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Ich hüpfte auf YouTube herum und beobachtete dieses unterhaltsam produzierte Video. Darin sagt der Erzähler, wenn er das Verhalten eines Schwarzen Lochs mit der Masse eines US-Nickels beschreibt: "Seine Masse von 5 Gramm werden in 450 Terajoule Energie umgewandelt, was zu einer Explosion führt, die ungefähr dreimal so groß ist wie die Bomben auf Hiroshima und Nagasaki zusammen abgeworfen."
Von all den lustigen Dingen, die dort illustriert wurden, war das diejenige, deren Vorwand ich nicht verstand. Explodieren Schwarze Löcher, nachdem sie ihre gesamte Masse abgestrahlt haben? Oder würde die "Explosion" nur von dem schnellen Tempo herrühren, mit dem das Schwarze Loch nahegelegene Materie verbrauchen würde?
Das Googeln, das ich bisher durchgeführt habe, hat keine eindeutige Antwort geliefert. Am nächsten komme ich von der Wikipedia-Seite über Hawking Radiation, auf der es heißt: "Für ein Schwarzes Loch von einer Sonnenmasse erhalten wir eine Verdunstungszeit von 2.098 × 10^67 Jahren – viel länger als das aktuelle Alter des Universums bei 13,799 ± 0,021 x 10^9 Jahren. Aber für ein Schwarzes Loch von 10^11 kg beträgt die Verdampfungszeit 2,667 Milliarden Jahre. Aus diesem Grund suchen einige Astronomen nach Anzeichen für explodierende urzeitliche Schwarze Löcher."
Einige andere Websites beziehen sich auf die letzte "Explosion" des supermassiven Schwarzen Lochs der Milchstraße vor etwa 2 Millionen Jahren, aber ist das dieselbe Mechanik, die auf der Wikipedia-Seite erwähnt wird? Oder das YouTube-Video?
Danke im Voraus. =)
In diesem Video geht es um Hawking Radiation, wie Sie verlinkt haben. Hawking-Strahlung ist eine vorgeschlagene hypothetische (auf keinen Fall verifizierte oder bewiesene) Möglichkeit für ein Schwarzes Loch, seine Energie in den Weltraum abzustrahlen. Die Grundidee ist, dass ein Schwarzes Loch nichts anderes ist als auf einen infinitesimalen Punkt komprimierte Masse/Energie, die ihre Energie im Laufe der Zeit in den Weltraum abstrahlt. Bei großen Schwarzen Löchern (wie Sonnenmasse oder größer) ist dieser Strahlungsprozess winzig und die Zeit, die benötigt wird, um die gesamte Energie des Schwarzen Lochs in den Weltraum zu entweichen (und damit das Schwarze Loch zu "verdampfen") ist außerordentlich lang. Bei winzigen Schwarzen Löchern ist die Zeit, um die gesamte Energie des Schwarzen Lochs abzustrahlen, jedoch äußerst kurz.
Sie können berechnen, wie lange es dauert, bis ein Schwarzes Loch der Masse $m$ verdampft (und seine gesamte Masse/Energie freisetzt) mit der Gleichung
$$t_{ ext{ev}} = frac{5120pi G^2 m^3}{hbar c^4} = (8,41 imes 10^{-17}:mathrm{s} :mathrm{kg}^{-3}):m^3$$
Für $m = 5:mathrm{g}=0,005:mathrm{kg}$ erhält man $t_{ ext{ev}} simeq 4 imes10^{-19}:mathrm{s }$. Das bedeutet nun, dass das Schwarze Loch in dieser winzigen Zeit seine gesamte Masse/Energie abstrahlt und vollständig verdampft. Aber die Leistung aller Energie in 5 g Masse ist eine riesige Leistung. 450 Terajoule Energie in $10^{-19}:mathrm{s}$ auszugeben ist im Grunde nur eine Explosion. Sie können die Gesamtenergieabgabe aus der berühmten Gleichung bestimmen
$$E=mc^2$$
Setzen Sie einfach $m = 0.005:mathrm{kg}$ und $c = 3 imes 10^8:mathrm{m/s}$ ein und Sie erhalten $E=4.5 imes 10^{14 }:mathrm{J} = 450:mathrm{Terajoule}$.
Kurz gesagt, hypothetische Berechnungen (zu diesem Zeitpunkt noch nicht einmal Theorie) legen nahe, dass ein winziges Schwarzes Loch mit der Masse eines Nickels sofort mit einer riesigen Energiemenge explodieren würde. Ob sich ein solches Schwarzes Loch bilden kann, oder ob eine solche Verdampfung stattfinden würde/könnte, ist derzeit noch stark umstritten und letztlich unbekannt.
Kein Schwarzes Loch kann explodieren, egal wie groß es ist. Es kann Energie außerhalb seines Ereignishorizonts ausstrahlen, aber eine richtige "Explosion" von Energie aus dem Schwarzen Loch selbst müsste die Lichtgeschwindigkeit überschreiten, was derzeit nicht möglich ist.
Auch wenn ein Objekt die Masse eines Nickels hat, ist es kein Schwarzes Loch. Genauer gesagt ist sein Ereignishorizont klein genug, um in seine eigene Oberfläche zu passen, was für alle massereichen Objekte gilt, die keine schwarzen Löcher sind. Tatsächlich ist der Ereignishorizont von etwas mit der Masse eines Nickels buchstäblich unermesslich klein (obwohl NICHT nicht vorhanden). Nickel (und andere Objekte ähnlicher Masse) haben nicht genug Schwerkraft, um ein Schwarzes Loch zu bilden. Ich vermute, Sie verwechseln "Masse" mit "Größe" ... ?
Wenn es jedoch einen Prozess gäbe, der die Masse eines Nickels in die Energie umwandeln könnte, die es verkörpert (pro E=mc^2), dann wäre dies eine enorme Energiemenge. Der einzige bekannte Prozess, der bekannt ist, besteht darin, dass ein Objekt mit der halben Masse eines Nickels mit einem Antimaterie-Objekt mit der halben Masse eines Nickels wechselwirkt (berührt). Die kombinierte Masse der beiden Objekte würde die Masse des Nickels ergeben und die entsprechende Menge an reiner Energie freisetzen, ohne dass Masse übrig bleibt.
