Supermasivne crne rupe su vrsta crnih rupa koje su izrazito velike u prečniku i izrazito masivne. One predstavljaju najveće i najmasivnije astronomske objekte koje postoje u svemiru. Procjene govore da se njihova masa kreće između sto hiljada i milijardu sunčevih masa. Većina, odnosno najvjerojatnije sve galaksije u svemiru, uključujući i našu galaksiju Mliječnu stazu, sadrže supermasivnu crnu rupu (Strijelac A*) u svom središtu.
Prema Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti svako tijelo (sa masom) zakrivljuje prostor-vrijeme. Kod supermasivnih crnih rupa dolazi do izrazitog deformiranja prostora i vremena pa su to mjesta iz kojih nikakva materija pa čak ni svjetlost ne može pobjeći.
Najvažnija svojstva supermasivne crne rupe su masa, rotacija, naboj, Schwarzschildov poluprečnik, horizont događaja i singularnost.
Nastanak
Postoje mnogi modeli i hipoteze oblikovanja crnih rupa izrazito velike mase. Kad se crna rupa ogromne mase nalazi blizu centra određene galaksije ona povećava svoju masu ili prikupljanjem (akrecijom) materije ili spajanjem s drugom crnom rupom. Pri oblikovanju supermasivnih crnih rupa sva se materija mora sakupiti u razmjerno mali volumen. Pri tome ta materija mora imati mali moment količine kretanja jer se procesom akrecije nešto materijala pomiče prema van zbog momenta količine kretanja što objašnjava nastanak akrecijskog diska, ali i ograničava rast crne rupe.
Gore: Slika daje prikaz procesa kojim supermasivna crna rupa proždire obližnju zvijezdu. Dole: Smatra se da slike prikazuju kako supermasivna crna rupa guta zvijezdu u galaksiji RXJ 1242-11. Desno dole je slika u redgenskom spektru, a lijevo u spektru vidljive svjetlosti.
Prvi model pokazuje da supermasivna crna rupa nastaje od crne rupe mase od 10 do 100 sunčevih masa koja je stvorena nakon eksplozije masivnije zvijezde i nakon toga povećava svoju masu prikupljanjem (akrecijom) materije.
Drugi model nastanka supermasivne crne rupe pokazuje da crna rupa nastaje direktno u jezgri pragalaksije. Crna rupa na taj način potiče iz velikog plinovitog oblaka koji se sve više sažima u određenu kvazi-zvijezdu, a potom u crnu rupu čija je masa oko 20 puta veća od Sunca. Ta kvazi-zvijezda postaje nestabilna zbog radijalnih perturbacija nastalih proizvodnjom parova elektrona i pozitrona u njezinoj jezgri pri čemu se ona sama izravno sažima u crnu rupu bez eksplozije supernove kojom bi inače izgubila veliku većinu svoje mase. Ona potom procesom akrecije prikuplja materiju, i relativno brzo postaje crna rupa intermedijarne mase ili supermasivna crna rupa ako proces akrecije nije usporio kod viših masa.
Treći model nastanka crne rupe se pojavljuje u gustim zvjezdanim skupovima u kojima dolazi do kolapsa jezgre tog skupa.
Četvrti model pokazuje da su supermasivne crne rupe mogle nastati neposredno nakon velikog praska zbog enormno visokog pritiska, a nazivaju se i primordijalne crne rupe.
Aktivne galaktičke jezgre
Mnoge supermasivne crne rupe su aktivne jer procesom akrecije aktivno prikupljaju materiju oko sebe i pri čemu dolazi do nastajanja akrecijskog diska koji oko nje rotira. Kod supermasivnih crnih rupa veličina akrecijskog diska može doseći i veličinu Plutonove orbite. Takve galaksije predstavljaju aktivne galaksije, a u njih svrstavamo objekte kao što su kvazari, blazari, Seyfertove galaksije i radiogalaksije.
Stoga, model aktivne galaktičke jezgre u središnjem području galaksije predstavlja supermasivna crna rupa koja raste aktivnim priljevom materije iz akrecijskog diska i čini pogon aktivne galaksije. Dio jonizirane materije pada u crnu rupu, a dio ubrzava do relativističkih brzina te se izbacuje u obliku mlaza na polovima crne rupe. Dva suprotna mlaza nabijenih čestica izlaze iz središta galaksije, simetrično s obje strane diska i okomito na sam disk.
