Bruger:Pyrros/Supermassivt sort hul

En kunstners fortolkning af en SMBH som forbruger masse fra de nærliggende stjerner.

This artist’s impression shows the surroundings of a supermassive black hole, typical of that found at the heart of many galaxies. The black hole itself is surrounded by a brilliant accretion disc of very hot, infalling material and, further out, a dusty torus. There are also often high-speed jets of material ejected at the black hole’s poles that can extend huge distances into space. Observations with ALMA have detected a very strong magnetic field close to the black hole at the base of the jets and this is probably involved in jet production and collimation.

Et supermassive black hole (Supermassivt sort hul på dansk, forkortet SMBH) er den største type af et sort hul, som opnår størrelser på hundred af tusinder af milliarder solmasser , og kan findes i stortset ethvert center af alle større galakse.Og når man taler omMælkevejen siges SMBH'en at være det samme sted som Sagittarius A*.

Supermassive sorte huller har egenskaber, der adskiller dem fra lavere masse klassifikationer. For det første kan den gennemsnitlige tæthed af en supermassivt sort hul (defineret som massen af det sorte hul divideret med volumenet inden for dens Schwarzschild radius) være mindre end densiteten af vand i tilfælde af nogle supertunge sorte huller. Dette skyldes Schwartzschild radius er direkte proportional med massen, mens densiteten er omvendt proportional med volumenet. Da omfanget af en sfærisk genstand (f.eks begivenhedshorisonten af en ikke-roterende sort hul) er direkte proportional med tredje potens af radius, densiteten af et sort hul er omvendt proportional med kvadratet på massen, og dermed højere masse sorte huller har lavere gennemsnitlig densitet. Desuden tidevandskræfterne i nærheden af begivenheden horisonten er betydeligt svagere for massive sorte huller. Som med tæthed, tidevandsenergi kraft på et legeme ved begivenheden horisonten er omvendt proportional med kvadratet på massen: en person på jordens overflade og en ved begivenheden horisonten af et 10 millioner M☉ sort hul erfaring om det samme tidevandsenergi kraft mellem deres hoved og fødder. I modsætning til med stjernernes masse sorte huller, ville man ikke opleve betydelige tidevandsenergi kraft indtil meget dybt ind i sort hul.

Forskning

Donald Lynden-Bell og Martin Rees lavede i 1971 en hypotese som omfatter at centeret af Mælkevejen bør have et supermassivt sort hul. Sagittarius A* blev fundet og navngivet den 13. februar og 15. februar i 1974 af astronomerne Bruce Balick og Robert Brown og brugte som udgangspunkt interferometer fra National Radio Astronomy Observatory. De opdagede en radiokilde som udledte synkrotronstråling; det mentes at være tæt og ubevægeligt på grund af dets tyngdekraft. Det var derfor den første indikation for at et supermassivt sort hul findes i centeret af Mælkevejen.

Dannelse

En kunstners forestilling om et supermassivt sort hul og en tilvækst-disk

Oprindelsen af supermassive sorte huller forbliver et mysterie. Astrofysikere er enige om, at når et sort hul er på plads i midten af en galakse, kan det vokse ved akkresion af stof og ved at fusionere med andre sorte huller. Der er dog flere hypoteser for dannelsesmekanismer og indledende masser af de stamfædre, eller "frø", af supermassive sorte huller. Den mest oplagte hypotese er, at frøene er sorte huller af snesevis eller måske hundredevis af solmasser, der er efterladt af de eksplosioner af store stjerner og vokset ved akkresion af stof. En anden model indebærer en stor gassky i perioden før de første stjerner dannede en kollapse i en "kvasi-stjerne" og derefter et sort hul på, i første omgang, kun omkring 20 M☉, og derefter hurtigt akkreret til at relativt hurtigt blive en mellemliggende-masse sort hul, og eventuelt en SMBH hvis akkretions-raten ikke kvalt ved højere masser. Den første "kvasi-star" ville blive ustabil overfor radialle forstyrrelser på grund af elektron-positron par produktion i sin kerne, og kan kollapse direkte ind i et sort hul uden en supernova-eksplosion, hvilket ville udstøde det meste af sin masse og forhindre det i at forlade et sort hul som en rest. Endnu en model i

indebærer et tæt stjernes klynge undergår et kerne-kollaps mens den negative varmekapacitet af systemet driver hastighedens dispersion i kernen til relativistiske hastigheder. Endelig, primordiale sorte huller kan muligvis have været produceret direkte fra det ydre pres i de første øjeblikke efter Big Bang. Dannelse af sorte huller fra de første stjerners død er blevet grundigt undersøgt og bekræftet af observationer. 

