Video

Transkrypcja

Największymi obiektami we wszechświecie

są czarne dziury

w przeciwieństwie do rzeczy takich jak planety czy gwiazdy

nie mają one fizycznego limitu wielkości

i mogą dosłownie rosnąć w nieskończoność

jednak w rzeczywistości

musi dojść do specyficznych wydarzeń

aby powstały specyficzne czarne dziury

od tych na prawdę małych

do największych pojedynczych rzeczy we wszechświecie

więc jak czarne dziury rosną?

i jak duża jest największa z nich?

To wideo nie mówi o tym jak czarne dziury działają

lub jak powstają

gdyż ogladaliśmy to z detalami w naszych seriach o czarnych dziurach i gwiazdach neutronowych

możesz je zobaczyć później

teraz jesteśmy zainteresowani znalezieniem największej rzeczy we wszechświecie

zacznijmy od czegoś bardzo, bardzo małego

pierwotne czarne dziury

najmniejszy rodzaj czarnej dziury

może ale nie musi istnieć

jeśli istnieją to są prawdopodobnie najstarszymi obiektami we wszechświecie

starszymi nawet od atomów

uformowałyby się zaraz po wielkim wybuchu

kiedy wszechświat był pełen gęstej energii

gdzie każda najmniejsza kieszeń

która była tylko nieco bardziej gęsta niż sąsiednia

mogła stworzyć czarną dziurę

najmniejsza pierwotna czarna dziura

która mogłaby przetrwać do dziś miałaby

około bilion kilogramów

czyli tyle ile spora góra

jednak byłaby nie większa niż proton

pierwotna czarna dziura o masie ziemii

nie byłaby większa niż moneta

to sprawia, że są one trudne do znalezienia

wiec jeszcze żadnej nie zaobserowaliśmy

jeśli one istnieją mogą być nawet tajemniczą ciemną materią

która utrzymuje galaktyki razem

przejdzmy do rodzajów czarnych dziur

o których wiemy z pewnością, że istnieją

gwiazdowe czarne dziury

aby zrobić czarną dziurę

musimy skompresować wystarczająco dużo materii

aby zapadła się sama w siebie

po tym im wiecej masy w nią wrzucimy

tym większa się stanie

w dzisiejszym wszechświecie

tylko najbardziej brutalne zdarzenia kosmiczne

mogą stworzyć niezbędne warunki

takie jak fuzja gwiazd neutronowych

lub gdy rdzeń bardzo masywnej gwiazdy się zapada się w supernową

obierzmy jednostkę aby móc na niej pracować

użyjemy masy naszego Słońca

około 2 miliony bilionów bilionów kilogramów

najmniejsza znana czarna dziura

ma 2,7 mas naszego Słońca

co przekłada się na kulę o średnicy mniej więcej 16 km

wystarczająco dużej by pokryć Paryż

inną lekką czarną dziurą

jest towarzysz czerwonego olbrzyma V723 Mon

ta gwiazda jest 24 razy większa od naszego Słońca

mając średnicę 30 milionów kilometrów

a jednak jest ona rzucana przez małą czarną dziurę

szeroką jedynie na 17,2 km

ta mała rzecz znęca się nad gwiazdą

i jest tyle razy mniejsza

że trudno jest je pokazać w porównaniu

jedną z najwiekszych znanych gwiezdnych czarnych dziur

jest M33 X-7

aktualnie spędza ona czas pochłaniając

błękitnego olrzyma o masie 70 razy wiekszej od Słońca

kawałek po kawałku

gdy cała skradziona masa krąży w kierunku czarnej dziury

jak woda w odpływie

tarcie podgrzewa ją do temperatury

wystarczająco wysokich aby świeciła 500 tysięcy razy jaśniej niż nasze Słońce

a jednak X-7 ma ’tylko’ masę równą 15,65 mas Słońca

i jest szeroka na 19 km

co wystarczy aby zacienić Korsykę

aby urosnąć do większych rozmiarów

czarne dziury muszą pożerać wiele gwiazd

lub lepiej łączyć się ze sobą

instrumenty umożliwiające nam zaobserowowanie takich zdarzeń

sa bardzo nowe

więc aktualnie odkrywamy wiele ekscytujących rzeczy

jak dwie duże czarne dziury

które odkryliśmy w galaktyce odległej o 17 miliardów lat świetlnych

gdy gwałtownie wirują wokół siebie

uwalniają więcej energii w postaci fal grawitacyjnych

niż całe światło produkowane przez gwiazdy drogi mlecznej

w ciągu 4 400 lat

nowa czarna dziura którą utworzyły jest wielkości Niemiec

i ma masę równą 142 mas Słońca

i tu napotykamy ciekawą przepaść

istnieje wiele czarnych dziur poniżej 150 mas Słońca

i później nie ma nic przez długi czas

aż nagle docieramy do czarnych dziur

które są miliony razy cięższe

co jest troche mylące

ponieważ mamy wyobrażenie, że czarne dziury konsekwentnie zwiększają swoje rozmiary