Explosion aus dem frühen Universum beleuchtet geheimes Schwarzes Loch
Das Licht einer Explosion im frühen Universum hat ein Schwarzes Loch beleuchtet, von dem Astronomen glauben, dass es ihr Verständnis darüber erweitern könnte, wie die Himmelsobjekte entstehen.
Vor drei Milliarden Jahren explodierte ein Gammablitz (bekannt als GRB 950830) ins Universum. 1995 beobachteten Astronomen das Ereignis und schauten im Wesentlichen mit dem BATSE (Burst And Transient Source Experiment) Hochenergie-Astrophysik-Experiment am Compton Gamma-Ray-Observatorium, das 1991 mit der Raumfähre Atlantis gestartet wurde, "in die Zeit zurück". Jetzt nutzten Astronomen das Licht der alten Explosion, um ein schwarzes Loch mittlerer Masse (IMBH) zu entdecken, das schwer zu fassen und schwer zu entdecken ist.
Das Licht des Gammastrahlenausbruchs ermöglichte es dem Team, ein Phänomen namens Gravitationslinseneffekt zu nutzen, um eine IMBH zu finden. Dieser Befund unterstützt die Existenz von IMBHs, da sie so schwer zu erkennen sind, dass einige Wissenschaftler bezweifeln, ob sie überhaupt echt sind oder nicht. Diese Arbeit beleuchtet auch, wie sich verschiedene Arten von Schwarzen Löchern bilden könnten und wie supermassive Schwarze Löcher (SMBH) so massiv werden könnten.
Schwarze Löcher mittlerer Masse sind genau das, wonach sie klingen: himmlische Mittelgewichte. Die Objekte sind ziemlich massereich: größer als stellare Schwarze Löcher (SBH), aber nicht so massereich wie SMBH, vielleicht haben sie zwischen 100 und 100.000 Mal die Masse unserer Sonne.
Diese mittelgroßen Schwarzen Löcher sind jedoch besonders schwer zu entdecken, "weil sie kleiner und weniger aktiv als supermassive Schwarze Löcher sind, haben sie weder leicht verfügbare Brennstoffquellen noch eine so starke Anziehungskraft, um Sterne und anderes kosmisches Material anzuziehen, das verräterische Signale erzeugen würde". Röntgenstrahlen glüht", so die NASA.
"Wenn ein Schwarzes Loch keine Materie ansammelt, ist es ziemlich schwierig zu entdecken, da es dem Namen nach und von Natur aus schwarz ist", sagte James Paynter, ein Astrophysiker an der University of Melbourne in Australien, der diese Forschung leitete, gegenüber Space.com. "Nur die Auswirkungen ihrer Schwerkraft können die Existenz eines ruhenden Schwarzen Lochs verraten."
Aber während IMBHs möglicherweise nicht so leicht durch leuchtende Röntgenemissionen wie ein supermassereiches Schwarzes Loch entdeckt werden können, konnten die Wissenschaftler in dieser neuen Studie Gravitationslinsen verwenden, um den Trick zu erreichen. Gravitationslinsenbildung ist ein Phänomen, das auftritt, wenn ein Objekt (wie ein Schwarzes Loch) wie eine Linse wirkt und das Licht einer weit entfernten Lichtquelle verzerrt (wie eine kosmische Explosion). Diese Verzerrung signalisiert Astronomen, dass ein massives Objekt im Weg sein muss.
Um noch einen Schritt weiter zu gehen und festzustellen, welche Art von Objekt diese Linsenbildung verursacht, musste das Team seine Masse bestimmen. Da die Masse des Objekts in den Bereich eines IMBH fällt, entschieden sie, dass dies die wahrscheinlichste Möglichkeit war. Sie waren auch in der Lage, Konkurrenten wie Kugelsternhaufen auszusondern, weil sie nicht dicht genug sind, und Halos aus dunkler Materie, weil sie nicht kompakt genug sind, um Gravitationslinsen zu verursachen.
Die Entdeckung der IMBH mit dieser Technik „sagt uns etwas darüber, wie häufig sie [IMBH] sind“, sagte Rachel Webster, Astronomin an der University of Melbourne und Co-Autorin dieser Studie, gegenüber Space.com. „Wenn sie sehr, sehr selten wären, würden wir höchstwahrscheinlich nicht auch nur einen Fall von Gravitationslinsen sehen. Es geht nur um Statistik und Wahrscheinlichkeit.“
Diese IMBH-Erkennung könnte auch Informationen über ihre größeren Cousins SMBH preisgeben. „Es ist wichtig, diese Objekte zu entdecken, um die Beobachtungslücke zwischen stellaren Schwarzen Löchern (SBH) und SMBH zu schließen“, sagte Paynter. "Derzeit wissen wir nicht, wie SMBH im Zeitalter des Universums zu so großen Massen heranwachsen können. Es gibt einfach nicht genug Material, um sich anzusammeln, und auch nicht genug Zeit."
Der Schlüssel zum SMBH-Rätsel könnte in IMBHs liegen, hoffen Wissenschaftler. „Wenn eine Samenpopulation von IMBHs existiert, beginnt sie, diese Lücke zu füllen. Woher die IMBHs kamen, ist eine andere Sache … sie können durch die Verschmelzung/den Kollaps massereicher, wasserstoffreiner Sterne im frühen Universum gebildet werden, oder sie können ältere, ursprüngliche Schwarze Löcher sein, die während der allerersten Phasen des Universums gebildet wurden", fügte Paynter hinzu.
Diese Arbeit ist zwar ein Fortschritt, nicht nur beim Nachweis der Existenz von IMBH, sondern auch bei der Erforschung, wie sich verschiedene Arten von Schwarzen Löchern im Kosmos entwickeln und existieren, aber es gibt noch viel zu erforschen und über diese IMBH zu lernen.
„Wir wissen jetzt nicht, ob dieses IMBH allein durch den Kosmos wandert oder ob es an eine Galaxie oder einen Sternhaufen gebunden ist. Wir können also zwar die Verbreitung dieser Objekte im Universum abschätzen, aber nicht genau bestimmen sie an einen Ort oder einen bestimmten 'Lebensraum'", sagte Paynter.
Diese Arbeit wurde in einer heute (29. März) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Studie beschrieben.
