazywamy promieniem Schwarzschilda lub promieniem grawitacyjnym ciała. Aby Ziemia stała się czarną dziurą, jej promień musiałby osiągnąć wartość mniejszą od 1cm, zaś Słońce promień mniejszy od 2,95 km. Okazuje się, że jeśli gwiazda zmniejszy swoje rozmiary poniżej promienia grawitacyjnego, to procesu kurczenia zatrzymać już nie można. Wszystkie sygnały, nawet sygnały świetlne są przyciągane przez silne pole grawitacyjne i zamiast się oddalać zbiegają się do centrum. Powierzchnia ograniczona promieniem Schwarzschilda odgrywa rolę błony półprzepuszczalnej, błony, przez którą cząstki i sygnały niosące informacje mogą przenikać do środka, ale nie mogą wydostawać się przez nią na zewnątrz. Taką powierzchnię nazywamy horyzontem. Obserwowane obiekty nie są sferycznie symetryczne, przeważnie obracają się i mają, czasami nawet silne pola magnetyczne. Naukowcy sądzą, że zgodnie z ogólną teorią względności, wewnątrz czarnej dziury musi istnieć osobliwość, to znaczy punkt, gdzie gęstość materii i krzywizna czasoprzestrzeni są nieskończone. W nowych teoriach Wszechświata mówi się, że czarne dziury są  drogą do innych światów. Czarne dziury z założenia nie mogą świecić, jednak manifestują swoją obecność niezwykle silnym przyciąganiem grawitacyjnym; tak silnym, że mogą zmusić światło do poruszania się wokół nich po okręgu. Czarne dziury mogą także obracać się, np. wtedy, gdy są rozkręcane przez opadający na nie, wirujący gaz). Sprawiają wówczas, że w ich najbliższym otoczeniu zaczyna wirować sama przestrzeń (a właściwie czasoprzestrzeń). Często mówimy „czarna dziura świeci”. W rzeczywistości świeci nie sama czarna dziura, lecz opadająca na nią materia. Plazma zaś wypływa nie z czarnej dziury, lecz z jej bliskiego otoczenia. Substancją pożeraną przez czarną dziurę może być obłok pyłowo gazowy, materia z innej gwiazdy (taki obiekt nazywamy mikrokwazarem) znajdującej się w pobliżu lub w przypadku olbrzymich dziur materia galaktyczna. Energia promieniowania i wypływów z czarnej dziury jest tylko energią wtórną. Energią pierwotną dla wszystkich rodzajów aktywności czarnych dziur jest energia potencjalna materii opadającej w polu grawitacyjnym. Innymi słowy – coś musi wpaść do czarnej dziury, żeby coś mogło się z jej pobliża wydostać. Jeśli czarne dziury są nieaktywne, to nie możemy ich obserwować. Zaliczamy je do tak zwanej ciemnej materii. Ostatnio opracowano nową metodę wykrywania ciemnej materii -soczewkowanie grawitacyjne.g9

Rodzaje  czarnych  dziur

Najbardziej rozpowszechnione we Wszechświecie są dwa rodzaje czarnych dziur: małe o masie wynoszącej kilka mas Słońca i potężnych o masie milionów mas Słońca. Dopiero w 2000 roku odkryto czarną dziurę średnich rozmiarów. Teoria przewiduje, że czarne dziury o masie kilku mas Słońca mogą tworzyć się na końcowych etapach ewolucji gwiazd o masach większych od dziesięciu mas Słońca zwanych czerwonymi nadolbrzymami w wyniku zapadnięcia się gęstego jądra, a zewnętrzna część w wybuchu implozji wyrzucana jest na zewnątrz i widoczna jako gwiazda supernowa. Aby powstała czarna dziura masa zapadającego się jądra musi być większa od około 2,8 mas Słońca. Wtedy żadna znana siła nie jest w stanie stawić czoło zapadaniu grawitacyjnemu. Czarne dziury o masach milionów mas Słońca znajdują się w centrach niektórych galaktyk (czy wszystkich tego nie wiemy). Wiemy jedynie, że występują dość powszechnie i że jedna z takich dziur tkwi w centrum naszej galaktyki.

