Astronomia

Un buco nero distante (rilevato a causa della sua massa) potrebbe essere in realtà una sfera di Dyson?

Un buco nero distante (rilevato a causa della sua massa) potrebbe essere in realtà una sfera di Dyson?

Quando il buco nero viene rilevato solo a causa dei suoi effetti gravitazionali su altre stelle e sulla loro luce, potrebbe essere possibile che sia in realtà una sfera di Dyson funzionante?

Avrebbe comunque almeno la massa della stella ma bloccherebbe anche tutta la luce che emette.

Ho avuto l'idea guardando questo video di Kurzgesagt sulle sfere di Dyson


La cosa qui è che una Sfera di Dyson non "blocca tutta la luce che emette" - ciò violerebbe la conservazione dell'energia. Assorbe la radiazione da qualsiasi corpo che circonda e poi la ri-irradia.

In quanto tale, è probabile che irradi qualcosa come uno spettro di corpo nero dall'aspetto relativamente normale, piuttosto che i raggi X del plasma dalla materia che cade in un buco nero, o il quasi nulla (quindi "nero") da un buco nero senza caduta .

Come sottolineato nel commento di @SteveLinton, la sfera di Dyson sarebbe molto più grande della stella o di un buco nero della stessa massa per non fondersi, quindi a quella distanza la deflessione sarebbe molto inferiore, poiché si ridimensiona come raggio inverso:

$$circa frac{m}{r}$$.


Buco nero

UN buco nero è una regione dello spaziotempo in cui la gravità è così forte che nulla, nessuna particella o radiazione elettromagnetica come la luce, può sfuggire da essa. [1] La teoria della relatività generale prevede che una massa sufficientemente compatta possa deformare lo spaziotempo per formare un buco nero. [2] [3] Il confine senza via di fuga è chiamato orizzonte degli eventi. Sebbene abbia un enorme effetto sul destino e sulle circostanze di un oggetto che lo attraversa, secondo la relatività generale non ha caratteristiche rilevabili localmente. [4] In molti modi, un buco nero si comporta come un corpo nero ideale, poiché non riflette la luce. [5] [6] Inoltre, la teoria quantistica dei campi nello spaziotempo curvo prevede che gli orizzonti degli eventi emettano radiazione di Hawking, con lo stesso spettro di un corpo nero di una temperatura inversamente proporzionale alla sua massa. Questa temperatura è dell'ordine di miliardesimi di kelvin per i buchi neri di massa stellare, rendendo praticamente impossibile l'osservazione diretta.

Gli oggetti i cui campi gravitazionali sono troppo forti perché la luce possa sfuggire furono considerati per la prima volta nel XVIII secolo da John Michell e Pierre-Simon Laplace. [7] La ​​prima soluzione moderna della relatività generale che caratterizzerebbe un buco nero fu trovata da Karl Schwarzschild nel 1916, e la sua interpretazione come una regione di spazio dalla quale nulla può sfuggire fu pubblicata per la prima volta da David Finkelstein nel 1958. I buchi neri erano lunghi considerata una curiosità matematica, solo negli anni '60 il lavoro teorico ha dimostrato che si trattava di una previsione generica della relatività generale. La scoperta delle stelle di neutroni da parte di Jocelyn Bell Burnell nel 1967 ha suscitato interesse per gli oggetti compatti collassati gravitazionalmente come possibile realtà astrofisica. Il primo buco nero noto come tale fu Cygnus X-1, identificato da diversi ricercatori indipendentemente nel 1971. [8] [9]

I buchi neri di massa stellare si formano quando stelle molto massicce collassano alla fine del loro ciclo di vita. Dopo che un buco nero si è formato, può continuare a crescere assorbendo massa dall'ambiente circostante. Assorbendo altre stelle e fondendosi con altri buchi neri, buchi neri supermassicci di milioni di masse solari ( M ) può formarsi. C'è consenso sul fatto che i buchi neri supermassicci esistano nei centri della maggior parte delle galassie.

La presenza di un buco nero può essere dedotta attraverso la sua interazione con altra materia e con radiazioni elettromagnetiche come la luce visibile. La materia che cade su un buco nero può formare un disco di accrescimento esterno riscaldato dall'attrito, formando i quasar, alcuni degli oggetti più luminosi dell'universo. Le stelle che passano troppo vicino a un buco nero supermassiccio possono essere fatte a pezzi in stelle filanti che brillano molto prima di essere "inghiottite". [10] Se ci sono altre stelle in orbita attorno a un buco nero, le loro orbite possono essere utilizzate per determinare la massa e la posizione del buco nero. Tali osservazioni possono essere utilizzate per escludere possibili alternative come le stelle di neutroni. In questo modo, gli astronomi hanno identificato numerosi candidati a buchi neri stellari nei sistemi binari e hanno stabilito che la sorgente radio nota come Sagittarius A*, al centro della galassia della Via Lattea, contiene un buco nero supermassiccio di circa 4,3 milioni di masse solari.

