Supermassivt svart hull

Article

May 25, 2022

Et supermassivt sort hull (SMBH eller noen ganger SBH) er den største typen sort hull, med massen i størrelsesorden millioner til milliarder ganger solens masse (M☉). Sorte hull er en klasse av astronomiske objekter som har gjennomgått gravitasjonskollaps, og etterlater seg sfæroidale områder i rommet som ingenting kan unnslippe, ikke engang lys. Observasjonsbevis indikerer at nesten alle store galakser har et supermassivt sort hull i sentrum. For eksempel har Melkeveien et supermassivt sort hull i sitt galaktiske senter, tilsvarende radiokilden Sagittarius A*. Akkresjon av interstellar gass på supermassive sorte hull er prosessen som er ansvarlig for å drive aktive galaktiske kjerner og kvasarer. To supermassive sorte hull har blitt direkte avbildet av Event Horizon Telescope: det sorte hullet i den gigantiske elliptiske galaksen Messier 87 og det sorte hullet ved Melkeveiens sentrum.

Beskrivelse

Supermassive sorte hull er klassisk definert som sorte hull med en masse over 0,1 million til 1 million M☉. Noen astronomer har begynt å merke sorte hull på minst 10 milliarder M☉ som ultramassive sorte hull. De fleste av disse (som TON 618) er assosiert med eksepsjonelt energiske kvasarer. Enda større har blitt kalt overveldende store sorte hull (SLAB) med masse større enn 100 milliarder M☉. Selv om de bemerket at det foreløpig ikke er bevis for at utrolig store sorte hull er ekte, bemerket de at supermassive sorte hull nesten i den størrelsen eksisterer. Noen studier har antydet at den maksimale massen som et svart hull kan nå, mens det er lysende akkretorer, er i størrelsesorden ~50 milliarder M☉. Supermassive sorte hull har fysiske egenskaper som klart skiller dem fra klassifiseringer med lavere masse. For det første er tidevannskreftene i nærheten av hendelseshorisonten betydelig svakere for supermassive sorte hull. Tidevannskraften på et legeme ved et sort hulls hendelseshorisont er omvendt proporsjonal med kvadratet av det sorte hullets masse: en person ved hendelseshorisonten til et 10 millioner M☉ svart hull opplever omtrent samme tidevannskraft mellom hodet og føttene som en person på jordens overflate. I motsetning til med stjernemasse sorte hull, ville man ikke oppleve betydelig tidevannskraft før veldig dypt inn i det sorte hullet. I tillegg er det noe motintuitivt å merke seg at den gjennomsnittlige tettheten til en SMBH innenfor dens hendelseshorisont (definert som massen til det sorte hullet delt på volumet av plass innenfor Schwarzschild-radiusen) kan være mindre enn tettheten til vann. Dette er fordi Schwarzschild-radiusen er direkte proporsjonal med massen. Siden volumet til et sfærisk objekt (som hendelseshorisonten til et ikke-roterende sort hull) er direkte proporsjonal med kuben til radiusen, er tettheten til et sort hull omvendt proporsjonal med kvadratet av massen, og dermed høyere masse sorte hull har lavere gjennomsnittlig tetthet. Schwarzschild-radiusen til hendelseshorisonten til et (ikke-roterende) supermassivt sort hull på ~1 milliard M☉ er sammenlignbar med halvhovedaksen til planeten Uranus bane, som er 19 AU.

Forskningshistorie

Historien om hvordan supermassive sorte hull ble funnet begynte med undersøkelsen av Maarten Schmidt av radiokilden 3C 273 i 1963. Opprinnelig ble dette antatt å være en stjerne, men spekteret viste seg å være forvirrende. Det ble fastslått å være hydrogenutslippslinjer som hadde blitt rødforskyvet, noe som indikerer at objektet beveget seg bort fra jorden. Hubbles lov viste at objektet var lokalisert flere milliarder lysår unna, og dermed må sende ut energiekvivalenten til hundrevis av galakser. Hastigheten av lysvariasjoner av kilden kalt et kvasi-stjerneobjekt, eller kvasar, antydet at det emitterende området hadde en diameter på én parsek eller mindre. Fire slike kilder hadde blitt identifisert i 1964. I 1963 foreslo Fred Hoyle og W. A. ​​Fowler eksistensen av hydrogenbrennende supermassive stjerner (SMS) som en forklaring på komp.