Na većim udaljenostima od crne rupe, gdje je temperatura manja i gdje prašina može postojati u krutom obliku, nalazi se torus plina i prašine.
S obzirom da su aktivne galaksije vrlo udaljene i čija se udaljenost procjenjuje na pola milijarde do više milijardi svjetlosnih godina, smatra se da aktivnost jezgri potiče iz rane faze razvoja galaksija. Mliječna staza i galaksije u našoj relativnoj blizini, iako nisu aktivne, imaju u svom središtu supermasivnu crnu rupu, ali se vjeruje da su i one bile aktivne u dalekoj prošlosti.
Odličan tekst o aktivnim galaksijama možete pročitati na portalu Zvjezdarnica.
Doplerska mjerenja
Neposredna doplerska mjerenja vodenog masera koji okružuje aktivnu galaktičku jezgru obližnjih galaksija su pokazala vrlo brza kretanja koja su moguća samo ako se u središtu nalazi visoka konecentracija materije. Jedini poznati objekti koji bi mogli sabiti veliku količinu materije u tako mali prostor su crne rupe ili objekti koji će eventualno evoluirati u crnu rupu u (astrofizički) kratkom periodu.
Kod aktivnih galaksija koje su izrazito daleko, istražuju se širine spektralnih linija plinova koji kruže blizu horizonta događaja. Tehnikom reverberacijskog mapiranja, koja u svom proračunu koristi varijabilnosti u spektralnim linijama, mogu se izmjeriti masa, a najvjerojatnije i spin crne rupe. Te supermasivne crne rupe predstavljaju pogon aktivnih galaksija u koje ubrajamo kvazare i Seyfertove galaksije.
Kvazar 3C 273 i relativistički mlaz dug 200.000 svjetlosnih godina. (copyright ESA / Hubble & NASA)
Pronalazak supermasivnih crnih rupa
Supermasivne crne rupe se najčešće viđaju u središtima spiralnih galaksija. Posmatranja su pokazala da se nalaze i eliptičnim galaksijama, vjerojatno i izvan središta galaksija pa čak i u zvjezdanim jatima. Nepravilne galaksije vjerojatno nastaju sudarima dviju galaksija pri čemu dolazi do aktiviranja neaktivnih crnih rupa u jezgrama, stvaranja binarnih sistema dviju supermasivnih crnih rupa te čak i do njihovog spajanja u još veću supermasivnu crnu rupu.
Supermasivna crna rupa u središtu Mliječne staze
Astronomi tvrde sa velikom dozom samopouzdanja da se u središtu naše galaksije (Mliječne staze) nalazi supermasivna crna rupa udaljena od Sunčevog sistema 26 000 svjetlosnih godina, u regiji koja se zove Strijelac A*.
Strijelac A* (Sgr A*) je svijetli i vrlo kompaktan astronomski radio izvor (u vidljivom dijelu spektra se ne vidi zbog galaktičke prašine koja ga sakriva) u središtu Mliječne staze, blizu granice sazviježđa Strijelac i Škorpija. To je dio većeg područja na nebu poznatog kao Strijelac A. Strijelac A* smatra se mjestom gdje se nalazi supermasivna crna rupa, poput onih koji su sada generalno prihvaćene da budu u središtima većine spiralnih i eliptičnih galaksija.
Prašina i gas u centru Mliječnog puta (copyright: Judy Schmidt, & Spitzer, WISE). Kadar na slici usredotočen je na nevidljivu crnu rupu zvanu Strijelac A *, gdje infracrveno svjetlo iz Spitzerovih i WISE misija pruža pogled na ono što nam inače vizualno izgleda kao tamni pojas u sazviježđu Strijelac. Kao što vidite, to je mjesto bogato područjima zvjezdanog formiranja i maglina koje svjetle.