L'11 febbraio 2016, la collaborazione scientifica LIGO e la collaborazione Virgo hanno annunciato la prima rilevazione diretta di onde gravitazionali, che ha rappresentato anche la prima osservazione di una fusione di buchi neri. [11] A dicembre 2018 [aggiornamento], sono stati osservati undici eventi di onde gravitazionali originati da dieci buchi neri in fusione (insieme a una fusione di stelle di neutroni binarie). [12] [13] Il 10 aprile 2019 è stata pubblicata la prima immagine diretta di un buco nero e delle sue vicinanze, a seguito delle osservazioni fatte dall'Event Horizon Telescope (EHT) nel 2017 del buco nero supermassiccio nel centro galattico di Messier 87. [14] [15] [16] Nel marzo 2021, la collaborazione EHT ha presentato, per la prima volta, un'immagine polarizzata del buco nero che potrebbe aiutare a rivelare meglio le forze che danno origine ai quasar. [17]

A partire dal 2021, il corpo conosciuto più vicino pensato per essere un buco nero si trova a circa 1500 anni luce di distanza (vedi Elenco dei buchi neri più vicini). Sebbene finora nella Via Lattea siano stati trovati solo un paio di dozzine di buchi neri, si pensa che siano centinaia di milioni, la maggior parte dei quali sono solitari e non causano emissione di radiazioni, [24] quindi sarebbero rilevabili solo mediante lenti gravitazionali. .


Possiamo distinguere tra un buco nero distante e una sfera di dyson?

Stavo solo guardando un video sul paradosso di Fermi, e mentre va oltre la parte in cui non abbiamo ancora rilevato nessuna civiltà, anche se dovremmo. Quindi menziona le sfere di dison (cioè avvolgere una stella in pannelli solari per utilizzare completamente tutta la sua produzione. Ecco cosa mi dà fastidio:

Il buco nero più vicino è già a poche migliaia di anni luce di distanza. Per quanto ne so (astronomo per hobby), non possiamo effettivamente risolvere i corpi anche delle stelle più vicine. A una distanza di 1000 anni luce o più, noi dovrebbero non essere in grado di dire la dimensione angolare di un corpo usando l'ottica (usiamo la luminosità), quindi una sfera di metallo di 100 milioni di km non sarebbe così diversa da una minuscola singolarità. E una volta superato l'arduo compito di costruire un involucro metallico più grande di tutte le infrastrutture umane sulla terra per ordini e ordini di grandezza, allora il calore riemesso che si diffonde attraverso l'intera architettura potrebbe probabilmente essere assorbito e contenuto (o diffuso così debole che sarebbe appena visibile). In realtà non sappiamo quanto grande dovrebbe essere una sfera di Dyson per funzionare correttamente e sostenere le emissioni di vento solare/coronale, che ancora oggi friggono l'elettronica. Per quanto ne sappiamo, sarebbe così grande che la radiazione del corpo nero sarebbe trascurabile.

TLDR: C'è un modo per rilevare la differenza tra un buco nero o una stella in una sfera di Dyson?


Il primo buco nero di massa stellare rilevato è molto più pesante del previsto

Scienziati australiani, lavorando come parte di un team internazionale, hanno utilizzato un telescopio delle dimensioni di un continente per misurare con precisione la distanza dal primo candidato a buco nero di massa stellare, Cygnus X-1, e hanno rivisto la massa dell'oggetto compatto a 50 % più pesante di quanto inizialmente pensato.

Dalla metà degli anni Sessanta e fino all'inizio degli anni Settanta, mentre i razzi sonda e i satelliti si dirigevano in orbita e trasportavano contatori Geiger, gli scienziati hanno iniziato a notare una serie di sorgenti di raggi X sopra l'atmosfera terrestre, provenienti da lontane località astronomiche.

I dati di uno di questi strumenti a bordo del satellite Uhuru hanno rivelato qualcosa di piuttosto interessante su una particolare sorgente di raggi X, che ha attirato l'attenzione degli astrofisici. Ha mostrato che qualunque cosa stesse emettendo i raggi X, fluttuava diverse volte al secondo e che l'oggetto era relativamente piccolo - in effetti troppo piccolo (circa 10 5 km di diametro) per essere una delle stelle luminose che si trovavano all'interno della regione .

Dopo un'attenta ispezione e localizzazione, è stato scoperto che una gigantesca supergigante blu era notevolmente vicina alla fonte dei raggi X, ma non era il tipo di oggetto che dovrebbe emettere questi raggi X. Invece, gli scienziati hanno osservato gli spostamenti doppler nello spettro di questa supergigante blu e hanno scoperto che un oggetto massiccio, compatto e invisibile lo stava trascinando nello spazio in un'orbita abbastanza stretta.

Da queste osservazioni doppler è stato possibile dedurre la sua massa, che all'epoca era circa 14 volte la massa del Sole, schiacciato in una regione di spazio estremamente piccola. L'oggetto era troppo massiccio per essere una stella di neutroni e le sue dimensioni e la sua produzione di energia non si adattavano a nessun modello di altre stelle.

Questa è stata la prima volta che è stato osservato un candidato a un buco nero di massa stellare. Lo chiamavano Cygnus X-1.