Astronomen entdecken die größte Explosion im Universum seit dem Urknall – und sie kam aus einem supermassiven Schwarzen Loch
Astronomen haben ein rekordverdächtiges Ereignis identifiziert, das ihrer Meinung nach die größte bekannte Explosion im Universum seit dem Urknall selbst ist.
Die Titanenexplosion entstand aus einem supermassiven Schwarzen Loch im Herzen einer Galaxie im Zentrum des Ophiuchus-Galaxienhaufens, das sich etwa 390 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt befindet Das Astrophysikalische Journal.
Diese Haufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum und enthalten Tausende von einzelnen Galaxien.
Die Explosion war so stark, dass sie fünfmal mehr Energie freisetzte als der vorherige Rekordhalter und ein riesiges Loch in das Plasma und das überhitzte Gas stanzte, das das Schwarze Loch umgab. Dieser Hohlraum misst etwa 1,5 Millionen Lichtjahre im Durchmesser.
"Wir haben bereits Ausbrüche in den Zentren von Galaxien gesehen, aber dieser ist wirklich, wirklich massiv", sagte Melanie Johnston-Hollitt, eine Autorin der Studie vom Knotenpunkt Curtin University des International Center for Radio Astronomy Research in Australien, in eine Erklärung. "Und wir wissen nicht, warum es so groß ist. Aber es geschah sehr langsam - wie eine Explosion in Zeitlupe, die über Hunderte von Millionen von Jahren stattfand."
"Die Energie dieses Ausbruchs ist etwa eine Milliarde Mal die Energie einer Supernova-Explosion und der stärkere Typ", sagte Maxim Markevitch, ein Mitautor der Studie vom Goddard Space Flight Center der NASA Nachrichtenwoche. "Näher an der Heimat würde es ausreichen, den Planeten Erde 20 Milliarden Billionen Mal zu pulverisieren."
Die Hauptautorin der Studie, Simona Giacintucci vom Naval Research Laboratory in Washington, verglich die Explosion damit, wie der Mount St. Helens während des berüchtigten Ausbruchs von 1980 seine eigene Spitze sprengte.
"Der Unterschied besteht darin, dass man 15 Milchstraßen-Galaxien hintereinander in den Krater einpassen könnte, den diese Eruption in das heiße Gas des Haufens geschlagen hat", sagte sie in einer Erklärung.
Das Astronomenteam machte die Entdeckung, indem es Beobachtungen von vier verschiedenen Teleskopen analysierte. Zwei davon, das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und die XMM-Newton&mdashare-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation, die die Erde umkreisen. Die anderen beiden – das Murchison Widefield Array und das Giant Meterewave Radio Telescope – teilen sich bodenbasiert in Australien bzw. Indien.
Die Mischung aus Röntgen- und Radiodaten, die von diesen Observatorien gesammelt wurden, half den Wissenschaftlern zu dem Schluss, dass eine gewaltige Explosion stattgefunden hatte. Das riesige Loch im Plasma um das Schwarze Loch war zuvor von Wissenschaftlern entdeckt worden. Viele hatten jedoch die Idee abgelehnt, dass es zu einer Explosion gekommen sein könnte, weil sie so groß war.
"Die Radiodaten passen in die Röntgenstrahlen wie eine Hand in einem Handschuh", sagte Maxim Markevitch, Mitautor der Studie vom Goddard Space Flight Center der NASA, in der Erklärung. "Dies ist der entscheidende Punkt, der uns sagt, dass hier eine Eruption von beispielloser Größe stattgefunden hat."
Schwarze Löcher erzeugen manchmal unglaublich energiegeladene Explosionen, wenn nach innen gesaugtes Material in Jets oder Strahlen umgelenkt wird, die nach außen gesprengt werden.
Laut Markevitch stellt die neueste Entdeckung unser Verständnis der Funktionsweise von Galaxienhaufen ernsthaft in Frage.
"Früher dachten wir, dass Haufen so groß und massiv sind, dass sie nur von der Schwerkraft bestimmt werden und dass die Beiträge aller anderen physikalischen Prozesse, die bei Galaxien-Supernova-Explosionen sehr wichtig sind, Jets von massereichen Schwarzen Löchern usw in ihren sehr zentralen Regionen enthalten", sagte er he Nachrichtenwoche. "Das macht Galaxienhaufen zu sehr einfachen Objekten, die Physiker so sehr mögen."
"Wenn Cluster einfach sind, können sie als Standardlineale oder Standardgewichte für einige sehr interessante Fernerkundungsexperimente verwendet werden, beispielsweise zur Bewertung der Menge an dunkler Energie und dunkler Materie im Universum", sagte er. „Das riesige Fossil einer Explosion, das wir gefunden haben, ist viel größer als alles, was wir erwartet haben. Wenn dies nur ein seltsames einmaliges Ereignis ist, können wir mit diesen Experimenten einverstanden sein, aber wenn solche Dinosaurier in anderen Clustern auftauchen.“ dann müssen wir viele Dinge und Maße überdenken."
Dieser Artikel wurde aktualisiert und enthält zusätzliche Kommentare von Maxim Markevitch.
“Unfathomable” –Black Hole Explosion schnitzte einen kosmischen Krater gleich 15 Milchstraßengalaxien 15
Astronomen haben die größte im Universum beobachtete Explosion entdeckt, ein gigantisches Ereignis, das von einem supermassiven Schwarzen Loch in einem 390 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen ausging und einen Krater in das heiße Gas sprengte, der 15 Milchstraßen aufnehmen könnte. Das Ereignis im Galaxienhaufen Ophiuchus war fünfmal größer als beim bisherigen Rekordhalter.
“In gewisser Weise ähnelt diese Explosion der Eruption des Berges. St. Helens wurde 1980 vom Gipfel des Berges abgerissen,”, sagte Simona Giacintucci vom Naval Research Laboratory in Washington, DC und Hauptautorin der Studie. “Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass man fünfzehn Milchstraßen-Galaxien hintereinander in den Krater einpassen könnte, den diese Eruption in das heiße Gas des Haufens rammte.”
