Sterrekunde

Kan swart gate swaarder elemente smee wat nog ontdek moet word?

Kan swart gate swaarder elemente smee wat nog ontdek moet word?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Waarnemings

  • Die swaarste elemente wat in die natuur in oorvloed bekend is, word diep in die sterre gesmee.

  • Hierdie elemente word moontlik gemaak deur die hoë digthede / druk binne die sterre.

  • Daar is bekend dat swart gate 'n baie hoër digtheid / druk het as enige bekende ster.

  • Daar is ook bekend dat swart gate 'n fase van sterre-evolusie is - dit dui daarop dat die oorspronklike ster se interne proses om metale te smee, binne die gevolglike swart gat sou voortduur.

  • Wetenskaplikes het sintetiese / kortstondige swaarmetale gesmee onder toestande wat hipoteties binne 'n swart gat kan ophou.

Hipotese:

Swart gate smee swaarder elemente wat nie op aarde waargeneem is nie. Die toestande wat nodig is om hierdie elemente te onderhou, is uniek aan die swart gat, as gevolg van die hoë digtheid / druk. Hierdie toestande kan gesien word, maar kan nie in enige eksperimentele konteks volgehou word nie

Volg vrae op:

  • Is dit veronderstel?

  • Waar kan ek navorsing oor hierdie onderwerp vind?


Die probleem van die super-swaar elemente is nie dat ons dit nie kan smee nie. Hulle probleem is dat hulle baie vinnig verval. Oganesson, die swaarste element wat tot dusver gesintetiseer is, het byvoorbeeld 'n halfleeftyd van 181 ms.

In teorie kan selfs swaarder elemente in deeltjieversnellers geskep word, maar daar is geen manier om dit op te spoor nie.

In neutronsterre of in ontploffende supernovas word al die elemente geskep, maar daar is geen manier om dit eers op te spoor nie. Ons kan 'n neutronster beskou as 'n groot kern met $ ongeveer 10 ^ {56} $ neutrone.1

In swart gate is die feit dat niemand weet wat daarin is nie. Hulle straal niks uit nie (met 'n baie klein uitsondering), en niks laat die singulariteit daarin nie. Om te verstaan ​​wat daarin is, sou tans onrealistiese vordering in Fisika vereis. Die singulariteit in hul middelpunt is waarskynlik nie baryoniese aangeleenthede nie, en daarom kan ons amper nie sê dat dit 'n chemiese element sou wees nie.

1Soos @ PM2Ring se uitstekende opmerking sê, het neutronsterre ook 'n beduidende aantal ander deeltjies, nie net neutrone nie. Ek gee dit ook te kenne dat hulle swaartekrag gebind word en nie deur die sterk interaksie nie, wat hulle in hierdie aspek wesenlik anders maak as kerne.


Die swaarste elemente wat in die natuur bekend is, is diep in sterre gesmee.

Nee, die swaarste elemente word op aarde gemaak in wetenskaplike laboratoriums, of in die uiterste swaartekrag van 'n neutronster se kors.

Hierdie elemente word moontlik gemaak deur die hoë digthede / temperatuur / druk binne die sterre.

Baie van die groter elemente kan in supernovas en neutronsterbotsings gemaak word, nie in sterre nie. Dit vereis uiterste toestande om hierdie elemente te vorm.

Daar is bekend dat swart gate 'n baie hoër digtheid / temperatuur / druk het as enige bekende ster.

Swart gate is eintlik baie koud; hulle "absorbeer" enige bestraling wat hul horison verbygaan. Buite die gebeurtenishorison kan baie warm materiaal wees, maar dit is eintlik nie so warm in vergelyking met die kern van 'n ster nie.

Dit is ook bekend dat swart gate 'n fase van sterre-evolusie is - dit dui daarop dat die oorspronklike ster se interne proses om metale te smee, binne die resulterende swart gat sou voortduur.

Nee, binne-in die swart gat val alles en bereik dit binne 'n kort tydjie eenmaligheid.

Wetenskaplikes het sintetiese / kortstondige swaarmetale gesmee onder toestande wat hipoteties binne 'n swart gat kan ophou.

Soos hierbo, is die omstandighede buite die gebeurtenishorison anders as wat ons op aarde het, want daar is die onvermydelike enkelheid.

Nadat 'n saak die gebeurtenishorison oorskry het, sal dit beslis tot die eiesoortigheid kom. (op dieselfde manier as wat u beslis môre sal bereik) En namate dit nader kom, word die gety-effekte groter, en uiteindelik ruk die atome uitmekaar. Die uiterste swaartekrag in 'n swart gat is geneig om materie uitmekaar te trek en dit nie met groter atome te smelt nie.