Saggitarius  A

W 2013 roku czarna dziura w centrum naszej galaktyki zaświeci 100 razy jaśniej niż nasze Słońce. Sagittarius A* to supermasywny obiekt znajdujący się w centrum Drogi Mlecznej. Wielu naukowców pozostaje zafascynowanych tym czymś tylko umownie nazywanym supermasywną czarną dziurą. Obiekt znany tez w skrócie jako Sgr A* znajdzie się wkrótce w centrum uwagi naukowców ponieważ do horyzontu zdarzeń zbliża się chmura gazu i w pierwszej połowie 2013 może dojść do spektakularnych obserwacji. Czarne dziury i takie monstra jak Sagittarius A* są stałymi punktowymi źródłami emisji rozmaitych fal. Można je oglądać w wielu widmach na przykład w promieniowaniu rentgenowskim. Służy do tego między innymi teleskop kosmiczny Chandra prowadzący obserwacje w zakresie X-Rays. Według obliczeń naukowców już w lecie 2013 chmura gazowa zostanie wchłonięta przez Sgr A* a to wyzwoli okresowy wzrost jasności widoczny od podczerwieni po cały zakres promieniowań elektromagnetycznych. Chmura będzie się formowała w cienki pasek (dysk akrecyjny), na co dodatkowo wpłyną ogromne temperatury i siły pływowe działające w pobliżu czarnej dziury. To, dlatego jasność obłoku w podczerwieni wzrośnie aż osiągnie poziom około 100 razy jaśniejszy od Słońca. Niedawno, bo 6 listopada 2012, astronomowie poinformowali, że teleskop Chandra odebrał najbardziej znaczący rozbłysk jasności Sgr A*. W szczytowym momencie teleskop odbierał 700 fotonów wysokiej energii, to wielkość 150 razy większy niż poprzednio rejestrowane tło Sagittariusa A*. Właśnie takie nagłe wzrosty wskazują na to, że ta czarna dziura wchodzi we wzrost aktywności swojego promieniowania. Według uczonych ten okres może potrwać nawet 20 do 40 lat.

g11

Masywne i supermasywne  czarne  dziury

Z obserwacji galaktyk przy użyciu teleskopu Hubble’a wynika, że większość galaktyk posiada w swoich centrach czarne dziury. Choć nie udowodniono istnienia żadnej z nich, zwiększająca się prędkość poruszania się gwiazd w pobliżu środka galaktyk wskazuje na istnienie ogromnej masy skupionej w niewielkich rozmiarach. Samotna czarna dziura o masie sześć razy większej od masy Słońca, przemieszczając się w przestrzeni kosmicznej, oddziałuje na jedną z pobliskich gwiazd, czego efektem jest pojaśnienie tej gwiazdy (widoczne kolejne etapy tego oddziaływania). Samotna czarna dziura jest najprawdopodobniej końcowym etapem ewolucji masywnej gwiazdy. Czarne dziury znajdujące się w centrach galaktyk noszą nazwę supermasywnych czarnych dziur. Najliczniej reprezentowane w katalogach są jednak obecnie masywne czarne dziury. W odległości wielu miliardów lat świetlnych od Ziemi astronomowie obserwują obiekty nazywane kwazarami. Istniały one niedługo po narodzinach Wszechświata i wytwarzały ogromne ilości energii. Obiekty te zawierają czarne dziury miliard razy cięższe od Słońca. Narodziły się one w jądrach młodych galaktyk i zaczęły „pożerać” ogromne ilości materii. Bliskimi kuzynami kwazarów są inne aktywne galaktyki, w tym radiogalaktyki, w których dżety wytwarzane przy udziale masywnych czarnych dziur ciągną się na setki tysięcy lat świetlnych po obu stronach galaktyki. Jasność tych obiektów wynika z ogromnej ilości energii wytwarzanej podczas opadania materii (akrecji) na czarna dziurę. Obecnie przyjmuje się, że Droga Mleczna w swoim środku też zawiera ogromną czarną dziurę. Zużyła już ona całe dostępne w pobliżu paliwo i dlatego jest mało aktywna. Liczba znanych aktywnych galaktyk w przeglądzie SDSS to kilkadziesiąt tysięcy, ogólna liczba znanych radioźródeł jest jeszcze większa, ale do większości z nich nie znamy odległości

Powstawanie  i  agonia  czarnych  dziur

Większość masy czarnych dziur znajduje się w supermasywnych obiektach w centrach galaktyk i kwazarów. Być może zaczątkiem tych masywnych czarnych dziur był od razu kolaps hipotetycznych gwiazd III populacji lub dużych obłoków gazowych. Badania statystyczne wskazują tylko, że główny wzrost masy masywnej czarnej dziury w centrum typowej galaktyki następował wtedy, gdy galaktyka przeżywała fazę wzmożonej aktywności, przede wszystkim fazę kwazara. Te czarne dziury osiągają wartości mas od kilku milionów do kilkudziesięciu miliardów mas Słońca. Masa czarnej dziury w centrum naszej galaktyki wynosi 2,6 milionów masy Słońca. Obiekt Q0906+6930 zawiera czarną dziurę o masie przekraczającej 10 miliardów mas Słońca. Mniejsze czarne dziury, tzw. czarne dziury o masie gwiazdowej, mogą powstawać w ewolucji masywnych gwiazd. Są o wiele liczniejsze i niektóre mogą mieć masę zaledwie kilku lub kilkunastu mas Słońca. Kiedy wewnątrz gwiazdy o masie przynajmniej 20 ~ 150 razy większej od masy Słońca zaczyna kończyć się wodór, rozpoczyna się jej agonia. Procesy zachodzące w jej jądrze ulegają gwałtownej zmianie, w wyniku zachwiania wcześniejszej równowagi gwiazda zapada się gwałtownie do swojego wnętrza w eksplozji, nazywanej supernową. Czarne dziury mogą powstawać także dzięki zapadnięciu się supermasywnych gwiazd bez towarzyszącego wybuchu supernowej. Jądra tego typu gwiazd w niektórych przypadkach (liczba ta szacowana jest na ok. 20% wszystkich potencjalnych supernowych) zapadają się tak szybko, że uniemożliwiają ucieczkę fotonów i gwiazda zmienia się bezpośrednio w czarną dziurę, „znikając” z widzialnego Wszechświata. Spekuluje się, że tego typu implozje mogą być wykryte dzięki emisji neutrin. Pomiędzy masywnymi czarnymi dziurami, a obiektami o masie gwiazdowej znajdują się jeszcze, hipotetyczne na razie, czarne dziury o masie pośredniej. Mogą być one odpowiedzialne za obiekty znane jako ULX, ale istnieje także teoria tłumacząca ULX-y jako tzw. „polskie pączki”, czyli czarne dziury o masie gwiazdowej otoczone bardzo gęstym obłokiem pyłowym. Rozważana jest również hipoteza istnienia pierwotnych czarnych dziur, które mogłyby powstać w początkowych fazach Wielkiego Wybuchu. Obecnie nie ma żadnych obserwacyjnych dowodów istnienia pierwotnych czarnych dziur.