Astronomen verwendeten das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA, das XMM-Newton, das Murchison Widefield Array und das Giant Metrewave Telescope, um die Entdeckung von Bildern des Ophiuchus-Galaxienhaufens zu machen, die eine ungewöhnliche gekrümmte Kante zeigten. Eine Eruption schlossen die Wissenschaftler zunächst aus, angesichts der unglaubwürdigen Energiemenge, die benötigt worden wäre, um einen so riesigen Hohlraum in der Gaswolke zu schnitzen, sagt Erstautor Giacintucci. Aber die beiden Weltraumobservatorien bestätigten zusammen mit Radiodaten von Teleskopen in Australien und Indien, dass die Krümmung tatsächlich Teil eines Hohlraums war.
Chandra-Beobachtungen aus dem Jahr 2016 ergaben erstmals Hinweise auf die riesige Explosion im Ophiuchus-Galaxienhaufen. Der Astrophysiker Norbert Werner und seine Kollegen berichteten von der Entdeckung einer ungewöhnlich gekrümmten Kante im Chandra-Bild des Haufens. Sie überlegten, ob dies einen Teil der Wand eines Hohlraums im heißen Gas darstellte, das von Jets aus dem supermassiven Schwarzen Loch erzeugt wurde. Sie schlossen diese Möglichkeit jedoch aus, zum Teil, weil das Schwarze Loch sehr viel Energie benötigt hätte, um einen so großen Hohlraum zu erzeugen.
Die neueste Studie von Giacintucci und ihren Kollegen zeigt, dass es tatsächlich zu einer gewaltigen Explosion kam. Zunächst zeigten sie, dass die gekrümmte Kante auch von XMM-Newton erkannt wird und bestätigten damit die Chandra-Beobachtung. Ihr entscheidender Fortschritt war die Verwendung neuer Funkdaten aus dem MWA und Daten aus den GMRT-Archiven, um zu zeigen, dass die gekrümmte Kante tatsächlich Teil einer Hohlraumwand ist, da sie an eine Region grenzt, die mit Funkstrahlung gefüllt ist. Diese Emission kommt von Elektronen, die fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Die Beschleunigung stammt wahrscheinlich vom supermassiven Schwarzen Loch.
“Die Funkdaten passen in die Röntgenstrahlen wie eine Hand in einem Handschuh,”. Co-Autor Maxim Markevitch vom Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland, sagte in einer Erklärung. "Dies ist der entscheidende Punkt, der uns sagt, dass hier eine Eruption von beispielloser Größe stattgefunden hat." Laut dem Team sind weitere Beobachtungen in anderen Wellenlängen erforderlich, um besser zu verstehen, was passiert ist.
Die Eruption des Schwarzen Lochs muss beendet sein, denn die Forscher sehen in den Radiodaten keine Hinweise auf aktuelle Jets. Diese Abschaltung kann durch die Chandra-Daten erklärt werden, die zeigen, dass sich das dichteste und kühlste Gas, das in Röntgenstrahlen zu sehen ist, derzeit an einer anderen Position als der zentralen Galaxie befindet. Wenn sich dieses Gas von der Galaxie wegbewegt, hat es dem Schwarzen Loch den Treibstoff für sein Wachstum entzogen und die Jets abgeschaltet.
Diese Gasverdrängung wird wahrscheinlich durch das “Sloshen” des Gases um die Mitte des Clusters verursacht, so wie Wein in einem Glas herumschwappt. Normalerweise löst die Verschmelzung zweier Galaxienhaufen ein solches Schwappen aus, aber hier könnte es durch die Eruption ausgelöst worden sein.
Ein Rätsel ist, dass nur eine riesige Region der Radioemission zu sehen ist, da diese Systeme normalerweise zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Schwarzen Lochs enthalten. Es ist möglich, dass das Gas auf der anderen Seite des Clusters vom Hohlraum weniger dicht ist, so dass die Radioemission dort schneller abgeklungen ist.
Im beschrifteten Bild oben zeigt das Zentrum des Ophiuchus-Clusters das supermassereiche Schwarze Loch. Forscher haben die Quelle dieser gigantischen Eruption auf Jets zurückverfolgt, die vom Schwarzen Loch wegschossen und einen großen Hohlraum in das heiße Gas schnitzten. Radioemission von fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigten Elektronen füllt diesen Hohlraum und liefert den Beweis dafür, dass eine Eruption von beispielloser Größe stattgefunden hat.
Ein Kreuz in diesem beschrifteten Bild gibt die Position der Zentralgalaxie an. Die öffentlich zugänglichen Infrarotdaten, die die Sterne und Galaxien im Sichtfeld zeigen, sind nicht empfindlich genug, um die Galaxie aufzudecken. Selbst mit Daten höherer Qualität wäre die Galaxie in diesem zusammengesetzten Bild immer noch nicht sichtbar, da sie sich mit der sie umgebenden hellen Röntgen- und Radioemission überlappt.
“Wie es in der Astrophysik oft der Fall ist, brauchen wir wirklich Multiwellenlängen-Beobachtungen, um die physikalischen Prozesse bei der Arbeit wirklich zu verstehen,”, sagte Melanie Johnston-Hollitt, eine Co-Autorin vom International Center for Radio Astronomy in Australien. “Die kombinierten Informationen von Röntgen- und Radioteleskopen haben diese außergewöhnliche Quelle enthüllt, aber es werden mehr Daten benötigt, um die vielen verbleibenden Fragen zu beantworten, die dieses Objekt aufwirft.”
The Daily Galaxy, Max Goldberg über die NASA
Bildnachweis: Chandra: NASA/CXC/NRL/S. Giacintucci et al., XMM-Newton: ESA/XMM-Newton Funk: NCRA/TIFR/GMRT Infrarot: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF
Astronomen haben die größte Explosion des Universums entdeckt
Astronomen haben die größte Explosion entdeckt, die wir je gesehen haben. Sie entdeckten die Überreste dieser Explosion in einer fernen Galaxie mit einigen der leistungsstärksten Teleskope, die wir haben, darunter das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und das Murchison Widefield Array in Australien.
Die Beobachtungen zeigten eine seltsame Leere im Zentrum einer riesigen Galaxie, die etwa 390 Millionen Lichtjahre entfernt im Ophiuchus-Galaxienhaufen liegt. Der Raum innerhalb dieser Leere brodelt von Radiowellen, die von Elektronen stammen, die fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass diese Elektronen durch eine riesige Explosion direkt in der Nähe eines Schwarzen Lochs beschleunigt wurden, die das gesamte Gas in der Umgebung zerschmetterte und nur eine Leere voller Elektronen und Strahlung hinterließ. Die Explosion setzte fünfmal mehr Energie frei als der bisherige Rekordhalter.