ale dla największych czarnych dziur

ten proces nie jest wystarczająco szybki

aby wyjaśnić ich istnienie dzisiaj

wszechświat jest poprostu nie wystarczająco stary

aby te super duże czarne dziury

powstały pochłaniając gwiazdy

i łącząc się ze sobą

musiało wydarzyć się coś innego

aby wyjaśnić istnienie największych czarnych dziur we wszechświecie

będziemy potrzebowali największych gwiazd jakie istniały

quasistar

aby nabrać poczucia skali

możemy je porównać do największych gwiazd jakie istnieją dziś

nasze Słońce jest obok nich jak ziarnko piasku

nie wiemy czy quasistars istnieją

ale są interesującym tworem

który mógłby zasilać wzrost czarnych dziur

teoria mówi, że materia we wczesnym wszechświecie była tak gęsta

że quasistars mogły osiągać masę tysiące razy większą niż nasze Słońce

rdzeń takich gwiazd mógł być zmiażdżony przez własną masę

aż zapadały się one do czarnych dziur, gdy gwiazda jeszcze się tworzyła

w przeciwieństwie do dzisiejszych gwiazd

doprowadziłoby to do ich zniszczenia

wewnątrz quasistar mógła powstać śmiercionośna równowaga

grawitacja ściskałaby super gwiazdę

karmiąc czarną dziurę

i podrzewając materię wpadającą do niej

do takiego stopnia

że ciśnienie promieniowania utrzymywało gwiazdę stabilną

a szybko rosnące czarne dziury

mogłyby być w stanie pochłonąc quasistar przez miliard lat

i urosnąć do o wiele większych rozmiarów niż współczesne gwiezdne czarne dziury

czarne dziury kilka tysiecy razy cięższe niż masa Słońca

i szersze niż cała ziemia

te czarne dziury mogą stać się ziarnem dla

supermasywnych czarnych dziur

wiec teraz docieramy do królów naszego wszechświata

najwiekszych pojedynczych obiektach jakie istnieją

centra wiekszości galaktyk zawierają supermasywne czarne dziury

a są one przeogromne

w drodze mlecznej mamy Sagittarius A*

supermasywną czarną dziurę

o masie równej 4 milionom mas Słońca

która jest spokojna i robi co do niej należy

wiemy, że tam jest

ponieważ widzimy wiele gwiazd

które są rzucane przez wydawałoby się puste miejsce

i pomijając jej olbrzymią masę

jej promień jest tylko 70 razy większy od naszego Słońca

mniejszy niż większość gigantycznych gwiazd

ale milion razy bardziej masywny

ponieważ supermasywne czarne dziury są tak wielkie

i znajdują się w centrum galaktyki

wiele osób wyobraża je sobie jak słońce w układzie słonecznym

jak kotwica, która trzyma wszystko razem

i zmusza to do orbitowania

ale jest to nieporozumienie

podczas gdy Słońce stanowi 99,86% całej masy w układzie słonecznym

supermasywne czarne dziury mają jedynie 0,001% masy swojej galaktyki

miliardy gwiazd w galaktykach

nie są z nimi związane grawitacyjnie

zamiast tego odpowiada za to grawitacyjny efekt czarnej materii

wiele supermasywnych czarnych dziur

nie jest łagodnymi olbrzymami

zwłaszcza kiedy żywią się

chmurami masy w swoich galaktykach

ta w centrum galaktyki BL Lecertae

pochłania tak wiele materii

że produkuje podmuchy plazmy

przyspieszonej niemalże do prędkości światła

gdyby Ziemia orbitowała w okół tego wielkiego obiektu

wyglądałoby na 115 razy większe od Słońca na niebie

i bylibyśmy spaleni na wiórek w sekundę

przez jego gorący dysk akrecyjny

w tym momencie czarne dziury są już tak duże

że gwiazdy wydają się być śmiesznie małe

w porównaniu do nich

galaktyka Cygnus A ma supermasywną czarną dziurę

o masie 2,5 miliarda mas Słońca

i szerokiej na 14,7 miliarda kilometrów

co znaczy, że gdyby zajęła ona miejsce naszego Słońca

pochłonęłaby wszystkie planety

i rozciągałaby się w pół drogi do granicy naszego układu słonecznego

pożera ona tyle masy i materii

że zbija swój dysk w magnetyczny lej

wypluwając gazy

tworząc ogromne płaty radiowe

piętrzące się nad galaktyką

o średnicy pół miliona lat świetlnych

to 2,5 drogi mlecznej na szerokość

inna całkiem duża supermasywna czarna dziura

znajduje się w galaktyce Messier 87

ma ona masę 6,5 miliarda mas Słońca

i była pierwszą czarną dziurą którą udało się sfotografować

lub raczej żarzącego się gazu