g10

Zakrzywienie  czasoprzestrzeni

Zgodnie z ogólną teorią względnościgrawitacja jest opisywana jako zakrzywienie czasoprzestrzeni. W czasoprzestrzeni zakrzywionej ciała poruszają się po torach, które są liniami o ekstremalnej (najmniejszej lub największej) długości spośród wszystkich możliwych łuków łączących zadane punkty. Linie takie nazywamy geodezyjnymi. Obliczanie długości należy przeprowadzać w pełnej przestrzeni czterowymiarowej (czasoprzestrzeni), posługując się zależnym od grawitacji tensorem metrycznym, zaś przez długość linii należy rozumieć sumę interwałów czasoprzestrzennych wzdłuż toru cząstki. W skrajnych przypadkach oddziaływanie grawitacji może być tak duże, że wszystkie linie geodezyjne wokół danego ciała są liniami zamkniętymi. Żadna z nich nie wychodzi poza pewien ograniczony fragment objętości przestrzeni zwany horyzontem zdarzeń. Czarna dziura jest obiektem, który znajduje się wewnątrz własnego horyzontu zdarzeń. Z czarnej dziury nie można się wydostać, bo wszystkie drogi ucieczki prowadzą z powrotem do środka. Przypomina to sytuację marynarza, który próbuje znaleźć koniec świata. Dokądkolwiek by nie popłynął, zawsze będzie znajdował jakieś lądy lub morza. Po dość długiej wędrówce wróci do punktu wyjścia. W przypadku czarnej dziury uwięziona jest nie tylko materia, ale i światło, które zawsze porusza się po liniach geodezyjnych. Co więcej, ogromne zakrzywienie czasoprzestrzeni spowalnia upływ czasu. I tak na zewnętrznej powierzchni czarnej dziury zanika upływ czasu. Gdyby z dwóch braci bliźniaków jeden poleciał na wycieczkę w pobliże czarnej dziury, to okazałoby się po powrocie, że jest młodszy od drugiego. Posługiwanie się takimi pojęciami jak czas, długość, linie geodezyjne i inne ściśle zdefiniowane pojęcia matematyczne wymaga gruntownej wiedzy na ich temat. Własności przestrzeni wokół czarnej dziury są dalekie od intuicji, którą budujemy w normalnych warunkach. W szczególności bezwzględnie konieczne jest precyzyjne definiowanie układu odniesienia, o którym mówimy. I tak dla obserwatora spadającego na czarną dziurę nie ma żadnej różnicy w obserwacjach (spowolnienia czasu, zakrzywienia trajektorii w przestrzeni fizycznej) poza wzrastającymi siłami pływowymi (wynikającymi ze skończonych rozmiarów obserwatora) i ciężarem ciał na statku kosmicznym. W szczególności moment przejścia przez horyzont zdarzeń nie jest w żaden sposób wyróżniony, czy nawet zauważalny. Sam spadek do centrum grawitacyjnego czarnej dziury trwa ściśle określony, zależny od masy czarnej dziury czas w układzie spadającym, oraz, co za tym idzie, obserwator spadający ma szansę wysłać do obserwatora na zewnątrz, zanim przejdzie przez horyzont zdarzeń, tylko skończoną ilość sygnałów, energii, fotonów itp. Oczywiście nie jest możliwe przetrwanie jakichkolwiek urządzeń technicznych lub żywych obserwatorów w tak ekstremalnych warunkach, jednak w rzeczywistym układzie ich śmierć może (choć oczywiście nie musi, zależy to od wielkości czarnej dziury, dla ogromnych czarnych dziur możliwe jest zupełnie łagodne wejście pod horyzont zdarzeń) nastąpić dopiero po przekroczeniu horyzontu zdarzeń. Natomiast obserwator pozostający poza zasięgiem czarnej dziury, obserwując spadek swojego kolegi zaobserwuje, że czas w układzie spadającym spowalnia w stosunku do jego własnego czasu, zaś sam spadek odbywa się coraz wolniej i wolniej. Obserwator spoza czarnej dziury nigdy nie zarejestruje momentu spadku swego kolegi na czarną dziurę, a jedynie uzna, że obraz spadającego układu został zamrożony w chwili przejścia przez horyzont zdarzeń. Obrazy spadającego obserwatora będą coraz bledsze, będą zawierały coraz mniejszy strumień fotonów, oraz zostaną w końcu w granicy zamrożone na powierzchni horyzontu zdarzeń. Jest tak dlatego, że skończona w układzie spadającym ilość energii, jaką wypromieniował układ spadający zanim przeszedł przez horyzont zdarzeń, musi wystarczyć dla asymptotycznie nieskończonego czasu spadania, jaki zarejestrował obserwator w układzie poza czarna dziurą.