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„Sie könnten fünfzehn Milchstraßen-Galaxien hintereinander in den Krater einbauen, den diese Eruption in das heiße Gas des Haufens geschlagen hat“, sagte Simona Giacintucci vom US Naval Research Laboratory, die Teil des Teams war, das die Explosion fand, in einer Pressemitteilung.
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Diese Art von Explosion tritt auf, wenn viel Materie in ein supermassives Schwarzes Loch fällt. Während sich das Schwarze Loch dreht und die Raumzeit verzerrt, wird diese Materie in einen mächtigen Strahl umgelenkt, der davon schnellt. Der Jet, der ein Loch in diese Galaxie schlug, scheint jetzt verschwunden zu sein.
„Wir haben bereits Ausbrüche in den Zentren von Galaxien gesehen, aber dieser ist wirklich, wirklich massiv“, sagte Melanie Johnston-Hollitt von der Curtin University in Australien, die ebenfalls zum Team gehört, in einer Pressemitteilung. "Wir wissen nicht, warum es so groß ist." Die Leere ist etwa 750.000 Lichtjahre breit.
Die Energie, die benötigt wird, um einen so großen Hohlraum zu erzeugen, beträgt etwa das 10-Milliarden-fache der Lebensenergieabgabe der Sonne. Es ist nicht klar, wie das Schwarze Loch es erzeugt haben könnte, zumal es nicht mehr aktiv ist.
„Die kombinierten Informationen von Röntgen- und Radioteleskopen haben diese außergewöhnliche Quelle enthüllt, aber es werden mehr Daten benötigt, um die vielen verbleibenden Fragen zu beantworten, die dieses Objekt aufwirft“, sagte Johnston-Hollitt.
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Die stärksten Explosionen des Universums können Gräber von Schwarzen Löchern hinterlassen
Wenn bestimmte Sterne kollabieren, setzen sie überwältigende Energieexplosionen frei, die als Gammastrahlenausbrüche bezeichnet werden. die stärkste Explosion im Universum. Aber die kosmischen Überbleibsel dieser gewaltsamen Ausbrüche waren mysteriös? bis jetzt.
Zwei neue Studien deuten darauf hin, dass bei Explosionen von Gammastrahlen einige Schwarze Löcher wie kosmische Grabsteine hinterlassen können, während andere als sich drehende Neutronensterne enden können.
Gammastrahlenausbrüche treten auf, wenn einige massereiche Sterne das Ende ihres Lebens erreichen und ihre Brennstoffvorräte für die Kernfusion in ihren Kernen aufbrauchen. Ohne dass der Druck der Fusion nach außen drückt, gewinnt die Schwerkraft.
Bei dem folgenden dramatischen Kollaps wird eine Flut von hochenergetischem kurzwelligem Gammastrahlenlicht freigesetzt. Sie werden manchmal mit Supernovas in Verbindung gebracht ? sterben noch weitere Explosivway-Stars? sind aber separate Ereignisse.
Bursts für Schwarze Löcher
Eine der neuen Studien ergab, dass für eine bestimmte Klasse der hellsten und stärksten Gammastrahlenausbrüche nur Schwarze Löcher geeignet sind.
„Wir haben uns nur auf die hellsten und extremsten GRBs konzentriert und argumentiert, dass die Energiefreisetzung bei diesen Ereignissen zu groß ist, um durch den Kollaps zu einem Neutronenstern (Magnetar) angetrieben zu werden“, sagte Studienmitglied BradCenko, ein Postdoktorand der University of Kalifornien, Berkeley.
Magnetare sind eine Art Neutronenstern? ein Objekt, das so dicht ist, dass seine Protonen und Elektronen zu Neutronen verschmolzen sind. Sie sind schnell rotierende Sterne mit extrem starken Magnetfeldern.
Sind Neutronensterne in ihrer Masse eingeschränkt? wenn sie eine bestimmte Grenze überschreiten, hätte die Schwerkraft das Objekt weiter in ein Schwarzes Loch kollabieren lassen. Schwarze Löcher hingegen haben keine obere Massengrenze, können also jede Masse umfassen, die benötigt wird, um einen Gammastrahlenausbruch anzutreiben.
Dieses Team verwendete Daten der NASA-Raumsonde Fermi, die auch im Gammastrahlenlicht beobachtet.
Die beiden Studien, die beide am Mittwoch auf der Konferenz Gamma RayBursts 2010 in Annapolis, Maryland, vorgestellt wurden, helfen dabei, die Geschichte hinter einigen der gewalttätigsten Ereignisse des Universums zu klären. Die Wissenschaftler sagten, dass ihre Ergebnisse nicht miteinander in Konflikt stehen.
„Unsere Ergebnisse schließen sich sicherlich nicht gegenseitig aus – Weboth untersuchen relativ kleine Teilstichproben von GRBs“, sagte Cenko gegenüber SPACE.com.
Drehstern-Szenario
Eine andere Gruppe von Wissenschaftlern untersuchte eine Stichprobe von Gammastrahlenausbrüchen, die vom Gammastrahlensatelliten Swift der NASA beobachtet wurden.
Sie fanden heraus, dass 11 der Gammastrahlenausbrüche im von ihnen emittierten Lichtmuster besondere Signaturen aufwiesen, die darauf hindeuteten, dass ein Magnetar vorhanden war.
Zusätzlich zu dieser Seltsamkeit haben Magnetare die zusätzliche Eigenart, extrem starke Magnetfelder zu besitzen. Und diese stadtgroßen Sterne drehen sich auch so schnell, dass sie innerhalb von Millisekunden eine komplette Umdrehung machen.
Einige Forscher hatten gedacht, Magnetare wären nicht massiv genug, um die Art von Energie zu erzeugen, die für einen Gammastrahlenausbruch erforderlich ist. Aber die neue Studie legt nahe, dass zumindest einige es sind.
Mysteriöse Schwarze Löcher könnten in „weiße Löcher“ explodieren
Wenn dies zutrifft, könnte die Theorie dazu beitragen, die Debatte darüber zu beenden, ob Schwarze Löcher tatsächlich die Materie zerstören, die sie am Ende verschlingen.