Daar is nukleosintese in die aanwasskyf rondom 'n swart gat. Alhoewel die hoeveelheid hoë massa-atome wat hier gemaak word, relatief klein is, kan dit nuttig wees om swart gate van neutronsterre of wit dwerge op te spoor en te onderskei.


Super-swaar elemente het 'n kort halfleeftyd vanweë hul uiterste onstabiliteit met betrekking tot alfa-verval en splitsing. Dit is die gevolg van hul hoë elektriese lading, wat sterk kragte van elektriese afstoting tot gevolg het. Alhoewel teoretici 'n 'eiland van stabiliteit' voorspel het weens kwantiese meganiese skulpeffekte, is hierdie stabiliteit 'n relatiewe ding. Ons praat nog steeds van halfleeftye aan die orde van sekondes of minder. So 'n element wat deur astrofisiese prosesse geskep word, sal nie baie lank oorleef nie, selfs al val dit nie in die swart gat nie.

U kan dus denkbaar op die aanwasskyf buite die horison van die gebeurtenis 'n samesmeltingsgebeurtenis kry wat lei tot die vorming van super-swaar elemente, maar die elemente sal nie baie lank oorleef nie, selfs al word dit op die een of ander manier uitgestoot eerder as om langs die horison af te val. En die normale metodes om super-swaar elemente op te spoor en te karakteriseer, sal nie hier werk nie. Normaalweg soek ons ​​dinge soos alfa-vervalskettings met kenmerkende alfa-energieë. Dit is nie van buite die aanwasskyf waarneembaar nie, aangesien gelaaide deeltjies sterk met mekaar kommunikeer en gestop word.

Die toestande wat nodig is om hierdie elemente te onderhou, is uniek aan die swart gat, as gevolg van die hoë digtheid / druk.

Die grootste deel van die binnekant van 'n swart gat (binne die geleentheidshorison) is waarskynlik 'n uiters goeie vakuum. Die enigste hoë digthede en druk is naby die enkelheid. Dus kan enige eksotiese materie wat met hoë digthede en druk gevorm word, nie van die aarde af waargeneem word nie, of enige gevolge hê vir die buite-heelal nie, want niks kan binne die gebeurtenishorison ontsnap nie.

As ons 'n ruimtesonde binne-in 'n swart gat sou stuur om na eksotiese materie naby die enkelheid te soek, sou die sonde nie die resultate daarvan kon rapporteer nie. Die gebied met hoë digtheid en hoëdruk-stortingsmateriaal sou naby die enkelheid bestaan, wat waarskynlik nie vir die sonde waarneembaar sou wees voordat die sonde self deur dieselfde prosesse vernietig is nie. (Aan die binnekant van 'n swart gat, as die algemene relatiwiteit korrek is, kan u die enkelheid nie sien nie. U sien slegs valse fotone van buite af.)

As eksotiese materie naby die singulariteit gevorm word, sal dit net 'n kort tydjie bestaan ​​voordat dit op die enkelvoud toegeneem word. (IIRC die maksimum infaltyd vir 'n 10-sonmassa swart gat is in die orde van millisekondes van horison tot singulariteit.) Ons weet nie regtig wat met die singulariteit gebeur nie, maar ons kan beslis nie atoomkerne onder diegene hê nie voorwaardes.


Oerswart gate het moontlik gehelp om swaar elemente te smee

Kunstenaar se uitbeelding van 'n neutronster. Krediet: NASA

Sterrekundiges wil graag sê dat ons die byprodukte is van sterre, steroondjies wat lank gelede waterstof en helium saamgevoeg het in die elemente wat nodig is vir die lewe deur die sterre nukleosintese.

Soos wyle Carl Sagan dit eens gestel het: "Die stikstof in ons DNA, die kalsium in ons tande, die yster in ons bloed, die koolstof in ons appeltaartjies is gemaak in die binnekant van ineenstortende sterre. Ons is gemaak van sterre. "

Maar wat van die swaarder elemente in die periodieke grafiek, elemente soos goud, platinum en uraan?

Sterrekundiges glo dat die meeste van hierdie 'r-proses-elemente' - elemente wat baie swaarder is as yster - geskep is, hetsy in die nasleep van die ineenstorting van massiewe sterre en die gepaardgaande supernova-ontploffings, óf in die samesmelting van binêre neutronsterstelsels.