Fino a quel momento, i buchi neri erano rimasti il ​​prodotto della relatività generale (GR) di Einstein, un risultato di equazioni teoriche che descrivono la gravità e, in particolare, cosa accadrebbe allo spazio-tempo se si comprimesse abbastanza materia in uno spazio abbastanza piccolo.

Tanto che una famosa scommessa scientifica tra i fisici Stephen Hawking e Kip Thorne iniziò nel 1974 su ciò che Cygnus X-1 potrebbe effettivamente essere (Thorne scommise che era un buco nero, Hawking contro), con la scommessa che volgeva al termine in 1990 quando Hawking cedette e ammise che si trattava davvero di un buco nero di massa stellare.

Ora, in un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Scienza, gli scienziati australiani hanno lavorato nell'ambito di una collaborazione internazionale per misurare accuratamente la distanza da Cygnus X-1, e da questo determinarne la massa con una maggiore precisione, con i risultati che hanno portato gli astronomi a mettere in dubbio ciò che sanno di questi misteriosi oggetti.

I nuovi dati ora mostrano che questo primissimo candidato a un buco nero di massa stellare è molto più pesante del previsto, con un peso di 21 volte la massa del nostro Sole, rispetto a quanto originariamente determinato (circa 14 volte la massa del nostro Sole ). Un aumento di massa di circa il 50%.

Utilizzando il Very Long Baseline Array, un radiotelescopio delle dimensioni di un continente composto da 10 parabole separate sparse negli Stati Uniti, il team ha utilizzato una tecnica che sfrutta l'orbita della Terra attorno al Sole, nota come parallasse.


Rilevato un buco nero supermassiccio in movimento

I ricercatori del Center for Astrophysics / Harvard & Smithsonian hannos identificato il caso più chiaro fino ad oggi di un buco nero supermassiccio in movimento, che pubblicano sull'Astrophysical Journal. Gli scienziati hanno a lungo teorizzato che i buchi neri supermassicci possono vagare nello spazio, ma coglierli sul fatto si è dimostrato difficile.

"Non ci aspettiamo che la maggior parte dei buchi neri supermassicci si muovano, in genere si accontentano di sedersi", afferma Dominic Pesce, l'astronomo che ha guidato lo studio, in una dichiarazione. “Sono così pesanti che è difficile farli andare avanti. Considera quanto sia più difficile calciare una palla da bowling in movimento che calciare un pallone da calcio, rendendosi conto che in questo caso, la ‘palla da bowling’ è parecchi milioni di volte la massa del nostro Sole. Ciò richiederà un calcio piuttosto potente. ”

Pesce e i suoi collaboratori hanno lavorato per osservare questo raro evento negli ultimi cinque anni confrontando le velocità di buchi neri e galassie supermassicci. “Ci chiediamo: le velocità dei buchi neri sono le stesse delle velocità delle galassie in cui risiedono?” Spiega. “Speriamo che abbiano la stessa velocità. In caso contrario, ciò implica che il buco nero è stato disturbato

Per la loro ricerca, il team ha inizialmente esaminato 10 galassie lontane e i buchi neri supermassicci nei loro nuclei. Hanno studiato specificamente i buchi neri che contenevano acqua all'interno dei loro dischi di accrescimento, le strutture a spirale che ruotano nel buco nero.

Mentre l'acqua orbita attorno al buco nero, produce un raggio di luce radio simile a un laser noto come maser. Quando studiato con una serie combinata di antenne radio utilizzando una tecnica nota come interferometria della linea di base molto lunga (VLBI), i maser possono aiutare a misurare la velocità di un buco nero in modo molto preciso, dice Pesce. La tecnica ha aiutato il team a determinare che nove dei 10 buchi neri supermassicci erano a riposo, ma uno si è distinto e sembrava essere in movimento.

Situato a 230 milioni di anni luce dalla Terra, il buco nero è al centro di una galassia chiamata J0437 + 2456. La sua massa è circa tre milioni di volte quella del nostro Sole. Utilizzando osservazioni di follow-up con gli osservatori di Arecibo e Gemini, il team ha ora confermato i risultati iniziali. Il buco nero supermassiccio si muove a una velocità di circa 177.000 chilometri all'ora all'interno della galassia J0437 + 2456.

Ma cosa sta causando il movimento è sconosciuto. La squadra sospetta che ci siano due possibilità. “Potremmo guardare alle conseguenze del fusione di due buchi neri supermassicci“dice Jim Condon, un radioastronomo del National Radio Astronomy Observatory che ha partecipato allo studio.” Il risultato di tale fusione potrebbe far recedere il neonato buco nero, e potremmo osservarlo nell'atto di allontanarsi. o durante la stabilizzazione di nuovo. Ma c'è un'altra possibilità, forse anche più eccitante: il buco nero può essere parte di un sistema binario.

“Nonostante tutte le aspettative che dovrebbero esserci davvero in abbondanza, gli scienziati hanno faticato a identificare chiari esempi di buchi neri binari supermassicci,”, dice Pesce. “Ciò che potremmo vedere nella galassia J0437 + 2456 è uno dei buchi neri di quella coppia, e l'altro rimane nascosto alle nostre osservazioni radio a causa della sua mancanza di emissione maser. Alla fine, tuttavia, saranno necessarie ulteriori osservazioni per individuare la vera causa del movimento insolito di questo buco nero supermassiccio.


