10 konstigaste saker vi lärde oss om svarta hål 2021

Forskare som studerar svarta hål kan vara säkra på att det år efter år kommer att göras spektakulära upptäckter. 2021 var inget undantag, med många spännande nya resultat om dessa märkliga gravitationsmonster. Idag kommer vi att överväga det mest spännande upptäckt svarta hål i år och hur de främjar vår förståelse av universum.

Det snabbast roterande svarta hålet

Även de mest studerade svarta hålen kan överraska. I februari reviderade fysiker sina uppskattningar av egenskaperna hos det kosmiska monstret i hjärtat av Cygnus X-1-systemet, som också råkade vara det första svarta hålet som bekräftats existera. Det svarta hålet Cygnus X-1, som först upptäcktes för nästan 60 år sedan, har visat sig vara 50 % mer massivt än tidigare trott, 21 gånger solens massa och kretsar mycket nära ljusets hastighet, vilket sätter ett nytt rekord för svarta hål.

Det svarta hålet i Cygnus X-1 är cirka 7200 XNUMX ljusår bort och slukar långsamt sin blå superjätte följeslagare, vilket ger forskare ny insikt i sådana processer.

Läs också: Hur många svarta hål i universum?

Spaghettifierad stjärna

När en stjärna kommer för nära kanten på ett svart hål river gravitationskrafterna isär den till långa filament som dras in i det svarta hålets mun. Denna process, känd som "spaghettifiering", producerar ljus när stjärnmaterial värms upp genom friktion, vilket gör att astronomer kan fånga denna skrämmande handling i all sin glans. I maj märkte forskare för första gången en stjärna som krossades och absorberades på detta sätt av ett svart hål som vägde 30 miljoner gånger solens massa och beläget i mitten av galaxen 750 miljoner ljusår från jorden.

Förutom att samla in viktiga data om spaghettifaktion, hjälpte observationerna forskare att skapa en otrolig visualisering av stjärnans absorption.

Läs mer: Astronomer upptäckte för första gången konsekvenserna av "spaghettifieringen" av en stjärna av ett svart hål

LIGO visar att Hawking har rätt

I juni såg forskare vid Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) två supermassiva svarta hål smälta samman till ett och analyserade krusningarna i rymdtidens väv, kallade gravitationsvågor, orsakade av att de svarta hålen rörde sig i hög hastighet

De fann att ytan på det resulterande svarta hålet är större än de två första tillsammans. Förutom att få överraskande data hjälper studiens resultat till att bevisa en gissning från den brittiske astrofysikern Stephen Hawking 1971, känd som teoremet om det svarta hålet. Teoremet säger att ytarean av ett svart hål inte kan minska med tiden, en lag som härletts av Hawking med hjälp av Einsteins allmänna relativitetsteori. Och även hans förståelse av entropi. Medan forskningsresultaten var en seger för Hawking, lämnade de fysiker förbryllade. Enligt kvantmekaniken ska svarta hål dra ihop sig och avdunsta, så det är inte klart hur man ska förena detta med Hawkings lag att deras yta alltid ska öka.

Också intressant: Forskare har kommit på hur man lyssnar på gravitationsvågorna från Big Bang

Sammanslagningen av ett svart hål och en neutronstjärna

I juni meddelade forskare som arbetar med LIGO att de för första gången var säkra på att de hade sett svarta hål smälta samman till kompakta kroppar som kallas neutronstjärnor. Tillsammans med svarta hål är neutronstjärnor ett möjligt slutresultat av döden av en massiv stjärna, när stjärnan exploderar som en supernova och lämnar kvar rester. Även om LIGO har sett antydningar om potentiella sammanslagningar mellan svarta hål och neutronstjärnor tidigare, har bara i år två signaler definitivt bevisat att sådana sammanslagningar äger rum.

Båda signalerna upptäcktes i januari 2020, med cirka 10 dagars mellanrum. I det första fallet absorberade ett svart hål med en massa sex gånger solens massa en neutronstjärna med en massa en och en halv gånger solens, och i det andra ett svart hål med en massa nio gånger den Sol och en neutronstjärna med en massa som är dubbelt så stor som solen.

Redaktörens rekommendation: Astrofysiker spårade för första gången sammanslagning av neutronstjärnor och svarta hål

Tidiga svarta hål orsakar stormar

Nästan varje känd galax har ett supermassivt svart hål i mitten, vilket tyder på en nära relation mellan två kosmiska objekt. Men forskare förstår fortfarande inte hur ett svart hål påverkar sin galaktiska värd. En studie som publicerades i juni fann att den snabba vinden blåser från en 13 miljarder år gammal galax, nästan lika gammal som universum självt. Detta är det tidigast upptäckta exemplet på en galaktisk vind som bryter ut från supermassiva svarta hål när de absorberar omgivande gas och damm.