"'N Ander soort oond was nodig om goud, platinum, uraan en die meeste ander elemente swaarder as yster te smee," verduidelik George Fuller, 'n teoretiese astrofisikus en professor in fisika, wat die sentrum vir astrofisika en ruimtewetenskappe van UC San Diego bestuur. "Hierdie elemente word waarskynlik gevorm in 'n omgewing ryk aan neutrone."

In 'n artikel wat op 7 Augustus in die tydskrif gepubliseer is Fisiese oorsigbriewe, bied hy en twee ander teoretiese astrofisici aan die UCLA - Alex Kusenko en Volodymyr Takhistov - nog 'n manier aan waarop sterre hierdie swaar elemente kon produseer: klein swart gaatjies wat in aanraking gekom het met neutronsterre en wat hulle dan gevang het.

Neutronsterre is die kleinste en digste sterre waarvan bekend is, so dig dat 'n lepel van hul oppervlak 'n ekwivalente massa van drie miljard ton het.

Klein swart gate is meer spekulatief, maar baie sterrekundiges glo dat hulle 'n neweproduk van die oerknal kan wees en dat hulle nou 'n fraksie van die "donker materie" kan vorm - die ongesiene, bykans nie-interaksie wat waarnemings in die heelal.

As hierdie klein swart gaatjies die verspreiding van donker materie in die ruimte volg en saam met neutronsterre bestaan, beweer Fuller en sy kollegas in hul referaat dat daar interessante fisika sal voorkom.

Hulle bereken dat, in seldsame gevalle, 'n neutronster so 'n swart gat sal vang en dan daardeur van binne na buite verslind. Hierdie heftige proses kan daartoe lei dat sommige van die digte neutronster-materie in die ruimte uitgegooi word.

"Klein swart gaatjies wat in die oerknal geproduseer word, kan 'n neutronster binnedring en van binne eet," het Fuller verduidelik. 'In die laaste millisekondes van die afsterwe van die neutronster is die hoeveelheid uitgestote neutronryke materiaal voldoende om die waargenome oorvloed van swaar elemente te verklaar.'

"Terwyl die neutronsterre verslind word," voeg hy by, "draai hulle op en werp koue neutronmateriaal uit wat die elemente dekomprimeer, opwarm en daaruit maak."

Hierdie proses om die swaarste elemente van die periodieke tabel te skep, sal ook verduidelikings gee vir 'n aantal ander onopgeloste raaisels in die heelal en in ons eie Melkwegstelsel.

"Aangesien hierdie gebeure selde gebeur, kan 'n mens verstaan ​​waarom slegs een uit elke tien dwergstelsels met swaar elemente verryk word," het Fuller gesê. "Die stelselmatige vernietiging van neutronsterre deur oorspronklike swart gate stem ooreen met die gebrek aan neutronsterre in die galaktiese middelpunt en in dwergstelsels, waar die digtheid van swart gate baie hoog moet wees."

Daarbenewens het die wetenskaplikes bereken dat uitwerping van kernmateriaal uit die klein swart gaatjies wat neutronsterre verslind, drie ander onverklaarbare verskynsels sou oplewer wat deur sterrekundiges waargeneem is.

'Dit is 'n kenmerkende vertoning van infrarooi lig (soms 'n' kilonova 'genoem), 'n radio-uitstoot wat die geheimsinnige vinnige radio-uitbarstings uit onbekende bronne diep in die kosmos kan verklaar, en die positrons wat in die galaktiese sentrum waargeneem word deur X-straalwaarnemings. , het Fuller gesê. "Elk hiervan verteenwoordig jarelange raaisels. Dit is inderdaad verbasend dat die oplossings van hierdie skynbaar onverwante verskynsels verbind kan word met die gewelddadige einde van neutronsterre aan die hand van klein swart gaatjies."


Supernova-verrassing skep elementêre misterie

Navorsers van die Michigan State University (MSU) het ontdek dat een van die belangrikste reaksies in die heelal 'n groot en onverwagte hupstoot kan kry in ontploffende sterre, bekend as supernovas.

Hierdie bevinding daag ook idees uit oor hoe sommige van die Aarde se swaar elemente gemaak word. In die besonder bevorder dit 'n teorie wat die buitengewone groot hoeveelhede van die planeet of sommige vorms, of isotope, van die elemente ruthenium en molibdeen verklaar.

"Dit is verrassend," het Luke Roberts, 'n assistent-professor aan die Facility for Rare Isotope Beams, FRIB, en die Departement Fisika en Sterrekunde, aan die MSU gesê. Roberts het die rekenaarkode geïmplementeer wat die span gebruik het om die omgewing in 'n supernova te modelleer. "Ons het beslis baie tyd daaraan bestee om seker te maak dat die resultate korrek is."