I ricercatori dell'IIT Bombay, Gandhinagar, aiutano a rilevare il buco nero più pesante e distante

L'immagine è utilizzata solo a scopo rappresentativo. (immagini Getty)

MUMBAI: Il rilevamento del più pesante e del più

finora da un team di ricercatori di

e IIT-Gandhinagar, sebbene sconcertante per la comunità scientifica, può aprire varie possibilità nello studio delle onde gravitazionali.

Congratulazioni!

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I buchi neri si formano quando una stella massiccia collassa e muore. Quando due buchi neri in un sistema binario sono in orbita, emettono onde gravitazionali e perdono energia. Quando si avvicinano l'uno all'altro, si scontrano provocando un grande

segnale. Gli scienziati di questi due istituti hanno rilevato questo segnale proveniente dalla collisione di due enormi buchi neri utilizzando i dati del Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti e del rivelatore VIRGO in Italia, nell'ambito del programma internazionale

Collaborazione scientifica LIGO

, che comprende oltre 15 paesi.

La collisione è avvenuta circa 17,5 miliardi di anni luce fa e i segnali hanno viaggiato sulla terra e sono stati rilevati il ​​21 maggio 2019. "Ci è voluto un anno per comprendere e studiare i dati ed escludere segnali falsi", ha affermato Anand Sengupta, del dipartimento di fisica dell'IIT-Gandhinagar. L'onda gravitazionale rilevata dai ricercatori è stata denominata GW190521 e si dice che provenga dalla formazione di quello che i teorici chiamano un buco nero di massa intermedia. I risultati delle loro scoperte sono stati pubblicati in Physical Review Letters e

Il Giornale Astrofisico

I buchi neri sono classificati in tre tipi, ha spiegato Archana Pai, ricercatrice del dipartimento di fisica dell'IIT-Bombay. “Il buco nero di massa stellare, che è inferiore a 100 massa solare (una massa solare è la massa del nostro sole), i buchi neri supermassicci, quelli che pesano 10 lakh di massa solare e più e il terzo era il buco nero di massa intermedia – che si colloca tra questi due. Questo particolare buco nero di 142 massa solare è stato il risultato di una collisione tra due buchi neri del peso di 85 e 66 massa solare, che di per sé è un evento interessante nell'astronomia delle onde gravitazionali a causa del residuo di un buco nero di massa intermedia, ha detto Pai. Mentre collisioni di buchi neri sono state rilevate in precedenza dai rilevatori LIGO e Virgo, una collisione così massiccia e di questa età non è mai stata vista, ha detto.

"I risultati di questo enorme sistema di buchi neri hanno aperto ulteriori domande su come si formano questi enormi buchi neri, che potrebbero probabilmente essere il culmine della collisione di buchi neri di massa stellare più piccoli", ha affermato Pai. “I buchi neri di massa intermedia sono considerati elementi costitutivi di buchi neri supermassicci. È anche un passo avanti nello studio dei buchi neri supermassicci", ha aggiunto. Pai è stata accompagnata nella ricerca dal suo dottorando Koustav Chandra.

Più pesante è il sistema, più breve è la sua durata nella larghezza di banda sensibile del rivelatore LIGO, il che rende più difficile studiare tali segnali, ha affermato Sengupta. “Questi sistemi sono lontani da noi e quindi i segnali sono molto deboli. Dobbiamo usare diverse tecniche per setacciare i dati e confrontarli con i modelli teorici dei buchi neri che conosciamo. Ci è voluto un anno per confermare i nostri risultati", ha detto Sengupta.

Ha affermato che gli input di base per la loro ricerca provengono dai ricchi contributi del team LIGO India di diversi istituti del paese, tra cui IUCAA Pune, IISER Kolkata, Pune, ICTS Bengaluru, TIFR Mumbai, ecc. Sengupta ha affermato che ciò che è eccitante è il rilevamento del primo buco nero di massa intermedia, che sono stati dedotti in altre osservazioni ottiche, ma non attraverso il rilevamento delle onde gravitazionali. È un importante passo avanti nelle osservazioni astrofisiche, ha aggiunto.


7 risposte 7

Guarderò oltre le obiezioni riguardanti i buchi neri, la loro esplosione, la morte protonica, l'età dell'universo. Tutte valide obiezioni sì sì, tutte vere.

Prendo dall'OP che vuole che la sua gente sia in grado di guardare un'esplosione molto grande che si è verificata nelle loro vicinanze in un passato molto lontano.

Potrebbero usare uno specchio temporale gravitazionale.

Usando un telescopio molto potente, potremmo guardare proprio al bordo di un buco nero dove un percorso di luce lo ha fatto a 180 gradi attorno al buco nero a causa dell'effetto fionda della gravitazione. Se il buco nero fosse, diciamo, a 1000 anni luce di distanza da noi, guarderemmo indietro a noi stessi 2000 anni fa, uno specchio gravitazionale del passato. — BruceRH90, 3 dicembre 2004

Per vedere la tua antica esplosione, avresti bisogno di identificare un oggetto molto massiccio e molto distante, e avresti bisogno di telescopi molto precisi per visualizzare solo la luce che era stata piegata a forcina attorno a questo oggetto. Se la distanza è giusta dovresti vedere l'oggetto di interesse prima che esploda. Continua a guardare.