Wie die Relativitätstheorie von Albert Einstein feststellt, wird der Kollaps eines sterbenden Sterns, der unter seinem eigenen Gewicht kollabiert, irgendwann irreversibel, was zu einem Schwarzen Loch führt, das Licht und alles andere in seiner Umgebung verbraucht. Obwohl Vice bemerkte, dass Schwarze Löcher im Laufe der Zeit langsam Strahlung abgeben – und das Schwarze Loch letztendlich vollständig entleeren – erklärt dies nicht all die andere Materie, die der sterbende Stern verbraucht hat.
Da die Quantentheorie den Verlust von Informationen jedoch nicht zulässt, glauben zwei Forscher der französischen Universität Aix-Marseille, eine Erklärung für dieses sogenannte „Informationsparadox“ gefunden zu haben. Laut den Physikern Carlo Rovelli und Hal Haggard erreicht ein Schwarzes Loch schließlich einen Punkt, an dem es nicht mehr kollabieren kann und der Innendruck nach außen drückt. Dadurch wird das Schwarze Loch im Wesentlichen von innen nach außen gekehrt und alles, was es einmal verbraucht hat, zurück in den Weltraum geworfen.
Insbesondere glauben die Wissenschaftler, dass diese weißen Löcher nicht lange nach der ursprünglichen Entstehung des Schwarzen Lochs entstanden sind, und wir Menschen können es nicht sehen, weil die Schwerkraft die Zeit verlängert und die Lebensdauer des Schwarzen Lochs Milliarden oder Billionen von Jahren zu dauern scheint. Ihre aktuelle Berechnung geht davon aus, dass es nur wenige Tausendstelsekunden dauert, bis sich ein Schwarzes Loch in ein Weißes Loch verwandelt.
„Wichtig ist, dass der Prozess von außen sehr lang ist, aber für einen lokalen Beobachter in einem kleinen Radius sehr kurz ist“, schrieben die Forscher laut Vice in einem Papier zu diesem Thema.
Ron Cowen, ein Wissenschaftsautor bei Nature, erklärte weiter.
„Wenn die Autoren Recht haben, könnten winzige Schwarze Löcher, die sich in der sehr frühen Geschichte des Universums gebildet haben, jetzt wie Feuerwerkskörper explodieren und als hochenergetische kosmische Strahlung oder andere Strahlung entdeckt werden. Tatsächlich, sagen sie, könnte ihre Arbeit implizieren, dass einige der dramatischen Flares, die allgemein als Supernova-Explosionen angesehen werden, tatsächlich das Sterben winziger schwarzer Löcher sein könnten, die sich kurz nach dem Urknall bildeten.“
Obwohl Rovelli und Haggard die Idee, dass Schwarze Löcher Strahlung abgeben, nicht vollständig ablehnen, sagten sie, dass die Energietröpfchen nicht ausreichen würden, um den sterbenden Sternen die gesamte Energie zu entziehen, die sie verbraucht haben. Strahlung kann sehr gut nach außen dringen, aber ihre Arbeit beschäftigt sich hauptsächlich damit, herauszufinden, was im Inneren eines Schwarzen Lochs passiert.
Dennoch gaben sowohl Rovelli als auch Haggard zu, dass ihre Theorie mit umfassenderen Berechnungen weiter überprüft werden muss. Wenn die Forschung ihre Ideen jedoch bestätigt, sagt der theoretische Physiker Steven Giddings von der University of California Santa Barbara: „Das wäre wichtig. Zu verstehen, wie Informationen aus einem Schwarzen Loch entweichen, ist die Schlüsselfrage für die Quantenmechanik Schwarzer Löcher und möglicherweise für die Quantengravitation selbst.“
Halt, Schwarzes Loch! Zwillinge fangen Explosionen ein, die Schwarzen Löchern die Masse nehmen
Astronomen haben lange vermutet, dass etwas aktiv wachsende Schwarze Löcher behindern muss, weil die meisten Galaxien im Lokaluniversum sie nicht haben. Jetzt hat das Gemini-Observatorium einen galaktischen Check-and-Balance erfasst – einen groß angelegten Quasar-Ausfluss in der Galaxie Markarian 231, der einem supermassiven Schwarzen Loch seine Nahrung von Gas und Staub zu berauben scheint.
Die Arbeit ist eine Zusammenarbeit zwischen David Rupke vom Rhodes College in Tennessee und Sylvain Veilleux von der University of Maryland. Die Ergebnisse werden in der Ausgabe vom 10. März veröffentlicht Die Briefe des Astrophysikalischen Journals.
Markarian 231 (12h56.23″ +56d52.24″) befindet sich etwa 600 Millionen Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Ursa Major. Obwohl seine Masse ungewiss ist, deuten einige Schätzungen darauf hin, dass Mrk 231 eine etwa dreimal so hohe Masse wie die Milchstraße hat und sein zentrales Schwarzes Loch eine Masse von mindestens 10 Millionen Sonnenmassen oder auch etwa das Dreifache davon hat des supermassereichen Schwarzen Lochs in der Milchstraße.
Theoretische Modellierungen weisen speziell auf Quasar-Ausflüsse als Gegengewicht zum Wachstum von Schwarzen Löchern hin. In dieser negativen Rückkopplungsschleife, während das Schwarze Loch aktiv als Quasar Masse annimmt, tragen die Ausflüsse Energie und Material weg und unterdrücken weiteres Wachstum. Schon zuvor wurden kleine Ausflüsse beobachtet, aber keine, die stark genug waren, um diesen vorhergesagten und grundlegenden Aspekt der Galaxienentwicklung zu erklären. Die Gemini-Beobachtungen liefern den ersten klaren Beweis für Ausflüsse, die stark genug sind, um den Prozess zu unterstützen, der notwendig ist, um das galaktische Schwarze Loch auszuhungern und die Sternentstehung zu unterdrücken, indem die Verfügbarkeit von neuem Material eingeschränkt wird.