Die resultate, wat op 2 Desember in die tydskrif aanlyn gepubliseer is Aard, toon aan dat die binneste streke van supernovas koolstofatome meer as tien keer vinniger kan smee as wat voorheen gedink is. Hierdie koolstof-skepping vind plaas deur 'n reaksie bekend as die triple-alfa-proses.

"Die trippel-alfa-reaksie is op baie maniere die belangrikste reaksie. Dit definieer ons bestaan," het Hendrik Schatz, een van Roberts se medewerkers, gesê. Schatz is 'n universiteitsprofessor in die Departement Fisika en Sterrekunde en by die fasiliteit vir seldsame isotoopstrale en die direkteur van die Joint Institute for Nuclear Astrophysics - Centre for the Evolution of the Elements, of JINA-CEE.

Byna al die atome waaruit die aarde bestaan ​​en alles daarop, mense ingesluit, is in die sterre gesmee. Aanhangers van die ontslape skrywer en wetenskaplike Carl Sagan onthou miskien sy beroemde aanhaling, "Ons is almal van sterre-dinge." Miskien is geen sterretjies belangriker vir die lewe op aarde as die koolstof wat in die kosmos gemaak word deur die trippel-alfa-proses nie.

Die proses begin met alfa-deeltjies, dit is die kern van heliumatome, of kerne. Elke alfadeeltjie bestaan ​​uit twee protone en twee neutrone.

In die trippel-alfa-proses versmelt sterre drie alfa-deeltjies, wat 'n nuwe deeltjie met ses protone en ses neutrone skep. Dit is die heelal se mees algemene vorm van koolstof. Daar is ander isotope wat deur ander kernprosesse vervaardig word, maar dit vorm net meer as 1% van die Aarde se koolstofatome.

Tog is die versmelting van drie alfa-deeltjies gewoonlik 'n ondoeltreffende proses, het Roberts gesê, tensy daar iets is wat dit help. Die Spartaanse span het onthul dat die helpers in die binneste streke van supernovas sulke helpers kan laat dryf: oortollige protone. Dus kan 'n supernova ryk aan protone die trippel-alfa-reaksie versnel.

Maar die versnelling van die trippel-alfa-reaksie rem ook die vermoë van die supernova om swaarder elemente op die periodieke tabel te maak, volgens Roberts. Dit is belangrik omdat wetenskaplikes lank reeds geglo het dat protonryke supernovas die Aarde se verrassende oorvloed van sekere rutenium- en molibdeen-isotope geskep het, wat nader aan 100 protone en neutrone bevat.

'Jy maak nie daardie isotope op ander plekke nie,' het Roberts gesê.

Maar op grond van die nuwe studie maak u hulle waarskynlik ook nie in protonryke supernovas nie.

"Wat my fassinerend vind, is dat u nou 'n ander manier moet bedink om hul bestaan ​​te verklaar. Hulle moet nie hier wees met hierdie oorvloed nie," het Schatz oor die isotope gesê. "Dit is nie maklik om met alternatiewe vorendag te kom nie."

"Dit is op 'n manier 'n bietjie ongemaklik," het die projek se samesteller, Sam Austin, 'n MSU-emeritus-professor en voormalige direkteur van die National Superconducting Cyclotron Laboratory, FRIB se voorganger, gesê. 'Ons het gedink ons ​​weet dit, maar ons weet dit nie goed genoeg nie.'

Daar is ander idees daar buite, het die navorsers bygevoeg, maar niks wat kernwetenskaplikes heeltemal bevredigend vind nie. Geen bestaande teorie bevat ook hierdie nuwe ontdekking nie.

"Wat ook al volgende gebeur, u moet die gevolge van 'n versnelde trippel-alfa-reaksie oorweeg. Dit is 'n interessante raaisel," het Schatz gesê.

Alhoewel die span geen onmiddellike oplossings vir die legkaart het nie, het die navorsers gesê dat dit die komende eksperimente by die FRIB by MSU sal beïnvloed, wat onlangs aangewys is as 'n Amerikaanse US Department of Energy Office of Science (DOE-SC) gebruikersfasiliteit.

Verder bied MSU vrugbare grond vir nuwe teorieë om te ontkiem. Dit is die tuiste van die land se top-gegradueerde program vir die opleiding van die volgende generasie kernfisici. Dit is ook 'n kerninstelling van JINA wat samewerking tussen kernfisika en astrofisika soos hierdie bevorder, wat ook Shilun Jin insluit. Jin het aan die projek gewerk as 'n postdoc van die MSU en het sedertdien by die Chinese Akademie vir Wetenskappe aangesluit.