Il problema con enormi buchi neri è che quando uno è evaporato anche solo a metà, tutte le stelle dell'universo si sono esaurite, tutto il gas ha formato pianeti, stelle e galassie e si è esaurito. Tutto sarà freddo, buio e nient'altro che una nuvola in continua espansione. Stiamo parlando di trilioni su trilioni di anni.

E in quell'universo oscuro, solo i buchi neri emetterebbero ancora energia. Quindi, per il momento in cui quei buchi neri saranno evaporati con un'esplosione relativamente piccola di "solo" bombe nucleari degne di energia (rispetto al sole a malapena) non rimarrà più nulla per la tua civiltà in cui vivere.

Ma questo è il tuo universo. Si potrebbe dire che l'universo inizia a ridursi ad un certo punto (la sua espansione ha accelerato inaspettatamente, quindi potrebbe anche ridursi inaspettatamente) e/o che un nuovo evento di tipo big-bang ha ri-seminato l'universo con energia.

Mentre l'energia del buco nero potrebbe viaggiare alla velocità della luce, potrebbe comunque lasciare un'impronta nell'universo che la tua specie potrebbe rilevare. Dopotutto facciamo lo stesso per il Big Bang per vedere punti caldi e freddi e avere un'idea di come fosse: https://images.app.goo.gl/6UN2MVUxxPxnZhSc9

  1. Non possiamo vedere un buco nero, proprio perché è nero, cioè non emette radiazioni. Possiamo vedere un buco nero solo attraverso gli effetti che ha sulla materia circostante, come la perturbazione gravitazionale e l'emissione di radiazioni della materia che vi cade dentro.
  2. Quella radiazione viaggia alla velocità della luce, quindi nessuna civiltà potrebbe mai raggiungere quella radiazione una volta che è stata emessa.
  3. Nella nostra attuale comprensione dell'universo, il tempo è iniziato con il big bang. Quindi chiedere cosa c'era prima del big bang non ha senso, perché prima non c'era. Lo stesso vale per questo universo.

C'è un modo in cui una civiltà di una galassia che si è formata dai resti esplosi di un enorme buco nero super massiccio, potrebbe vedere quel buco nero prima che esplodesse?

È un'idea interessante, ma sfortunatamente i periodi di tempo non corrispondono.

L'ultima nana rossa (il tipo di corpo stellare più longevo di cui siamo a conoscenza) dovrebbe morire intorno

100 trilioni (1 x 10 14) di anni da oggi.

I buchi neri inizieranno ad evaporare solo quando l'input dalla radiazione cosmica di fondo a microonde inizierà a cedere alla radiazione di Hawking - circa un novemdecilion (1 x 10 60 ) anni da oggi, più o meno qualche trilione di trilioni di trilioni di anni.

Detto questo, forse un ponte Einstein-Rosen può aiutare con il tuo concetto? La definizione teorica di wormhole consente non solo di connettere punti nello spazio, ma anche in tempo.


'Megastruttura aliena gigante trovata nello spazio': cos'è una sfera di Dyson e cos'altro avremmo potuto trovare?

Gli scienziati hanno detto che l'enorme ammasso di oggetti è così strano che non hanno idea di cosa sia. E alcuni hanno ipotizzato che potrebbe essere uno sciame di megastrutture costruite dagli alieni, mentre altri dicono che potrebbe essere una delle più grandi nuvole di polvere spaziale mai viste.

I rapporti provengono da scoperte su una stella chiamata KIC 8462852, che è stata osservata dal telescopio spaziale Kepler, che cerca altri pianeti come il nostro. Vede i pianeti osservando le variazioni della luce che verrebbero viste mentre attraversano la loro stella, ma quando ha individuato la luce della stella appena famosa, i dati non sembravano indicare qualcosa a forma di pianeta.

Consigliato

Se si tratta di una megastruttura aliena, la ragione più probabile per costruirla sarebbe costruire una sfera di Dyson, un'enorme struttura a conchiglia che siederebbe interamente attorno a una stella, raccogliendo tutta l'energia che ne esce.

L'idea di una sfera di Dyson è iniziata come un esperimento mentale, basato sull'idea che le civiltà tecnologiche cercano gradualmente di sfruttare più energia. Il fine ultimo di quel processo graduale sarebbe cercare di sfruttare tutta l'energia dal suo sole - e il modo migliore per farlo sarebbe costruire un'enorme sfera attorno alla stella, raccogliendola attraverso una forma avanzata di pannello solare o simili.

Alcuni hanno sottolineato che qualsiasi possibile sfera di Dyson attorno alla stella KIC 8462852 deve essere finora incompleta: sta ancora lasciando passare la luce, che è l'unico modo in cui possiamo vederla. Ma in effetti potrebbe essere già stato completato, dal momento che la stella si trova a 1400 anni luce di distanza e quindi le nostre informazioni attuali su di essa hanno centinaia di anni.