De andre modeller for sorte hullers dannelse oven over er dog kun teoretiske.

En kunstners præg på et kæmpe udstrømning skubbet ud fra en quasar SDSS J1106+1939

The difficulty in forming a supermassive black hole resides in the need for enough matter to be in a small enough volume. This matter needs to have very little angular momentum in order for this to happen. Normally, the process of accretion involves transporting a large initial endowment of angular momentum outwards, and this appears to be the limiting factor in black hole growth. This is a major component of the theory of accretion disks. Gas accretion is the most efficient and also the most conspicuous way in which black holes grow. The majority of the mass growth of supermassive black holes is thought to occur through episodes of rapid gas accretion, which are observable as active galactic nuclei or quasars. Observations reveal that quasars were much more frequent when the Universe was younger, indicating that supermassive black holes formed and grew early. A major constraining factor for theories of supermassive black hole formation is the observation of distant luminous quasars, which indicate that supermassive black holes of billions of solar masses had already formed when the Universe was less than one billion years old. This suggests that supermassive black holes arose very early in the Universe, inside the first massive galaxies.

Kunstners illustration af galakse med jets fra et supermassivt sort hul.

I øjeblikket synes der at være et hul i den observerede massedistribution af sorte huller. Der er stjernernes-mass sorte huller, der genereres fra kollapser stjerner, der spænder op til måske 33 M☉. Den minimale supertunge sorte hul er i størrelsesordenen et hundrede tusinde gange Solens masse. Mellem disse regimer synes der at være en mangel på mellemliggende-masse sorte huller. Sådan et hul vil foreslå kvalitativt forskellige dannelsesprocesserne. Dog tyder nogle modeller at ultraluminøse røntgenkilder (ULXer) muligvis kan være sorte hyller fra deres manglende gruppe.

Doppler målinger

Some of the best evidence for the presence of black holes is provided by the Doppler effect whereby light from nearby orbiting matter is redshifted when receding and blue shifted when advancing. For matter very close to a black hole the orbital speed must be comparable with the speed of light, so receding matter will appear very faint compared with advancing matter, which means that systems with intrinsically symmetric discs and rings will acquire a highly asymmetric visual appearance. This effect has been allowed for in modern computer generated images such as the example presented here, based on a plausible model for the supermassive black hole in Sgr A* at the centre of our own galaxy. However the resolution provided by presently available telescope technology is still insufficient to confirm such predictions directly.

What already has been observed directly in many systems are the lower non-relativistic velocities of matter orbiting further out from what are presumed to be black holes. Direct Doppler measures of water masers surrounding the nuclei of nearby galaxies have revealed a very fast Keplerian motion, only possible with a high concentration of matter in the center. Currently, the only known objects that can pack enough matter in such a small space are black holes, or things that will evolve into black holes within astrophysically short timescales. For active galaxies farther away, the width of broad spectral lines can be used to probe the gas orbiting near the event horizon. The technique of reverberation mapping uses variability of these lines to measure the mass and perhaps the spin of the black hole that powers active galaxies.

Set fra siden af sort hul med transparent ringkerne ring af ioniseret stof ifølge en foreslået model for Sgr A*. Dette billede viser resultatet af bøjning af lys bagfra det sorte hul, og det viser også asymmetri opstår ved Doppler-effekten fra den ekstremt høje orbital hastighed af sagen i ringen.

Gravitation from supermassive black holes in the center of many galaxies is thought to power active objects such as Seyfert galaxies and quasars.

An empirical correlation between the size of supermassive black holes and the stellar velocity dispersion $\sigma$ of a galaxy bulge is called the M-sigma relation.

In the Milky Way

Udledte baner af 6 stjerner omkring supermassive sorte huller kandidat Sagittarius A* ved Mælkevejen galaktiske center

Uden for Milky Way

Et supermassivt sort hul igang med at ødelægge en stjerne. Underst: supermassivt sort hul fortærer en stjerne fra galaksen RX J1242-11 – X-ray (venstre) og optiske (højre).

Hubble Space Telescopes fotograf af den 4.400 lysår langt relativistisk jet af Messier 87, som bliver skubbet ud af det 6.4×10⁹ M_☉ supermassive sorte hul ved centeret af galaksen.

En gassky med flere gange massen af Jorden mest fart mod et supermassivt sort hul i centeret af Mælkevejen.

References

[[Kategori:Galakser]]