Alhoewel Austin 'n bietjie teleurstelling uitgespreek het dat hierdie resultaat in stryd is met die jarelange opvattings oor die skepping van elemente, weet hy ook dat dit nuwe wetenskap en 'n beter begrip van die heelal sal aanwakker.

'Vooruitgang kom as daar 'n teenstrydigheid is,' het hy gesê.

"Ons hou van vooruitgang," het Schatz gesê. "Selfs wanneer dit ons gunsteling teorie vernietig."


Massiewe Black Gat Smashes-rekord

Met behulp van twee NASA-satelliete het sterrekundiges die sterkste bekende swart gat ontdek wat om 'n ster wentel. Die nuwe swart gat, met 'n massa van 24 tot 33 keer die van ons son, is massiewer as wat wetenskaplikes verwag het vir 'n swart gat wat uit 'n sterwende ster gevorm het.

Die nuut ontdekte voorwerp behoort tot die kategorie swart sterre "massamassa". Gevorm in die doodsnikke van massiewe sterre, is dit kleiner as die monster swart gate wat in galaktiese kerne voorkom. Die vorige rekordhouer vir die grootste swartmassa van sterremassa is 'n 16-sonmassa swart gat in die sterrestelsel M33, wat op 17 Oktober aangekondig is.

"Ons het nie verwag om 'n groot massa swart gat so groot te vind nie," sê Andrea Prestwich van die Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, hoofskrywer van die ontdekkingsartikel in die Astrophysical Journal Letters van 1 November. "Dit lyk waarskynlik dat swart gate wat uit sterwende sterre ontstaan, veel groter kan wees as wat ons besef het."

Die swart gat is geleë in die nabygeleë dwergstelsel IC 10, 1,8 miljoen ligjaar van die aarde in die sterrebeeld Cassiopeia. Prestwich & rsquos-span kan die massa van swart gate en rsquos meet omdat dit 'n omwenteling het: 'n warm, sterk ontwikkelde ster. Die ster gooi gas in die vorm van 'n wind uit. Sommige van hierdie materiaal draai na die swart gat, word warm en gee kragtige röntgenstrale af voordat hulle die punt van terugkeer oorsteek.

In November 2006 het Prestwich en haar kollegas die dwergsterrestelsel waargeneem met die NASA & rsquos Chandra X-ray Observatory. Die groep het ontdek dat die helderste X-straalbron van die sterrestelsel en rsquos, IC 10 X-1, skerp veranderings in die X-straal helderheid vertoon. Sulke gedrag dui daarop dat 'n ster van tyd tot tyd voor 'n swart gat gaan en die X-strale blokkeer, wat 'n verduistering skep. Laat in November het die NASA & rsquos Swift-satelliet die verduisterings bevestig en besonderhede oor die ster & rsquos-baan onthul. Dit lyk asof die ster in IC 10 X-1 wentel in 'n vlak wat amper aan die Aarde en die gesiglyn lê, en die waarnemings van The Swift, sowel as waarnemings van die Gemini Telescope in Hawaii, het aan Prestwich en haar groep gesê hoe vinnig die twee sterre gaan om mekaar. Berekeninge het getoon dat die metgeselle swart gat 'n massa van minstens 24 Sonne het.

Daar is nog 'n paar onsekerhede in die skatting van die swart gat en die rsquos-massa, maar soos Prestwich opmerk, sal toekomstige optiese waarnemings 'n finale kontrole wees. Enige verfyning in die IC 10 X-1-meting sal waarskynlik die massa van die swart gat en die rsquos verhoog, eerder as om dit te verminder. "

Die groot massa van swart gate en rsquos is verrassend, want massiewe sterre genereer kragtige winde wat 'n groot fraksie van die ster & rsquos-massa afwaai voordat dit ontplof. Berekeninge dui daarop dat massiewe sterre in ons sterrestelsel swart gate nie swaarder as 15 tot 20 sonne agterlaat nie.

Die IC 10 X-1 swart gat het sedert sy geboorte massa opgetel deur gas van sy metgesel op te gaar, maar die tempo is so stadig dat die swart gat nie meer as 1 of 2 sonmassas sou kry nie. "Hierdie swart gat is vet gebore, dit het nie vet geword nie," sê die astrofisikus Richard Mushotzky van die NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, MD, wat nie 'n lid van die ontdekkingspan is nie.