La scala Kardashev è un modo per misurare il progresso tecnologico di una certa civiltà. Si basa sull'idea che man mano che le civiltà diventano più numerose, prima raccoglieranno energia dal loro pianeta, poi dalla loro stella e infine dalla loro galassia.

La sfera di Dyson sarebbe un esempio di un modo in cui una tale civiltà potrebbe raccogliere energia dalla loro stella.

La sfera di Dyson prende il nome da Freeman Dyson, un fisico teorico che ha reso popolare l'idea ma ha detto che avrebbe voluto che non avesse il suo nome.


Antichi buchi neri

Il quasar appena scoperto ospita un buco nero che stava crescendo a un ritmo insolitamente rapido. Il buco nero è circa 300 milioni di volte più massiccio del Sole e sta consumando il gas circostante a un ritmo allarmante.

"Il buco nero sta divorando la materia molto rapidamente, crescendo in massa a uno dei tassi più alti mai osservati", ha detto in una nota Chiara Mazzucchelli, ricercatrice dell'ESO in Cile e autrice principale dello studio.

Gli scienziati dietro la scoperta ritengono che la crescita del buco nero a questa velocità sia dovuta al materiale emesso dal quasar. I getti potrebbero disturbare il gas attorno al buco nero, rendendo più facile per il buco nero inghiottire il materiale circostante e crescere di dimensioni.

Perchè importa -La scoperta del quasar e del relativo buco nero fornisce agli scienziati informazioni su come i buchi neri raggiungano le loro enormi dimensioni così presto nell'universo, in un così breve periodo di tempo dopo il Big Bang.

Si ritiene inoltre che i quasar siano tra le prime fonti di luce che hanno reionizzato l'universo. Quando l'universo primordiale si è raffreddato dopo il Big Bang, il cosmo era opaco a causa della presenza di idrogeno neutro in tutto l'universo. Qualcosa ha causato la trasformazione dell'idrogeno neutro in uno stato ionizzato, rendendo trasparente il vuoto interstellare. Conoscere il processo attraverso il quale l'universo è stato reionizzato aiuta gli scienziati a ricostruire i primi anni dell'universo.

Questa galassia è particolarmente importante perché è una delle più antiche grandi galassie scoperte nell'universo primordiale e le galassie potrebbero essere ciò che ha causato la reinoizzazione del cosmo.

Qual è il prossimo - Gli astronomi sperano di trovare altri di questi quasar distanti per analizzare la relazione che hanno con i loro compagni buchi neri e capire come si formano e crescono queste bestie cosmiche in tutto l'universo.

"Trovo molto eccitante scoprire per la prima volta "nuovi" buchi neri e fornire un ulteriore elemento costitutivo per comprendere l'universo primordiale, da dove veniamo e in definitiva noi stessi", ha detto Mazzucchelli.

3 × 10 8 M ed è uno dei quasar ad accrescimento più rapido, coerente con l'accrescimento super-Eddington. La regione ionizzata intorno al quasar è tra le più grandi misurate a questi redshift, il che implica una fase attiva più lunga della vita media del z 6 popolazione quasar. Dai dati d'archivio, ci sono prove che la sua emissione di 1,4 GHz è diminuita di un fattore due negli ultimi due decenni. Lo spettro radio del quasar tra 1,4 e 3,0 GHz è ripido (α = −1.31). Assumendo la pendenza radio misurata ed estrapolando a rest-frame 5 GHz, il quasar ha un parametro di radio-loudness R2500

90. Una seconda sorgente radio ripida (α = -0,83) di luminosità paragonabile al quasar è solo 231 di distanza (

120 kpc a z = 6,82 probabilità di proiezione <2%), ma non mostra alcuna controparte ottica o nel vicino infrarosso. È necessario un ulteriore follow-up per stabilire se queste due fonti sono fisicamente associate.


Chiedi a Ethan: quanti buchi neri ci sono nell'universo?

Sebbene abbiamo visto buchi neri fondersi direttamente tre volte nell'Universo, ne conosciamo molti. [+] ne esistono altri. Ecco dove devono essere.

LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

Per la terza volta nella storia, abbiamo rilevato direttamente una firma inconfondibile dei buchi neri: le onde gravitazionali risultanti dalla loro fusione. Combina questo con ciò che sappiamo dalle orbite stellari attorno al centro galattico, alle osservazioni radio e a raggi X di altre galassie e alle misurazioni di caduta/velocità di gas, e l'evidenza dei buchi neri in una varietà di situazioni è innegabile. Ma ci sono abbastanza informazioni, da queste e da altre fonti, per insegnarci qual è veramente il numero e la distribuzione dei buchi neri nell'Universo? Questo è l'argomento di Ask Ethan di questa settimana, come chiede John Methot:

L'ultimo evento di LIGO mi ha fatto chiedere quanti siano i buchi neri, e questo mi ha fatto chiedere come sarebbe il cielo se potessimo vederli (e, per chiarezza, vedere *solo* buchi neri). qual è la distribuzione spaziale e di intensità dei buchi neri rispetto alla distribuzione delle stelle visibili?