Diese Extraktion aus dem Datenwürfel zeigt den großräumigen, schnellen Ausfluss von neutralem Natrium im Zentrum des Quasars Markarian 231. Wir blicken auf das Material, das sich relativ zur Galaxie auf uns zubewegt, daher sind die gemessenen Geschwindigkeiten negativ. Der große schwarze Kreis markiert die Position des Schwarzen Lochs und rote Linien zeigen die Position eines Radiojets. Zusätzlich zum Quasarausfluss schiebt der Jet das Material oben rechts, was zu noch höheren Geschwindigkeiten führt. Ein Teil des Starburst befindet sich an der Position der Box unten links und ist wahrscheinlich für die Gasbewegung in dieser Region verantwortlich.
Studienautor Veilleux sagt, Mrk 231 sei ein ideales Labor, um Ausflüsse zu untersuchen, die durch Feedback von supermassereichen Schwarzen Löchern verursacht werden: „Dieses Objekt ist wohl das nächste und beste Beispiel, das wir von einer großen Galaxie in den Endstadien einer gewaltsamen Verschmelzung und im Prozess kennen“ seinen Kokon abzuwerfen und einen sehr energiegeladenen zentralen Quasar zu enthüllen. Dies ist wirklich ein letztes Keuchen dieser Galaxie, das Schwarze Loch rülpst seine nächsten Mahlzeiten in Vergessenheit!“ So extrem die Essgewohnheiten von Herrn 231 auch erscheinen, Veilleux fügt hinzu, dass sie wahrscheinlich nicht einzigartig sind: „Wenn wir tief in den Weltraum und in die Zeit zurückblicken, sind Quasare wie dieser in großer Zahl zu sehen, und sie alle haben möglicherweise Ablösungsereignisse erlebt.“ wie die, die wir in Mrk 231 erleben.“
Obwohl Mrk 231 sehr gut untersucht und für seine kollimierten Jets bekannt ist, zeigten die Gemini-Beobachtungen einen breiten Ausfluss, der sich mindestens 8.000 Lichtjahre lang in alle Richtungen um den Kern der Galaxie erstreckte. Die resultierenden Daten zeigen, dass Gas (gekennzeichnet durch Natrium, das gelbes Licht absorbiert) mit Geschwindigkeiten von über 1.000 Kilometern pro Sekunde vom Galaxienzentrum wegströmt. Bei dieser Geschwindigkeit könnte das Gas in etwa 4 Sekunden von New York nach Los Angeles gehen. This outflow is removing gas from the nucleus at a prodigious rate — more than 2.5 times the star formation rate. The speeds observed eliminate stars as the possible “engine” fueling the outflow. This leaves the black hole itself as the most likely culprit, and it can easily account for the tremendous energy required.
The energy involved is sufficient to sweep away matter from the galaxy. However, “when we say the galaxy is being blown apart, we are only referring to the gas and dust in the galaxy,” notes Rupke. “The galaxy is mostly stars at this stage in its life, and the outflow has no effect on them. The crucial thing is that the fireworks of new star formation and black hole feeding are coming to an end, most likely as a result of this outflow.”
Source: Gemini press release. The paper appears here. See also some galactic merger animations, courtesy of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
'Seeds' of massive black holes found at the center of the Milky Way galaxy
Figure 1: Spatial distribution of molecular gas at the center of the Milky Way Galaxy, which is observed with wavelengths of 0.87 mm emitted from carbon monoxide molecules. The black cross mark indicates the position of “Sagittarius A*,” the nucleus of the Milky Way Galaxy. (Credit: Keio University) A research team at Keio University, led by Associate Professor Tomoharu Oka, has discovered intermediate-mass black hole (IMBH) candidates at the center of the Milky Way Galaxy. It is about 30,000 light-years from the solar system in the direction of Sagittarius. IMBH candidates are considered to be the "seeds" that form and grow massive black holes.
Using radio telescopes, the research team led by Associate Professor Oka has found four “warm, dense (more than 50 degrees Kelvin, more than 10,000 hydrogen molecules per cubic centimeter)” masses of molecular gas at the center of the Milky Way Galaxy. Three of those masses of molecular gas have been expanding. This research suggests that supernova explosions caused the expansion. It is estimated that the largest explosion that occurred in the masses of molecular gas is equivalent to 200 supernova explosions. On the other hand, the age of the gas masses is approximately 60,000 years old. Therefore, it can be inferred that a huge star cluster is buried in one of the gas masses. The mass of the cluster (more than 100,000 times the mass of the sun) is comparable to the largest star cluster found in the Milky Way Galaxy. It is thought that IMBHs are formed within such huge star clusters. Eventually, IMBHs born near the center of the Milky Way Galaxy form/expand into a supermassive black hole at the nucleus of the galaxy.
Many galaxies contain enormous amounts of molecular gas in small areas near their nuclei. Highly condensed molecular gas is a birthplace of lots of stars. Moreover, it is considered to closely relate to activities of galactic nuclei. Therefore, it is important to investigate the physical state and chemical properties of molecular gas at galaxy centers through observation. To obtain detailed observation data, it is best to survey the center of the Milky Way Galaxy in which our solar system exists.
The research team observed emission lines at wavelengths of 0.87 mm, emitted from carbon monoxide molecules in an area of several degrees that includes the center of the Milky Way Galaxy. The ASTE 10 m telescope in the Atacama Desert (4,800 meters above sea level) of Chile was used for observation. More than 250 hours in total were spent on the prolonged observation from 2005 to 2010.
Figure 2: Spatial distribution of “warm, dense gas” (above) at the center of the Milky Way Galaxy and its velocity distribution (below). Distribution of the whole molecular gas is indicated by pale white. It can be understood that “warm, dense gas” is localized in four areas, and all the gas is moving at a fast speed. (Credit: Keio University) The research team compared this observation data with data of emission lines at wavelengths of 2.6 mm, emitted from carbon monoxide molecules in the same area, which were obtained using the NRO 45m Telescope (Note: 1). When intensity values of emission lines at different wavelengths, emitted from carbon monoxide molecules, are compared, it is possible to estimate temperature and density of molecular gas. In this way, the research team succeeded in drawing detailed distribution maps of “warm, dense” molecular gas of more than 50 degrees Kelvin and more than 10,000 hydrogen molecules per cubic centimeter at the center of the Milky Way Galaxy for the first time ever.