Die stamvaderster het waarskynlik sy lewe met 60 of meer sonmassas begin. Soos sy gasheerstelsel, het dit waarskynlik tekorte gehad aan elemente wat swaarder was as waterstof en helium. In massiewe, helder sterre met 'n hoë fraksie van swaar elemente, voel die ekstra elektrone van elemente soos koolstof en suurstof die uitwaartse druk van die lig en is hulle dus meer vatbaar om in sterwinde meegesleur te word. Maar met sy lae swaar elemente het die stamvader IC 10 X-1 relatief min massa afgeskud voordat dit ontplof het, sodat hy 'n swaarder swart gat kon agterlaat.

'Massiewe sterre in ons sterrestelsel produseer vandag waarskynlik nie baie swaar swartmassa's soos hierdie nie', sê mede-outeur Roy Kilgard van die Wesleyan Universiteit in Middletown, Conn. 'Maar daar kan miljoene swaar swartmassa's uitsteek daar wat vroeg in die Melkweg & rsquos-geskiedenis geproduseer is, voordat dit die kans gehad het om swaar elemente op te bou. '


Hoe Cygnus X-1 die teorieë van sterre evolusie uitdaag

Die span het hul bevindings onder die loep geneem terwyl hulle 'n ambisieuse projek gedoen het om Cygnus X-1 byna deurlopend oor 'n volle 5,6-dagbaan met die netwerk van radioteleskope wat VLBA- en X-straalteleskope bevat, waar te neem. Die doel van die ondersoek was om beter te verstaan ​​hoe gas wat deur 'n binêre vennoot in 'n swart gat gevoer word via 'n spiraalvormige aanwasskyf, verbind word met kragtige materiaalstrale wat naby die sentrale streek met naby ligspoed begin.

& # 8220Ons was oorspronklik nie van plan om die afstand en die massa van die swart gat te verfyn nie, maar ons het besef dat ons dit in staat sou stel om dit te doen deur die gevolge van die swartgatbaan goed te boek te hou. Maar daar is steeds 'n magdom data uit hierdie ryk waarnemingsveldtog wat ons meer volledig wil ontleed. & # 8221

Professor James Miller-Jones, ICRAR, Curtin Universiteit

"Swart gate ontstaan ​​as gevolg van die dood van die massiefste sterre as hulle brandstof opraak en swaartekrag oorneem," sê Miller-Jones. 'Die massa van die resulterende swart gat word bepaal deur die aanvanklike massa van die ster waaruit dit gevorm het - wat ons die stamvaderster noem - die hoeveelheid massa wat die ster gedurende sy leeftyd in winde verloor het, en enige interaksie met 'n nabygeleë ster . ”

Miller-Jones gaan voort en sê massiewe sterre laat baie kragtige winde van hul oppervlaktes af, wat lei tot aansienlike massaverlies oor hul lewens van 'n paar miljoen jaar. Sommige van die latere fases van die evolusie van die ster het besonder sterk winde - wat bepaal word deur die oorvloed elemente wat swaarder is as helium in die gas waaruit die ster gevorm is. Meer swaar elemente beteken sterker winde en uiteindelik 'n minder massiewe ster onmiddellik voor die swaartekrag ineenstort.

Terwyl sommige sterre ook verdere massa in supernova-ontploffings kan verloor as hulle ineenstort om 'n swart gat te vorm, dui die getuienis daarop dat in Cygnus X-1 geen ontploffing was nie, en dat die ster direk in 'n swart gat inmekaargesak het, 'sê Miller-Jones . "Hoe sterker die sterwinde gedurende die laat evolusiefases van die ster is, hoe minder massief sou ons verwag het dat die swart gat sou wees."

'N Kunstenaar se indruk van die Cygnus X-1-stelsel. Hierdie stelsel bevat die massiefste swartmassa wat ooit gevind is sonder die gebruik van swaartekraggolwe en weeg dit 21 keer die massa van die son. (ICRAR)

Aanvanklik was die span nie heeltemal bewus van hoe belangrik hul ontdekking van massaverskille in die Cygnus X-1-binêre stelsel was nie. "Ek dink dat ons grootste verrassing was toe ons die volle implikasies van ons metings waardeer het," sê Miller-Jones. 'As waarnemende sterrekundiges het ek en my span al gevind dat ons die bronafstand en die swartgatmassa kon hersien. Eers toe ek 'n kollega, professor Ilya Mandel van die Monash Universiteit, wat 'n teoretiese sterrekundige is, besoek het, het ons besef hoe belangrik dit eintlik was. ”

Mandel en 'n mede-outeur op die papier wat daaruit voortvloei, het besef dat 'n 21-sonmassa swart gat te massief was om in die Melkweg te vorm met die beperkings wat daar was, as gevolg van die huidige skatting van die hoeveelheid massa wat massiewe sterre in sterwinde.