g5

Ostatnie odkrycia

W lipcu 2004 astronomowie odkryli gigantyczną czarną dziurę, Q0906+6930, w centrum odległej galaktyki w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy (Ursa Maior). W listopadzie 2004 astronomowie donieśli o odkryciu pierwszej czarnej dziury o średniej masie w centrum naszej Galaktyki trzy lata świetlne od radioźródła Sagittarius A*. Ta czarna dziura o masie 1300 mas Słońca znajduje się wewnątrz klastra siedmiu gwiazd, który był rozczłonkowany przez centrum naszej Galaktyki. Ta obserwacja popiera ideę, że supermasywne czarne dziury rosną, pochłaniając gwiazdy i mniejsze czarne dziury z pobliża. W lutym 2005 odkryto błękitnego olbrzyma SDSS J090745.0+24507, który ucieka z naszej Galaktyki z prędkością dwukrotnie przekraczającą prędkość ucieczki (0,0022 prędkości światła). Tor jego lotu można śledzić aż do centrum naszej Galaktyki. Ta wysoka prędkość ucieczki potwierdza hipotezę o obecności masywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki. Polski fizyk Paweł O. Mazur oraz Emil Mottola opublikowali w 2001 r. teorię grawastarów, alternatywną teorię do czarnych dziur. W marcu 2005 roku fizyk George Chapline z LLNL (Kalifornia, USA) spopularyzował teorię Mazura-Mottoli, sugerując, za autorami pierwotnej publikacji, iż czarne dziury nie istnieją, a obiekty za nie uważane są właściwiegwiazdami z ciemną energią (grawastarami). Ich wnioski wynikają z analizy konsekwencji mechaniki kwantowej dla czarnych dziur. W 2009 najprawdopodobniej odkryto układ podwójny supermasywnych czarnych dziur w centrum odległego od nas o ponad 3 miliardy lat świetlnych kwazara oznaczonego symbolem SDSS J153636.22+044127.0. Wszystko wskazuje na to, że obie czarne dziury krążą wokół wspólnego środka masy z okresem około 100 lat. Czarne dziury o masie kilku miliardów mas Słońca udało się zarejestrować w wielu odległych obiektach, nawet nasza Galaktyka ma w swoim wnętrzu czarną dziurę o masie niespełna czterech milionów mas Słońca. Wiadomo także, że galaktyki dość często się ze sobą zderzają. Zderzenie dwóch galaktyk, z których każda zawiera czarną dziurę w środku, może owocować powstaniem supergalaktyki z podwójnym układem czarnych dziur wewnątrz. W czasopiśmie „Nature” opublikowano artykuł Todda Borosona i Toda Lauera z National Optical Astronomy Observatory w Tuscon w USA, w którym autorzy przedstawiają dowody na to, że kwazar SDSS J153636.22+044127.0, zawiera w swoim jądrze dwie czarne dziury, o masach 20 milionów i 800 milionów mas Słońca, oddalone od siebie o 0,3 roku świetlnego i okrążające wspólny środek masy z okresem 100 lat. Pod koniec 2012 r. astronomowie odkryli gigantyczną supermasywną czarną dziurę! Na początku myśleli, że to pomyłka, ale ostatecznie wykluczono jakikolwiek błąd. „Zamieszkuje” ona wyjątkowo małą i ubogą galaktykę. Ciasno upakowana materia daje tak gigantyczne przyciąganie, że pochłania ona wszystko, co znajdzie się w pobliżu. Znajduje się ona w odległości 220 milionów lat świetlnych. Ma masę 17 miliardów razy większa od masy naszego słońca i stanowi aż 15 % masy własnej galaktyki. Według badaczy z University of California w Berkeley na pierwszy zdjęciach czarnej dziury, które zostaną wykonane przez Event Horizon Telescope za kilka lat widoczny będzie półksiężyc. Narzędzie, którym będzie Event Horizon Telescope, ma za zadanie prowadzić obserwację czarnych dziur we Wszechświecie. Pierwszą z nich będzie ta umiejscowiona pośrodku Drogi Mlecznej. Zdaniem fizyków obraz uzyskany przez narzędzie będzie kształtem przypominał półksiężyc. Na obrazie przedstawione będą jedynie krawędzie zwane horyzontem zdarzeń, ponieważ czarna dziura będzie wciąż niewidoczna. Jeśli cokolwiek przekroczy horyzont zdarzeń, całkowicie zniknie z pola widzenia obserwatora. Zanim do tego dojdzie, pochłaniana materia zdąży wyemitować promieniowanie właśnie w pobliżu horyzontu zdarzeń. Zadaniem teleskopu będzie uchwycenie go. Horizon Telescope obserwuje obecnie tzw. Sagittariusowi -A*, obszarowi w centrum Drogi Mlecznej, który emituje fale radiowe. Dane przez niego zebrane wskazują, że czarne dziury nie są okrągłe jak dotychczas zakładano. Potwierdzenie tej tezy zajmie kilka najbliższych lat, ponieważ tyle czasu potrzeba, aby Event Horizon Telescope zaczął działać pełną parą.