Il tuo primo istinto potrebbe essere quello di fare osservazioni dirette, e questo è un ottimo inizio.

Una mappa dei 7 milioni di secondi di esposizione del Chandra Deep Field-South. Questa regione ne mostra centinaia. [+] di buchi neri supermassicci, ognuno in una galassia ben oltre la nostra.

NASA/CXC/B. Luo et al., 2017, ApJS, 228, 2

Il nostro miglior telescopio a raggi X di tutti è ancora l'osservatorio a raggi X Chandra. Dalla sua posizione nell'orbita terrestre, è in grado di identificare anche singoli fotoni provenienti da lontane sorgenti di raggi X. Prendendo un'immagine in campo profondo di una regione significativa del cielo, è stato in grado di identificare letteralmente centinaia di sorgenti puntiformi di raggi X, ognuna delle quali corrisponde a una galassia lontana oltre la nostra. Sulla base dello spettro energetico dei fotoni ricevuti, ciò che vediamo è l'evidenza di buchi neri supermassicci al centro di ogni galassia.

Ma per quanto incredibile sia questa scoperta, c'è molto di più là fuori di un solo enorme buco nero per galassia. Certo, ogni galassia, in media, ne ha almeno una di milioni o addirittura miliardi di masse solari, ma c'è molto di più.

Le masse dei sistemi binari di buchi neri conosciuti, comprese le tre fusioni verificate e una fusione. [+] candidato proveniente da LIGO.

LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet)

LIGO ha recentemente annunciato la sua terza rilevazione diretta di un robusto segnale di onde gravitazionali dalla fusione di buchi neri binari, insegnandoci che questi sistemi sono comuni in tutto l'Universo. Non abbiamo abbastanza statistiche per ottenere una stima numerica, poiché le barre di errore sono troppo grandi. Ma se si considera la portata attuale di LIGO, e il fatto che ha trovato un segnale una volta ogni due mesi (in media), possiamo tranquillamente dire che ci sono almeno dozzine di sistemi come questo in ogni galassia delle dimensioni della Via Lattea che possiamo sondare.

La gamma di Advanced LIGO e la sua capacità di rilevare la fusione dei buchi neri.

Collaborazione LIGO / Amber Stuver / Richard Powell / Atlas of the Universe

Inoltre, i nostri dati a raggi X ci mostrano che ci sono molti buchi neri binari di massa inferiore là fuori, anche forse una quantità significativa in più di questi di massa elevata a cui LIGO è più sensibile. E questo non conta nemmeno i dati che indicano l'esistenza di buchi neri che non si trovano in sistemi binari stretti, che è probabile che siano la stragrande maggioranza. Se ci sono dozzine di buchi neri binari medio-alti (10-100 di massa solare) nella nostra galassia, ci sono centinaia di buchi neri binari di bassa (3-15 massa solare) e almeno migliaia di buchi neri isolati (non binari). ) buchi neri di massa stellare.

Con un'enfasi su "almeno" in questo caso.

Perché i buchi neri sono incredibilmente difficili da rilevare. Così com'è, possiamo davvero vedere solo quelli più attivi, più massicci e più estremamente situati. I buchi neri che si ispirano e si fondono sono fantastici, ma ci si aspetta che queste configurazioni siano cosmologicamente rare. Quelli che sono visti da Chandra sono solo quelli più massicci e attivi, ma la maggior parte dei buchi neri non sono da milioni a miliardi di masse solari, e la maggior parte di quelli che sono così grandi non sono attualmente attivi. Quando si tratta dei buchi neri che vediamo effettivamente, ci aspettiamo che siano solo una piccola frazione di ciò che è effettivamente là fuori, nonostante quanto sia spettacolare ciò che vediamo in realtà.

What we perceive as a gamma ray burst may have its origin in merging neutron stars, which expel . [+] matter into the Universe, creating the heaviest elements known, but also give rise to a black hole in the end.

But we do have a way to arrive at a quality estimate to the number and distribution of black holes: we know how black holes are formed. We know how to make them from young and massive stars that go supernovae, from neutron stars that accrete or merge, and from direct collapse. And while the optical signatures of black hole creation are ambiguous, we've seen enough of stars, stellar death, cataclysmic events, and star formation over the Universe's history to be able to come up with exactly the numbers that we're seeking.

A supernova remnant arising from a massive star leaves a collapsed object behind: either a black . [+] hole or a neutron star, the latter of which may form a black hole under the right circumstances in the future.

NASA / Chandra X-ray Observatory

These three ways to make black holes are all rooted, if we trace things all the way back, to massive star-forming regions. In order to get a:

  1. Supernova, you need a star that's at least 8-10 times the mass of the Sun. Stars greater than about 20-40 solar masses will give you a black hole stars less than that will give you a neutron star.
  2. Neutron star merger or accretion to a black hole, you need either two neutron stars inspiraling or randomly colliding, or a neutron star siphoning mass off of a companion star to cross a threshold (around 2.5-3 solar masses) to become a black hole.
  3. Direct collapse black hole, you need enough material in one place to form a star

The visible/near-IR photos from Hubble show a massive star, about 25 times the mass of the Sun, that . [+] has winked out of existence, with no supernova or other explanation. Direct collapse is the only reasonable candidate explanation.