Dessutom rör sig de kraftiga vindarna, som rör sig med cirka 1,8 miljoner km/h, tillräckligt snabbt för att blåsa material över galaxen och troligen hindra stjärnbildning. Detta tyder på att galaxer och deras svarta hål har en uråldrig och mycket nära koppling.

Läs också: Forskare har upptäckt röntgenstrålning bortom händelsehorisonten för ett svart hål

Ljusekon visar att Einstein har rätt

Stephen Hawking var inte ensam om att erövra svarta hål i år. I juli filmade astronomer röntgenstrålar från det supermassiva svarta hålet i mitten av spiralgalaxen Zwicky, som är 1,8 miljarder ljusår bort. Inte bara upptäckte forskarna ljus som kom från framsidan av det svarta hålet, utan de kunde också hitta konstiga ekon av ljus som de inte kunde upptäcka först.

De verkade komma från baksidan av det svarta hålet, vilket betyder att den jättelika varelsen förvrängde rymdtidens väv så mycket att ljus drogs från ena sidan av det svarta hålet till den andra. Denna process motsvarar exakt vad som skulle förväntas av Einsteins allmänna relativitetsteori, men den har ännu inte slutgiltigt upptäckts.

Aliens kan utnyttja kraften i ett svart hål

Forskare är inte rädda för att göra antaganden så länge de är baserade på relevanta data. I augusti föreslog en grupp astronomer i Taiwan att tekniska utomjordingar kunde skörda energi från svarta hål med hjälp av hypotetiska megastrukturer kända som Dyson-sfärer som omger stjärnan. Även om svarta hål anses vara mörka, avger de stora mängder energi eftersom de livnär sig på det omgivande materialet, som värms upp och avges som ljus.

Astronomer undrade om en utomjordisk art kunde placera orbitala plattformar täckta av något som solpaneler runt ett svart hål för att absorbera dess energiexplosioner. Eftersom svarta hål är mindre än stjärnor, skulle detta göra det möjligt för utomjordingar att spara på byggmaterial och potentiellt tillåta dem att lagra otroliga mängder energi.

Fler detaljer:  Vad är en Dyson-sfär och varför har vi inte byggt en?

Vandrande svarta hål kan bosätta sig i vår galax

Omkring 12 supermassiva, osynliga svarta hål kan lurar i utkanten av Vintergatan. Denna slutsats kom i augusti, när forskare publicerade resultaten av en ny simulering av galaxkollisioner. Under sådana massiva händelser kan gravitationskrafter få supermassiva svarta hål, som väger miljoner eller miljarder gånger mer än solen, att flyga och ströva runt i rymdens djup.

Några av dem kan så småningom bosätta sig i halos av galaxer som vår egen, och en galax lika stor som Vintergatan har i genomsnitt cirka 12 galaxer. Astronomer hoppas kunna ta reda på hur man söker efter dessa förlorade jättar för att verifiera deras simuleringars noggrannhet.

Läs också: Ett svart hål har upptäckts i en stjärnhop utanför vår galax

Det närmaste paret svarta hål har upptäckts

I december registrerade teleskop bevis på existensen av det närmaste paret av svarta hål till vår planet, som kretsar runt varandra på ett avstånd av cirka 89 miljoner ljusår från jorden i konstellationen Vattumannen. Det tidigare rekordparet av svarta hål är fem gånger längre bort än detta, vilket innebär att forskare har möjlighet att studera sådana system mer i detalj än tidigare. Båda medlemmarna i duon är tyngdlyftare - den större har en massa på nästan 154 miljoner solar, och den mindre är 6,3 miljoner gånger mer massiv än vår stjärna.

De kretsar runt varandra på ett avstånd av endast 1600 250 ljusår – en slant med kosmiska mått mätt och ett annat rekord som indikerar att de om XNUMX miljoner år kommer att smälta samman till ett gigantiskt svart hål.

Läs mer: Very Large Telescope har upptäckt det närmaste paret supermassiva svarta hål

Ett svart hål för stort för sin galax

En liten galax som kretsar runt vår egen omkring 820 50 ljusår bort verkar innehålla något konstigt. Dvärggalaxen Leo I, som är XNUMX gånger mindre än Vintergatan, är värd för ett supermassivt svart hål som har nästan samma massa som det svarta hålet i mitten av Vintergatan. Astronomer undrar hur ett så stort svart hål hamnade i en så liten galax.

"Det finns ingen förklaring till förekomsten av den här typen av svarta hål i dvärg sfäroidala galaxer," sa Maria Jose Bustamante, doktorand i astronomi vid University of Texas i Austin, i ett uttalande. Vi kommer att behöva vänta de närmaste åren för att förstå exakt vad detta betyder för utvecklingen av svarta hål och galaxer.

Läs också:

• Uppstod svarta hål direkt efter Big Bang?
• Very Large Telescope har upptäckt det närmaste paret supermassiva svarta hål