Sgr A* (centar) i dva “svjetlosna traga” od nedavne eksplozije (zaokruženi gore)
Detekcija neuobičajeno svijetle rendgenske zrake sa Sgr A*
Pogled na supermasivnu crnu rupu u srcu Mliječnog puta u rendgenskom dijelu spektra (copyright: NuSTAR)
Jedan od najjačih dokaza za ovu tvrdnju je zvijezda S2 koja prati eliptičnu orbitu (kreće se brzinom preko 5000 km/s oko crne rupe) sa orbitalnim periodom od 15,2 godine, sa pericentrom (najbliža udaljenost) koji je od središnjeg objekta udaljen 17 svjetlosnih godina (120 AU). Iz kretanja zvijezde S2 možemo procijeniti masu središnjeg objekta na 4,1 miliona sunčevih masa. Polupečnik središnjeg objekta mora biti dosta manji od 17 svjetlosnih sati jer bi se zvijezda S2 s druge strane sudarila sa crnom rupom ili bi bila smrvljena zbog plimnih sila. Nedavna promatranja ukazuju da polupečnik nije veći od 6,25 svjetlosnih sati što je u usporedbi sa polupečnikom Uranove orbite. Prema tome, samo je crna rupa dovoljno gusta da u tom volumenu prostora sadrži 4,1 miliona sunčevih masa. Max Planckov Institut za izvanzemaljsku fiziku i UCLA-in Galactic Center Group su iznijeli najjači dokaz da je Strijelac A* mjesto gdje se nalazi supermasivna crna rupa, a koji se temelji na dobivenim podacima iz Europskog južnog opservatorija (ESO) i Keckovog teleskopa. Naša galaktička središnja crna rupa ima masu od oko 4,1 miliona sunečvih masa ili oko 8,2 × 1036 kg.
Orbite 6 zvijezda oko galaktičkog središta Mliječne staze koja je kandidat za supermasivnu crnu rupu u regiji Strijelac A*.
Položaj centra naše galaksije i supermasivne crne rupe viljiv je na donjim slikama. Najbolje ga je tražiti uz pomoć asterizma “strijelčev čajluk” (Sagittarius teapot) kojeg svi prepoznajemo na nebu, i to u periodu od jula do septembra. Ovaj asterizam je na sjevernoj polulopti najviši na nebu 1 jula. To ujedno znači i da je snimanje Mliječnog puta najbolje u tom periodu.
Evo par video snimaka kretanja tijela oko ove crne rupe:
Supermasivne crne rupe izvan Mliječne staze
Danas je opće prihvaćeno da skoro svaka galaksija sadrži supermasivnu crnu rupu u svom središtu.
Primjećena je povezanost mase crne rupe i disperzije brzina u galaktičkom ispupčenju, nazvana M-sigma omjer, koji značajno upućuje na vezu između oblikovanja crne rupe i same galaksije. Trenutno za tu povezanost nema objašnjenja. Vjeruje se da su crne rupe i njihove galaksije nastale zajedno 300-800 milijuna godina nakon velikog praska pri čemu su galaksije prošle fazu kvazara, ali se ne zna da li su crne rupe uzrokovale nastanak galaksija ili obrnuto. Nepoznata priroda tamne tvari je ključna varijabla u svim modelima.
Obližnja galaksija Andromeda udaljena od naše galaksije 2,5 miliona svjetlosnih godina sadrži središnju crnu rupu od (1,1–2,3) × 108 sunčevih masa koja je dosta masivnija od naše. Najveća supermasivna crna rupa u blizini Mliječne staze je crna rupa u središtu galaksije M87 koja ima masu (6,4 ± 0,5) × 109 sunčevih masa i od nas je udaljena 53,5 miliona svjetlosnih godina.
Neke galaksije kao što je Galaksija 0402+379 imaju dvije supermasivne crne rupe u svom središtu što predstavlja binarni sistem dviju crnih rupa. Ako se eventualno sudare izazvale bi jake gravitacijske valove. Vjeruje se da su binarne supermasivne crne rupe nastale sudarom dviju galaksija i njihovim spajanjem u jednu.
Trenutno najveća otkrivena supermasivna crna rupa je crna rupa u galaksiji NGC 4889 čija masa iznosi procjenjenih 21 milijardi sunčevih masa. Druga po veličini supermasivna crna rupa je crna rupa u binarnom paru u središtu galaksije OJ 287 koja je od naše galaksije udaljena 3,5 milijardi svjetlosnih godina, a njena masa je procjenjana na 18 milijardi sunčevih masa.
Literatura
https://hr.wikipedia.org/wiki/Supermasivna_crna_rupa
https://en.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*
http://www.zvjezdarnica.com/astronomija/zvjezdoznanci/aktivne-galaksije-prvi-dio/2544
http://www.constellation-guide.com/sagittarius-a/
A universe of atoms, an atom in the universe ˚ ✦ . . ˚ . . ✦ ˚ . ★⋆. ࿐࿔ . ˚ * ✦ . . ✦ ˚ ˚ .˚ ✦ . . ˚ . 