In our neighborhood, we can measure, of all the stars that form, how many of them are of the right mass to potentially lead to the formation of a black hole. What we find is that only about 0.1-0.2% of all stars nearby have enough mass to even have a supernova, with the vast majority forming neutron stars. Around half of the systems that form are binary systems, though, and most of the binaries that we've found have stars that are of comparable masses to one another. In other words, most of the 400 billion stars that have formed in our galaxy will never make a black hole.

The (modern) Morgan–Keenan spectral classification system, with the temperature range of each star . [+] class shown above it, in kelvin. The overwhelming majority (75%) of stars today are M-class stars, with only 1-in-800 being massive enough for a supernova.

Wikimedia Commons user LucasVB, additions by E. Siegel

But that's okay, because a few of them will. More importantly, however, a great many more likely did, albeit in the distant past. Whenever you form stars, you get a distribution of their masses: you get a few high-mass stars, many more intermediate-mass stars, and a very large number of low-mass stars. It's so severe that the lowest-mass class of stars, M-class (red dwarf) stars, which are just 8-40% the mass of the Sun, make up 3 out of every 4 stars in our vicinity. In many new star clusters, you only get a handful of high mass stars: the stars that can go supernova. But in the past, the galaxy had star-forming regions that were much larger and rich in mass than the ones the Milky Way has today.

The largest stellar nursery in the local group, 30 Doradus in the Tarantula Nebula, has the most . [+] massive stars thus far known to humanity. Hundreds of them will someday (in the next few million years) become black holes.

NASA, ESA, F. Paresce (INAF-IASF, Bologna, Italy), R. O'Connell (University of Virginia, Charlottesville), and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee

Above, you can see 30 Doradus, the largest star-forming region in the local group, with a mass of about 400,000 Suns. Within this region, there are thousands of hot, very blue stars, of which hundreds will likely go supernova. Somewhere between 10-30% of these will result in black holes, with the rest becoming neutron stars. If we consider that:

  • our galaxy had many regions like this in the past,
  • the largest star-forming regions have been concentrated along spiral arms and towards the galactic center,
  • and that where we see pulsars (neutron star remnants) and gamma-ray sources today, there are likely black holes, too,

we can come up with a map and an interpretation for where the black holes are.

NASA's Fermi Satellite has constructed the highest resolution, high-energy map of the Universe ever . [+] created. The map of the galaxy's black holes will likely trace the emissions seen here with a little more scatter, and resolved into millions of individual point sources.

NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

This is the Fermi all-sky map of gamma-ray point sources in the sky. It's a lot like the star map of our galaxy, except it strongly highlights the galactic disk. In addition, older sources fade away from gamma rays, so these are the recently-formed point sources.

Compared to this map, a map of black holes would appear:

  • More concentrated towards the galactic center,
  • Slightly more dispersed in width,
  • Containing a galactic bulge,
  • And would consist of somewhere around 100 million objects, give-or-take an order of magnitude.

If you created a hybrid of the Fermi map (above) and the COBE (infrared) map of the galaxy, below, you'd get a qualitative picture of where our galaxy's black holes were located.

The galaxy as seen in infrared from COBE. Although this map shows stars, black holes will follow a . [+] similar distribution, albeit more compressed in the galactic plane and more centralized towards the bulge.

Black holes are real, they're common, and the vast majority of them are quiet and difficult to detect today. The Universe has been around for a long time, and while we see a very large number of stars today, most of the very high-mass ones that ever existed — far more than 95% of them — died long ago. Where did they go? About a quarter of them have become black holes, and the millions upon millions of long-ago stars that did still lurk within our galaxy, with most galaxies exhibiting approximately the same ratio ours has.

A black hole more than a billion times the mass of the Sun powers the X-ray jet at the center of . [+] M87, but perhaps a billion other black holes exist in the galaxy. The density will be preferentially clustered towards the galactic center.

Elliptical galaxies will have their black holes in an elliptical swarm, clustered around the galactic center, similar to where stars are seen. Many black holes will migrate, over time, to the gravitational well at the center of a galaxy due to a process known as mass segregation, which is likely how supermassive black holes get so supermassive. But we don't have the direct evidence for this full picture at present until we have a way to image quiet black holes directly, we will never know for sure. Based on what we do know, however, this is the best picture we can construct. It's consistent, it's compelling, and all the indirect evidence points to this being the case.

The absorption of the millimetre-wavelength light emitted by electrons whizzing around powerful . [+] magnetic fields generated by the galaxy's supermassive black hole lead to the dark spot at this galaxy's center. The shadow indicates that cold clouds of molecular gas are raining in on the black hole.

NASA/ESA & Hubble (blue), ALMA (red)

In the absence of direct imaging, this is the best science can hope to do, and it tells us something remarkable: for every thousand stars we see today, there's approximately one black hole, on average, out there too, preferentially clustered in the denser regions of space. That's a pretty good answer for something that's almost completely invisible!


Guarda il video: Ligo e Virgo rilevano la fusione di buchi neri più distante mai osservata (Dicembre 2021).