Jedním z nejvýznamnějších aspektů naší planety – je -li pozorován zvenčí – je to, že se točí. Spin Země definuje naše dnyNastavení základního rytmu života na náš svět.
Měsíc se také točí. Takže udělejte planety a všechny jejich měsíce. Slunce se také otáčí, Stejně jako všechny hvězdy. Dokonce i galaxie se točí; Mléčná dráha se otáčí, když se hvězdy houpají kolem svého centra v multimilionových oběžných drahách.
Zdá se tedy zřejmé, že kosmicky řečeno, všechno otočení-ale tato základní skutečnost se stává naprosto bizarním v případě spřádání hlavy Černé díry. Spin, jak se ukázalo, je jednou z nejdůležitějších vlastností pro tyto gravitační příšery a má rozsáhlé dopady Jak se hodí na hmotě na způsoby, jak mohou Tvarujte samotnou strukturu galaxií.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Úhlová hybnost je základní koncept, který je třeba porozumět, když přemýšlí o spřádání černých děr. Je to jako hybnost, kterou znáte z vašeho každodenního života (to, čemu říkáme lineární hybnost), ale pro točící se předmět. Je nejjednodušší přemýšlet, pokud jde o setrvačnost – to je, jak těžké je zabránit točení objektu. Čím rychleji se něco točí – a čím masivnější je to něco – čím více setrvačnosti má a tím těžší je točit se zastavit.
Úhlová hybnost je zvláštní charakteristikou objektu v tom, že je konzervované. Chybí nějaká vnější síla, něco samy o sobě bude i nadále otáčet navždy. Pokud se pokusíte to zpomalit nebo zrychlit, řekněme, popadnutí, část jeho úhlové hybnosti bude přenesena na vás (nebo od vás k němu), aby se kombinovaná celková hybnost mezi vámi a neměnila.
Úhlová hybnost objektu závisí na jeho točení (samozřejmě!), Na jeho hmotě a, co je nejdůležitější pro naši diskusi, na jeho velikosti. Ice bruslaři poskytují klasický příklad: házejí ruce široké, aby začali rotaci, pak, když přivedou ruce v těsné blízkosti, jejich roztočení závratě Skyrockets. Tak je zachována úhlová hybnost; velikost snižuje, Takže rychlost točení se zvyšuje.
Totéž platí pro hvězdykteré jsou vyvážené na vrcholu mezi explodem ven kvůli jejich záři a kolapsu dovnitř z důvodu jejich vnitřní gravitace. Když hvězda s vysokou hmotností dojde z paliva, je tato rovnováha přerušena a jádro se zhroutí a generuje gigantickou explozi-supernova-, která odstřeluje vnější vrstvy hvězdy. Když se jádro zmenšuje, to se také točí. A pokud je jeho hmota více než třikrát vyšší než Slunce, jádro (což bylo dříve desítky tisíc kilometrů široké) se stane černou dírou o pouhých 10 kilometrů v průměru.
Toto dramatické zmenšení může zvýšit točení černé díry o několik faktorů milión Přes jeho sedativnější hvězdnou progenitorovi tak, aby se točí stokrát za sekundu. A protože je úhlová hybnost zachována, i když téměř všechno ostatní o hvězdě je při narození černé díry zničeno, rotací se drží kolem.
K definování černé díry lze ve skutečnosti použít pouze tři faktory: její hmotnost, její úhlová hybnost a elektrický náboj. Ve skutečnosti bude tento poplatek neutrální nebo velmi blízký, takže z praktického hlediska jsou první dva faktory klíčové.
Z tohoto důvodu se očekáváme, že většina, ne -li všechny, se černé díry budou otáčet velmi rychle.
Je to zvláštní koncept, protože černé díry nemají fyzický povrch, který se může otáčet. Ale vzhledem k tomu, že úhlová hybnost nelze zničit, černé díry mošt udržet si to, když se tvoří.
A to musí platit pro černé díry narozené z hvězd, stejně jako pro supermassivní černé díry, které vidíme v centrech velkých galaxií, i když plně nechápeme, jak se tyto obři tvoří. A pozoruhodné, v některých případech můžeme tyto kolosální kosmické otočení skutečně měřit.