g1

II) KWAZARY

Dalekie aktywne galaktyki nazywamy kwazarami. Nie wiemy, w jaki sposób powstają. Są dwie hipotezy. Pierwsza zakłada, że najpierw powstały galaktyki, a później w wyniku wybuchu supernowej powstała duża czarna dziura, która się rozszerzała, pochłaniając otaczającą materię. Druga przyjmuje, że najpierw powstały czarne dziury w epoce rekombinacji. Wyobraźmy sobie zatem jedną z hipotetycznych czarnych dziur powstałych kilkanaście miliardów lat temu w (lub tuż po) epoce rekombinacji. Znajdująca się w jej otoczeniu materia opada na nią pod wpływem sił grawitacyjnych i (co najmniej częściowo) wpada do jej środka. Masa czarnej dziury rośnie, ale wzrost ten nie może przebiegać zbyt gwałtownie. Jak już wiemy, opadająca materia jest źródłem bardzo silnego promieniowania. Jego ciśnienie uniemożliwia zbyt szybki napływ gazu. Dzięki temu spora część materii może gromadzić się wokół czarnej dziury, tworząc zalążek galaktyki (tzw. protogalaktykę). Gdy czarna dziura pochłonie materię znajdującą się w jej pobliżu, przechodzi w stan uśpienia – tak jak ta w naszej Galaktyce. Jest już wówczas otoczona zgrubieniem centralnym, w którym znajdują się mniej masywne (i dłużej żyjące) gwiazdy powstałe w pierwotnym dysku gazowym. Dalsza ewolucja galaktyki jest przede wszystkim wynikiem ewolucji gwiazd – powstawania i starzenia się kolejnych ich pokoleń. Rekordzistami w intensywności promieniowania są kwazary, których czarne dziury mają masy rzędu miliardów mas Słońca. Do czarnej dziury w kwazarze wpada obfity strumień gazu, który nagrzewa się przy tym i świeci tak silnie, że widać go aż z krańców Wszechświata (gdy strumień wyczerpuje się, kwazar oczywiście gaśnie). Tak wielkie czarne dziury występują jednak rzadko: zaledwie w jednej galaktyce na milion. Małe czarne dziury (o masie kilku mas Słońca) wysyłające tzw. dżety, ze względu na podobieństwo do kwazarów nazywamy mikrokwazarami. W 2000 roku w aktywnym gwiazdotwórczo obszarze galaktyki M82 odkryto pierwszą czarną dziurę o masie kilkuset mas Słońca. Dotychczas znajdowano wyłącznie dziury o masach zaledwie paru mas Słońca lub paru milionów mas Słońca. Na razie nie wiadomo, niestety, skąd biorą się dziury średniomasywne. Być może tworzą się w następstwie wybuchów „supergwiazd”- hipotetycznych obiektów, które powstają poprzez zlanie się dużej liczby zwyczajnych gwiazd. Wszystkie znane uprzednio czarne dziury o dużych masach leżały dokładnie w centrach galaktyk, podczas gdy nowo odkryty obiekt znajduje się w odległości aż kilkuset lat świetlnych od centrum M82. Pochodzenie olbrzymich czarnych dziur znajdowanych w centrach galaktyk jest jednym z otwartych problemów astrofizyki. W świetle nowego odkrycia wysoce prawdopodobna wydaje się hipoteza, zgodnie z którą biorą one początek z podobnych do odkrytej w M82 dziur „średniomasywnych”. Niezależnie od miejsca, w którym powstał, obiekt taki powoli przemieszcza się do centrum galaktyki, gdzie następnie „przybiera na wadze”, wchłaniając opadającą nań materię. Ostatnio ogłoszono możliwość stworzenia mikroskopijnej czarnej dziury w laboratoriach ziemskich. Badania takich obiektów może pomogą zrozumieć zachowanie się olbrzymich ciał niebieskich.

g2

III) CIEMNA  MATERIA

Ciemna  materia – hipotetyczna materia nieemitująca i nieodbijająca promieniowania elektromagnetycznego, której istnienie zdradzają jedynie wywierane przez nią efekty grawitacyjne. Według danych obserwacyjnych zebranych na podstawie obserwacji dużych struktur kosmicznych interpretowanych w kategoriach równań Friedmana i metryki Friedmana-Lemaître’a-Robertsona-Walkera, ciemna materia to ok. 22–23% bilansu masy-energii Wszechświata, obok materii zwykłej (widzialnej) i dominującej ciemnej energii. Postulat istnienia ciemnej materii jest obecnie dominującym wytłumaczeniem obserwowanych anomalii w rotacji galaktyk oraz ruchu galaktyk w gromadach, ale nadal materia ta nie została odkryta eksperymentalnie, a jej natura pozostaje nieznana. Proponowane są także inne, obecnie mniej popularne teorie starające się wyjaśniać fakty obserwacyjne, takie jak zmodyfikowana dynamika newtonowska i inne teorie zmodyfikowanej grawitacji, między innymi grawitacja kwantowa.