'Die bestaan ​​van so 'n massiewe swart gat in ons eie Melkwegstelsel, het ons gewys dat die massiefste sterre in wind minder massa van hul oppervlak afwaai as wat ons voorheen geskat het. Dit verbeter ons kennis van hoe swart gate uit die massiefste sterre vorm. ”

Professor James Miller-Jones, ICRAR, Curtin Universiteit

Wetenskaplikes het pas die kleinste swart gat tot nog toe gevind

Daar is massiewe swart gate en daar is supermassiewe swart gate. Daar is selfs ultramassiewe swart gate.

En tog dink ons ​​so selde oor die kleintjies. Dit is nie asof 'n swart gat nie is nie, sê nou 40 miljard keer so massief soos ons son - soos die ultramassiewe Holm15A * - nie sy eie vreemde en betowerende eienskappe het nie.

Maar onlangs het wetenskaplikes op 'n baie kleiner skaal na swart gate begin soek. En verbasing, verbasing, dit het nie lank geduur om een ​​te vind nie.

In werklikheid is die jongste swart gat wat deur navorsers aan die Ohio State University ontdek is, die kleinste een wat nog opgespoor is.

Alhoewel, teoreties, 'n swart gat mikroskopies groot kan wees, is die swart gat wat hierdie span ontdek het, ver van sakgrootte.

Na die publikasie van die resultate vandeesweek in die tydskrif Science, merk navorsers op dat die swart gat ongeveer 3,3 keer so massief is as ons eie son - en dit in 'n binêre stelsel woon wat aan die rand van ons Melkwegstelsel geleë is, ongeveer 10 000 ligjare weg.

"Dit is altyd interessant in sterrekunde as u op 'n nuwe manier kyk, en u vind 'n nuwe soort ding," vertel hoofskrywer Todd Thompson, 'n professor in astronomie aan die staat Ohio, aan Vice. "Dit laat jou dink dat al jou maniere om voor te kyk bevooroordeeld was."

Inteendeel, die vorige metodes om swart gate te jag, was miskien sterk skuins teen die swaarder kandidate. Tot dusver is diegene wat ons kon opspoor gemiddeld tussen vyf en 15 sonmassas. Maar dit is nie noodwendig die gemiddelde grootte vir 'n swart gat nie - net die grootte wat ons gevind het. Dit is om die eenvoudige rede dat groter makliker is om te vind as dit by hierdie materie-drywende liggame kom.

Supermassiewe swart gate, soos dié in die hart van ons sterrestelsel, sorg vir ontwrigtende bure - hou alle omliggende materiaal, insluitend dwalende sterre, met blye verlating op. Dit is nie moeilik vir aardse sterrekundiges om 'n swart gat se kulinêre verwoesting op te spoor nie - of eerder die krummels wat om sy mond gelaat word in die vorm van 'n stralende aanwasskyf.

Klein swart gate, aan die ander kant, is nie naastenby so voor die hand liggend nie, hulle smul rustig in hul hoek van die kosmos en produseer veel minder X-straalstraling vir wetenskaplikes om niks te doen nie. As gevolg hiervan, wanneer bekende swart gate getel word, word die swaargewigte buite verhouding voorgestel.

Maar kleiner skeurings kan ons dalk baie meer oor ons heelal leer.

"Mense probeer supernova-ontploffings verstaan, hoe supermassiewe swart sterre ontplof, hoe die elemente in supermassiewe sterre gevorm word," verduidelik Thompson in 'n nuusverklaring. "As ons dus 'n nuwe populasie swart gate kon openbaar, sou dit ons meer vertel oor watter sterre ontplof, watter nie, watter swart gate vorm, wat neutronsterre vorm. Dit open 'n nuwe studiegebied."

Die nuwe ontdekking vul 'n lang gaping op die skaal van tyd- en ruimte-buigende afwykings. Aan die een kant was daar massiewe (en selfs massiewe) swart gate. Aan die ander kant was neutronsterre - die kern van reuse-sterre wat op hulself ineengestort het. Neutronsterre groei uiteindelik in swart gate, maar hulle begin gewoonlik teen ongeveer 2,5 sonmassas.

Maar die spektrum was veral leeg in die middel. Waar was al die klein swart gaatjies?

Om hulle te vind, vertrou Thompson en sy span op data van die Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment, oftewel APOGEE. Hierdie installasie, gebaseer in Nieu-Mexiko, teken lig van meer as 100 000 sterre in ons sterrestelsel op.