Trik je uvědomit si, že zatímco úhlová hybnost černé díry nemůže jednoduše zmizet, určitě může růst. Materiál padající do černé díry přidává do systému svou úhlovou hybnost a zvyšuje točení černé díry. Existuje teoretický limit, jak rychle se může černá díra otáčet; Je to komplikovaný matematický koncept, ale efektivně je to limit, když se černá díra otáčí rychlostí světla. Je možné, i když je obtížné, měřit točení černé díry, jak je světlo emitováno z materiálu těsně před tím, než se dostane dovnitř, a například nedaleká Galaxy NGC 1365 má centrální supermassivní černou díru to bylo měřeno tak, aby se točilo téměř téměř tento limit.
Ale samozřejmě to bude divnější. Bizarním aspektem Einsteinovy obecné teorie relativity je to, že časoprostor může působit jako látka, látku, ve které jsou masy zabudovány. Einstein předpověděl, že jak se masivní objekty otáčejí, táhnou kolem nich prostorovou mezeru v tom, co se nazývá Účinek čočkynebo častěji „přetažení rámu“. Účinek je nejsilnější velmi blízký k horizontu události černé díry, jeho bodu bez návratu a je slabší s vzdáleností. Je to jako nalepit ruční mixér do velké mísy medu; Med poblíž se bude otáčet spolu s mixérem, ale je tak viskózní, že několik centimetrů se bude jen stěží pohybovat.
Toto relativistické tažení rámečku hluboce ovlivňuje materiál těsně mimo černou díru. Materiál blízko černé díry se táhne spolu s prostorem kolem něj a zrychluje krádež energie z rotace černé díry. Tento pohybující se materiál generuje silné magnetické pole poháněné rotací. Jak záležitost obíhá na černou díru, Linie magnetického pole se zlikvidují a vytvářejí dvojčata jako tornáda. Jsou tak silné, že mohou odvrátit hmotu z černé díry a zrychlit je téměř rychlostí světla! Astronomové nazývají tyto paprsky „trysky“ a se supermassivními černými otvory mohou být stovky tisíc světelných let.
Astronomové si stále nejsou jisti Jak se vytvářejí supermassivní černé díry. Rostou obrovské z materiálu padajícího z stále formované hostitelské galaxie, nebo se ve středu tvoří mnoho menších černých děr a spojí se, aby vytvořili jediný obrovský? Otočení výsledné černé díry nám může říct odpověď. Pokud se tvoří z disku infallingového materiálu, bude točit se blízko limitu, ale pokud se vytvoří z jiných černých otvorů pohybujících se náhodnými směry, jejich otočení se může zrušit a ponechat poslední černou díru s dolní rotací. Není to docela Samozřejmě, že to jednoduché, ale v zásadě je možné pozorovat mladé supermassivní černé díry s něčím, jako je James Webb Space Telescope, zjistit, zda lze roztočení měřit a jedna z podporovaných nebo zlevněných metod.
Známe supermassive černé díry a roste spolu s jeho hostitelskou galaxií. Protože protogalaktický plyn z obrovského mraku se zhroutí a spojí se do hvězd, černá díra ve svém středu je již obrovská a rychle se točí. Pokud tvoří trysky, tyto pluhu záležitostí spadnou a vytvoří samotnou galaxii, zabouchnou do tohoto materiálu a dokonce zvrátí svůj průběh a odtrhnou ji pryč. To může uhasit tvorbu hvězd, což omezuje, kolik hvězd má galaxie. Tímto způsobem rotace černé díry přímo ovlivňuje velikost a strukturu galaxie kolem ní.
Bez ohledu na to, jak se na ně díváte, černé díry jsou bizarní. Skutečnost, že existují a my jim vůbec rozumíme, je pro mě vzrušující a hluboká. Žijeme v galaxii s supermassivní černou dírou ve středu a můžeme mu dlužit naši existenci. To samo o sobě je dost důvod, aby se jim pokusila porozumět.