Właściwości i hipotezy wyjaśniające

Mozaika zdjęć gromady galaktyk CL0024+17 zrobionych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, pokazująca soczewkowanie grawitacyjne pierścienia ciemnej materii. Zgodnie ze współczesnymi hipotezami, ciemna materia występuje w całym Wszechświecie, zarówno w przestrzeni międzygwiezdnej wewnątrz galaktyk (w Drodze Mlecznej tworzy dysk o grubości około 300 lat świetlnych, a halo może sięgać nawet 500–600 tysięcy lat świetlnych), jak i między galaktykami. Nie świeci ona i nie wywiera ciśnienia. Wpływa w istotny sposób na powstawanie galaktyk, anizotropię mikrofalowego promieniowania tła i ewolucję Wszechświata. Ciemna materia nie musi być zbudowana z jednego rodzaju cząstek. Przypuszcza się istnienie kilku typów ciemnej materii: Barionowa ciemna materia – czyli zbudowana z protonów i neutronów. Częścią ciemnej materii mogą być masywne nieświecące obiekty MACHO i brązowe karły. Niebarionowa ciemna materia (gorąca ciemna materia) – zbudowana z cząstek poruszających się z prędkościami relatywistycznymi. Takimi cząstkami mogą np. być neutrina, choć według obecnej wiedzy nie mogą one stanowić całej ciemnej materii. Jedynymi znanymi cząstkami niebarionowej ciemnej materii są neutrina /szczegółowe informacje o neutrinach we wpisie 22/. Zimna ciemna materia – zbudowana z nieoddziałujących elektromagnetycznie masywnych cząstek, poruszających się z mniejszymi prędkościami (WIMP). Nie odkryto dotychczas cząstek, które spełniałyby te wymagania. Postuluje się także, że ciemna materia może istnieć w formie atomowej, a nie cząstkowej. Oznaczałoby by, że składa się ona nie z cząstek ale raczej z atomów (zwanych dark atoms – „ciemnymi atomami”). „Ciemne atomy” miałby się składać z ciemno-materiowych odpowiedników protonów i elektronów. Ta hipoteza ma zdaniem jej odkrywców tłumaczyć różnego typu rozbieżności w wynikach dotychczas przeprowadzonych eksperymentów związanych z próbami detekcji ciemnej materii.

g13

Możliwości detekcji

Ciemna materia stanowi relikt termiczny Wielkiego Wybuchu, ponieważ w wyniku ekspansji Wszechświata w ciągu pierwszych 10 nanosekund odległości między jej cząstkami stały się już tak duże, że nie mogły anihilować ze sobą. W ten sposób ciemna materia została „zamrożona” z ustaloną gęstością. Hipotetyczne możliwości detekcji ciemnej materii opierają się na zaobserwowaniu: – produktów anihilacji jej cząstek, która zachodzi obecnie w kosmosie – efektów oddziaływania jej cząstek ze zwykłą materią w wyniku rozpraszania, gdy uzyskana w wyniku tego procesu energia byłaby rejestrowana przez naziemne detektory – produkcji cząstek ciemnej materii w zderzaczach (zasadniczo mierzalna byłaby jedynie detekcja produktu ubocznego, czyli cząstki zwykłej materii) W wyniku anihilacji cząstek ciemnej materii ze sobą (mogą one być tzw. cząstkami Majorany), mogłaby być wyprodukowana znaczna liczba fotonów gamma, jak również protony i antyprotony. Poszukiwaniem tego typu sygnału w kosmosie zajmuje się m.in. teleskop Fermiego, przeszukując okolice Centrum Galaktyki. Także teleskopy naziemne działające w zakresie TeV, takie jak HESS, zajmują się poszukiwaniem sygnałów obecności ciemnej materii w galaktykach karłowatych i gromadach galaktyk, aczkolwiek aby uzyskać wiarygodne ograniczenia, trzeba przeanalizować również inne źródła wysokoenergetycznego promieniowania, takie jak pulsary. Bezpośrednia detekcja cząstek ciemnej materii w wyniku rozpraszania wymaga bardzo czułych detektorów umieszczonych głęboko pod ziemią, ponieważ uzyskiwane energie fotonów emitowanych w wyniku odrzutu powinny być rzędu co najwyżej 100 keV. Jak na razie jedynie eksperyment DAMA/LIBRA szczyci się uzyskaniem pozytywnego wyniku, jednak budzi on jeszcze wiele kontrowersji, ponieważ analiza danych została oparta na okresowej modulacji sygnału w cyklu rocznego ruchu Ziemi. Inne eksperymenty, takie jak XENON, EDELWEISS czy ZEPLIN, podają wyniki oparte na dokładniejszej analizie tła i jak na razie nie potwierdziły obserwacji cząstek WIMP. Produkcję cząstek ciemnej materii próbuje się odkryć przy użyciu wielkich zderzaczy: LHC i Tevatronu. Metoda detekcji jest pośrednia i polega w tym wypadku na ustaleniu brakującej energii, którą uniosła ze sobą powstała w wyniku zderzenia cząstka ciemnej materii. Cząstka ta jest nierejestrowalna, a niepewność dotyczy także czasu jej stabilności (z eksperymentu wiadomo byłoby jedynie, że cząstka żyje co najmniej tak długo, aby opuścić detektor). Według fizyków z Brown University minimalna masa cząstek ciemnej materii musi wynosić przynajmniej 40 GeV, co podaje w wątpliwość wyniki eksperymentów DAMA/LIBRA, CoGeNT i CRESST, w ramach których odkryto cząstki podejrzewane o bycie ciemną materią, ale z mniejszą masą wynoszącą pomiędzy 7 a 12 GeV.