Oka, the research team leader, said, “The results are astonishing.” The “warm, dense” molecular gas in that area is concentrated in four clumps (Sgr A, L=+1.3°, L=ל.4°, L=ם.2°). Moreover, it turns out that these four gas clumps are all moving at a very fast speed of more than 100 km/s. Sgr A, one of the four gas clumps, contains “Sagittarius A*,” the nucleus of the Milky Way Galaxy. Oka added, “The remaining three gas clumps are objects we discovered for the very first time. It is thought that ‘Sagittarius A*’ is the location of a supermassive black hole that is approximately 4 million times the mass of the sun. It can be inferred that the gas clump ‘Sgr A’ has a disk-shaped structure with radius of 25 light-years and revolves around the supermassive black hole at a very fast speed.”
On the other hand, the team found signs of expansion other than rotation in the remaining three gas clumps. This means that the gas clumps, L=+1.3°, L=ל.4°and L=ם.2°, have structures that were formed by supernova explosions that occurred within the gas clumps. The gas clump “L=+1.3°” has the largest amount of expansion energy. Its expanding energy is equivalent to 200 supernova explosions. The age of the gas masses is estimated as approximately 60,000 years old. Therefore, given that the energy source is the supernova explosions, the supernova explosions have continued to occur every 300 years.
The research team used the NRO 45m Telescope again to further examine the molecular gas's distribution, motion and composition to determine whether supernova explosions caused the expansion. “Observation clearly showed that the energy source of L=+1.3° is multiple supernova explosions. We detected multiple expansion structures and molecules attributed to shock waves,” Oka said about the excitement when observing it. “Based on the observation of L=+1.3°, it is also natural to think that the expanding gas clumps L=ל.4° and L=ם.2° derived energy from multiple supernova explosions,” Oka added.
A supernova explosion is a huge explosion that occurs when a star with more massive than eight to ten times the mass of the sun ends its life. Such a high occurrence of supernova explosions (once per 300 years) indicates that many young, massive stars are concentrated in the gas clumps. In other words, this mean that there is a massive “star cluster” in each gas clump. Based on the frequency of the supernova explosions, the team estimated the mass of the star cluster buried in L=+1.3°as more than 100,000 times the mass of the sun, which is equivalent to that of the largest star cluster found in the Milky Way Galaxy.
Figure 3: A conceptual image of the newly discovered “large star cluster buried in dust.” It is considered that IMBHs are formed at the center of the cluster. As just described, the star cluster is huge, but it had not been discovered until now. “The solar system is located at the edge of the Milky Way Galaxy's disk, and is about 30,000 light-years away from the center of the Milky Way Galaxy. The huge amount of gas and dust lying between the solar system and the center of the Milky Way Galaxy prevent not only visible light, but also infrared light, from reaching the earth. Moreover, innumerable stars in the bulge and disc of the Milky Way Galaxy lie in the line of sight. Therefore, no matter how large the star cluster is, it is very difficult to directly see the star cluster at the center of the Milky Way Galaxy,” Oka explained.
“Huge star clusters at the center of the Milky Way Galaxy have an important role related to formation and growth of the Milky Way Galaxy's nucleus,” said Oka. According to theoretical calculations, when the density of stars at the center of star clusters increases, the stars are merged together, one after another. Then, it is expected that IMBHs with several hundred times the mass of the sun are formed. Eventually, these IMBHs and star clusters sink into the nucleus of the Milky Way Galaxy. It can be thought that the IMBHs and star clusters are then merged further, and form a massive black hole at the Milky Way Galaxy's nucleus. Alternatively, the IMBHs and star clusters could help expand an existing massive black hole.
It can be thought that the supermassive black hole at “Sagittarius A*,” the nucleus of the Milky Way Galaxy, has also been grown up through these processes. In summary, the new discovery is the finding of “cradles” of IMBHs that become “seeds” of the supermassive black hole at the nucleus.
“We would like to observe IMBHs in the star cluster. Actually, our observation data has already indicated traces of IMBHs,” Oka said. One of the newly discovered gas masses, “L=ל.4°,” contains two small gas clumps moving at a very fast speeds. If it is confirmed that these small gas clumps are rotating, it can be inferred that there are “invisible huge masses” at the center of the gas clumps. These “invisible huge masses” are likely to be IMBHs hidden in the center of the star cluster. Professor Oka expects developments in future research, saying, “In order to confirm the existence of IMBHs, we are planning to conduct further observations. The new discovery is an important step toward unraveling the formation and growth mechanism of the supermassive black hole at the Milky Way Galaxy's nucleus, which is a top-priority issue in galactic physics.”
These research findings have been published in Astrophysikalisches Journal Supplement Series, vol.201, pp14-25, a professional American astrophysics journal.
Black hole explosions?
QUANTUM gravitational effects are usually ignored in calculations of the formation and evolution of black holes. The justification for this is that the radius of curvature of space-time outside the event horizon is very large compared to the Planck length (Għ/c 3 ) 1/2 ≈ 10 −33 cm, the length scale on which quantum fluctuations of the metric are expected to be of order unity. This means that the energy density of particles created by the gravitational field is small compared to the space-time curvature. Even though quantum effects may be small locally, they may still, however, add up to produce a significant effect over the lifetime of the Universe ≈ 10 17 s which is very long compared to the Planck time ≈ 10 −43 s. The purpose of this letter is to show that this indeed may be the case: it seems that any black hole will create and emit particles such as neutrinos or photons at just the rate that one would expect if the black hole was a body with a temperature of (κ/2π) (ħ/2k) ≈ 10 −6 (M/M)K where κ is the surface gravity of the black hole 1 . As a black hole emits this thermal radiation one would expect it to lose mass. This in turn would increase the surface gravity and so increase the rate of emission. The black hole would therefore have a finite life of the order of 10 71 (M/M) −3 s. For a black hole of solar mass this is much longer than the age of the Universe. There might, however, be much smaller black holes which were formed by fluctuations in the early Universe 2 . Any such black hole of mass less than 10 15 g would have evaporated by now. Near the end of its life the rate of emission would be very high and about 10 30 erg would be released in the last 0.1 s. This is a fairly small explosion by astronomical standards but it is equivalent to about 1 million 1 Mton hydrogen bombs.
To see how this thermal emission arises, consider (for simplicity) a massless Hermitean scalar field J which obeys the co variant wave equation <£ ab0aft = 0 in an asymptotically flat space time containing a star which collapses to produce a black hole. The Heisenberg operator <£ can be expressed as