wokół krawędzi groźnego cienia

ta kula ciemności jest tak olbrzymia

że pokryłaby nasz cały układ słoneczny

a jednak istenie coś znacznie większego niż te obiekty

ultramasywne czarne dziury

teraz osiągneliśmy największe czarne dziury

prawdopodobnie największe pojedyncze obiekty jakie będą kiedykolwiek istnieć

te czarne dziury pochłoneły tak wiele

że urosły do rozmiarów dziesiątek miliardów mas Słońca

ich grawitacja napędza kwazar

dysk akrecyjny świecący jaśniej niż tysiące galaktyk pełnych gwiazd

są tak masywne, że zasługują na własną nazwę

ultramasywne czarne dziury

ultramasywna czarna dziura w centrum galaktyki OJ 297

ma 18 miliardów mas Słońca

jest tak duża

że ma supermasywną czarną dziurę prawie 14 razy większą niż Saggitarius A*

orbitującą wokół siebie

to definiuje wyobraźnie

i jest trudno to porównać to z czymkolwiek

może wygodnie zmieścić trzy układy słoneczne

ułożone jeden obok drugiego w swoim wnętrzu

skończmy ten zwariowany konkurs

i dojdzmy do króla królów

TON 618

czarna dziura, którą możemy obserwować

pochłania masę równoznaczną z masą galaktyk

lśni z jasnością setki bilionów gwiazd

widoczna z odległości 18 miliardów lat świetlnych

ma masę równą 66 miliardów mas Słońca

czarna dziura tak duża

że zajęłoby światłu tydzień aby dotrzeć do jej osobliwości

po przekroczeniu horyzontu zdarzeń

około jedenastu układów słonecznych mogłoby się w nim zmieścić

to być może pojedyńczy największy obiekt we wszechświecie

ale w rzeczywistości jest prawdopodobnie nawet większa

ponieważ TON 618 jest tak daleko

obserwujemy tylko jak wyglądała 10 miliardów lat temu

w każdym razie czarne dziury są przerażające

i tajemnicze

i gigantyczne

będą tu gdy wszystko inne zginie

i będą rosły większe i większe

ok

teraz przejdzmy tą drogę jeszcze raz

od najmniejszych możliwych czarnych dziur

aż do tych największych

spróbujmy dziś czegoś nowego

możemy to nazwać “za kłamstwami”

krótkie “za kulisami”

o niezbędnych niedokładnościach w tym wideo

ponieważ to nie jest do końca możliwe

uszeregować czarne dziury jak karty kolekcjonerskie

jak to?

skatalogowaliśmy miliony gwiazd

jednak mamy dane na temat tylko

kilku tuzinów czarnych dziur

to dlatego że wypatrywanie czarnych dziur

nie było modne przez ostanich pięćdziesiąt lat

i technicznie rzecz biorąc dalej nie jest

ponieważ nie możemy zobaczyć czarnych dziur

możemy jedynie wyciągać wnioski o ich właściwościach

obserwując efekty grawitacyjne

materii dookoła nich

takich jak orbity gwiazd, które są blisko nich

efekt ten zależy od masy czarnej dziury

którą możemy prosto przybliżyć używając praw Keplera

ale jest to obarczone wielkimi niepewnościami i słupkami błędu

wtedy musimy zamienić masę na rozmiar

co wprowadza kolejne niepewności

na przykład obliczyliśmy promień z masy używając równiania Schwarzschilda

które zakłada dla uproszczenia, że czarne dziury są idealnie okrągłe

i nie obracają się

takie czarne dziury nie istnieją

rzeczywistość jest taka, że fizyka w takiej skali jest nieco nieostra

więc niektóre czarne dziury, o których tu mówiliśmy

są o wiele mniejsze lub o wiele większe

po prostu nie wiemy tego na pewno

omijaliśmy ten temat

przez porównywanie różnych źródeł z różnymi wartościami

i używając innych przeliczeń masy

co doprowadziło do standaryzowanej listy

dzięki czemu byliśmy tak dokładni jak to po ludzku jest możliwe

możesz spojrzeć na to wszystko w naszym pliku źródłowym

jako rezultat ten scenariusz został napisany

ze łzami ekspertów, których doprowadzaliśmy do obłedu

przez naszą obsesję o najlepsze dane z jakimi oni mogli żyć

w tym procesie wiele rzeczy zostało wyciętych

i nie dostało się do ostatecznej wersji wideo

ale na szczęście udało nam się naleźć sposób, żeby wszystkiego nie zmarnować

stworzyliśmy wiele gadżetów związanych z czarnymi dziurami

obejmując cały zakres od szalonych do bardziej poważnych

dzięki temu możemy odkryć ten temat pod innym kątem

a ty możesz kontynuować zabawę z czarnymi dziurami

nawet gdy to wideo się skończy