g6

Hipotezy alternatywne

Mechanika kwantowa i teoria względności nie przewidują istnienia ciemnej materii. Istnieje kilka hipotez alternatywnych, próbujących tłumaczyć w inny sposób zjawiska, z powodu których stworzono hipotezę ciemnej materii. Są to między innymi grawitacja kwantowa i opracowana przez izraelskiego fizyka Mordehaia Milgroma (Zmodyfikowana dynamika newtonowska). W jego dynamice prawo mówiące, że siła jest wprost proporcjonalna do masy i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości, ulega modyfikacji w przypadku, gdy oddziaływanie jest bardzo słabe. Według tej teorii siła grawitacji w większych odległościach byłaby większa, niż się obecnie przypuszcza, a to tłumaczyłoby stabilność dysków galaktyk spiralnych. Idea zmodyfikowanej teorii grawitacji dobrze tłumaczy krzywe rotacji galaktyk i nie wymaga wprowadzania ciemnej materii. Relatywistycznym uogólnieniem MOND jest grawitacja tensorowo wektorowo skalarna (TeVeS, Tensor-vector-scalar gravity). Inaczej zjawisko wzrostu siły przyciągania materii próbowała wyjaśniać teoria plazmowej kosmologii. Przyjmuje się w niej, iż ośrodek międzygwiezdny i międzygalaktyczny to rozrzedzona plazma, której przepływy generują oddziaływanie elektromagnetyczne, mające stanowić tę dodatkową siłę. Według naukowca CERN-u Dragana Hajdukovica efekty przypisywane istnieniu ciemnej materii mogą być wyjaśnione „grawitacyjną polaryzacją próżni kwantowej” (gravitational polarization of the quantum vacuum). Według współczesnych teorii fizyki kwantowej, próżnia nie jest nigdy całkowicie pusta, tworzone są w niej ciągle cząstki wirtualne materii i antymaterii, które pojawiają się i znikają w bardzo krótkim czasie. Hajdukovic opracował model matematyczny, według którego cząstki wirtualne materii i antymaterii mają nie tylko przeciwne ładunki elektryczne, ale także mają przeciwne oddziaływanie grawitacyjne. Teorie na podobny temat były już wcześniej proponowane przez innych naukowców. Według Hajdukovica materia ma pozytywny „ładunek grawitacyjny” (przyciągający), a ładunek grawitacyjny antymaterii jest ujemny (odpychający). Według tej teorii materia i antymateria odpychają się wzajemnie, ale ich odpychanie grawitacyjne jest znacznie słabsze od przyciągania elektrostatycznego i pomimo odpychania się, nadal kolidowałyby ze sobą tuż po ich powstaniu w fluktuacjach kwantowych. Według Hajdukovica w procesie tworzenia się i znikania cząstek wirtualnych mogą się tworzyć spolaryzowane dipole grawitacyjne, których istnienie tłumaczyłoby zachowanie materii w galaktykach bez odwoływania się do ciemnej materii. W 2011 polsko-chilijski zespół badawczy przy współpracy ze szwajcarskim astrofizykiem z Universität Zürich odkrył istnienie gwiazd o niskiej masie w gromadzie kulistej dzięki wykorzystaniu efektu mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Odkrycie wcześniej niewidzialnych gwiazd w gromadzie M22 może wyjaśniać problem brakującej masy w gromadach kulistych bez odwoływania się do hipotezy ciemniej materii. W 2012 belgijski astrofizyk Pierre Magain opracował model Wszechświata odrzucający założenia modelu Lambda-CDM. Według nowego modelu wiek Wszechświata wynosi pomiędzy 15,4 a 16,5 miliardów lat, a nie 13,75 miliardów jak się obecnie powszechnie przyjmuje[29]. Model zakłada wolniejsze rozszerzanie się Wszechświata w pierwszej fazie po Wielkim Wybuchu i opisuje go bez uciekania się do hipotetycznych założeń takich jak ciemna materia.

g15

Słońce otoczone czarną materią?

Naukowcy niewiele wiedzą o czarnej materii, jaka znajduje się w komosie. Stąd też zespoły astronomów z całego świata chcą dowiedzieć się więcej na nurtujący ich temat. Ostatnio badawcze udowodnili, że w pobliżu naszej dziennej gwiazdy znajduje się duża ilość ciemnej materii – jest jej znacznie więcej niż sądzono; posiada również dużą gęstość. Nowe techniki badań Przez dwadzieścia lat badań nad zjawiskiem czarnej materii w komosie naukowcy stosowali szereg obliczeń, które niestety wciąż posiadają wiele błędów. Wszystko dlatego, że nauka niewiele wie na temat tzw. „czarnych dziur”, jakie występują w komosie. O ciemnej materii wiadomo tylko tyle, że nie emituje żadnego promieniowanie, a o jej obecności może świadczyć fakt silnego oddziaływania grawitacyjnego z innymi obiektami. Najnowsze techniki badań, opierające się na szeregu założeń, wskazują, iż czarnej materii w pobliżu Słońca może być znacznie więcej niż kiedykolwiek sądzono. Astronomowie: duże prawdopodobieństwo istnienia ciemnego dysku w Drodze Mlecznej Naukowcy nie ukrywają, że ich wyliczenia mogą wydawać się wręcz nieprawdopodobne, lecz są najdokładniejsze spośród wszystkich wyników, jakie uzyskiwano od dwudziestu lat. Jeżeli superkomputery potwierdzą przypuszczenia astronomów, wówczas będziemy mieć pierwszy niepodważalny dowód na istnienie tzw. „ciemnego dysku” w Drodze Mlecznej. Może zachodzić też sytuacja taka, że halo ciemnej materii w naszej Galaktyce jest spłaszczone, co zwiększa lokalną gęstość ciemnej materii – tłumaczą badacze. Wyniki symulacji są zgodne z ogólnymi założeniami co do występowania ciemnej materii. Stoją jednak w sprzeczności z podanymi w kwietniu br. wnioskami z obserwacji wykonanych przez zespół naukowców z uniwersytetów chilijskich i z Europejskiego Obserwatorium Południowego, których analiza ruchów gwiazd w Drodze Mlecznej sugerowała tajemniczy brak ciemnej materii w okolicach Słońca.

IV) ANTYMATERIA

Antymateria to układ  antycząstek, czyli cząstek  elementarnych  podobnych  do  tych występujących  w  zwykłej  materii, ale  o  przeciwnym  ładunku  elektrycznym. Możliwe  jest  wytwarzanie  śladowych  ilości  antymaterii  poprzez  zderzenie  cząstek  rozpędzonych  w  akceleratorach. Hipotezy  zakładają  ewentualną  obecność  skupisk  antymaterii  we  Wszechświecie, jednak  dotychczasowe  poszukiwania  kosmicznej  antymaterii  nie  przyniosło  rezultatów. Przy  zderzeniu  materii  z  antymaterią  obydwie  ulegają  anihilacji, tzn. rozbiciu  na  fotony, co  równoznaczne  jest  z  uwalnianiem  się  niewyobrażalnych  energii  przy  mikroskopijnych  ilościach  materii  i  antymaterii.  

Reklamy

2 thoughts on “29) Czarne dziury, SAGITTARIUS A w 2013 r./ Kwazary/ Ciemna materia/ Antymateria/ Zakrzywienie czasoprzestrzeni

  1. A może to wszystko działo się inaczej. Na przykład; w środowisku niematerialnym, które nie ma początku ani końca, nastąpił lokalny wybuch. Pewna ilość tego środowiska, biorącego udział w wybuchu, nie przereagowana stanowią odłamki zwane czarnymi dziurami. Pozostała część przereagowana stałą się materią widzialną, a wraz z nią powstała czasoprzestrzeń.

    • Użyłaś zwrotu „ w środowisku niematerialnym, które nie ma początku ani końca”. Nassim Haramein mówi o nieskończonym wszechświecie wypełnionym w 99, 99999 procentach przestrzenią (próżnią), z której powstaje wszystko, co materialne, i o nieskończonym potencjale owej próżni. Również moje wyobrażenia odnośnie pierwotnego budulca świata dla nas widzialnego idą w kierunku podobnym do Twojego i N. Harameina. Dlatego na początku wpisu napisałam, że informacje w nim zawarte są oficjalną wiedzą naukową. Jeśli chodzi o czarne dziury, to według moich wyobrażeń ta „nieprzereagowana ilość środowiska biorącego udział w wybuchu i stanowiąca odłamki w postaci czarnych dziur” jest rodzajem określonej materii pierwotnej, z jakiej zbudowane są wszystkie wymiary (wszechświaty) (nie tylko nasz), z których każdy posiada sobie tylko właściwą strukturę. Każdy wymiar (wszechświat) jest z tą pierwotną substancją połączony poprzez czarne dziury stanowiące rodzaj portali.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s