Navorsers gebruik APOGEE-data om vas te stel of ligverskuiwings van een ster in 'n binêre stelsel die aanwesigheid van 'n andersins onsigbare metgesel aandui - 'n besliste donkerder metgesel.

Onder die ondersoek het die kleinste bekende swart gat hom bekend gemaak, en die rykdom aan kennis wat dit bevat, sal waarskynlik daartoe lei dat wetenskaplikes 'n nog wyer net vir meer van sy swartgatbroers kan gooi.

'Wat ons hier gedoen het, is om 'n nuwe manier te vind om na swart gate te soek, maar ons het moontlik ook een van die eerste van 'n nuwe klas swartmassa met lae massa gesien wat sterrekundiges nog nie voorheen geweet het nie. " Thompson verduidelik. "Die massas dinge vertel ons van hul vorming en evolusie en hulle vertel van hul aard."


Wetenskaplikes dink nou dat hulle weet hoe die heelal die swaarste metale smee

Ons is van sterretjies gemaak. Met die uitsondering van waterstof en 'n bietjie helium, is al die elemente waarvan ons weet en bestaan, miljarde jare gelede in die warm kern van reuse-sterre gesmee. Dit sluit koolstof, stikstof, suurstof en yster in. Nou is wetenskaplikes besig om te leer hoe die meeste van die heelal se swaar metale, soos silwer, goud, platinum en uraan, gegenereer word. Sonder metale kan lewe (soos ons dit ken) nie bestaan ​​nie.

Vir die eerste keer, in Augustus 2017, is twee neutronsterre direk waargeneem wat met mekaar bots en in 'n swart gat inmekaar stort. Die gebeurtenis het 130 miljoen ligjare weg plaasgevind. Sterrekundiges by die Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories (LIGO) in die Verenigde State en die Virgo Interferometer in Italië het swaartekraggolwe, rimpels in die weefsel van die ruimtetyd opgespoor wat veroorsaak is deur die geboorte van 'n swart gat, wat uit 'n paar samesmeltende neutronsterre uitstraal.

Die gevolglike ontploffing word 'n kilonova genoem as die elektromagnetiese eweknie van swaartekraggolwe. Albert Einstein het die bestaan ​​van swaartekraggolwe byna 'n eeu gelede voorspel, en onlangse opsporing daarvan bevestig dat leë ruimte ongelooflik nie leeg is nie. In plaas daarvan word dit die stof van ruimtetyd genoem, en dit bevat alles in die Heelal.

Die grootste astronomiese ontdekking van 2017

Vir sterrekundiges is hierdie ontdekking 'n groot handel, want dit dui aan waar die meeste swaar metale in ons heelal, soos silwer, uraan, platinum en goud, vandaan kom. Die projek het 4500 astrofisici van regoor die wêreld betrek, met ander woorde die meeste van hulle. Daar is ook vir die eerste keer gravitasiegolwe bespeur van so 'n gebeurtenis. Dit is ook die eerste keer dat 'n neutronster-samesmelting direk waargeneem word, hoewel rekenaarmodelle voorspel dat 'n kilonova moet voorkom wanneer neutronsterre bots. Ligter metale soos yster, barium, lood en wolfraam word geskep wanneer reuse-sterre supernova word en hul ingewande in die ruimte opblaas in hul laaste doodsnikke.

Georgia Tech se sentrum vir relatiwistiese astrofisika

Wanneer neutronsterre saamsmelt en in 'n swart gat ineenstort, genereer dit 'n kragtige ontploffing van elektromagnetiese straling, genaamd 'n gammastraling. GRB's is die mees ekstreme ontploffings in die heelal. Omdat dit as gefokusde stralings van energie voorkom, moet GRB's na die aarde kyk om gesien te word. GRB's is so energiek dat een wat in ons sterre omgewing voorkom maklik steriliseer die oppervlak van ons planeet. Sommige wetenskaplikes glo dat 'n GRB verantwoordelik sou gewees het vir die Great Dying, 'n massa-uitsterwingsgebeurtenis wat 250 miljoen jaar gelede 95 persent van alle lewe op aarde uitgewis het.

Wat is neutronsterre?

Neutronsterre is waarskynlik die wildste voorwerpe in die heelal. Neutronsterre word geskep wanneer massiewe sterre met kerne van 1-3 sonmassas supernova word. Die sterre se kern val onder hul eie swaartekrag in sodra die ster yster begin smelt. Neutronsterre is net 20 km ver, maar het 'n massa van ongeveer 1,4 sonne. This makes them almost unimaginably dense just a teaspoon full of neutron star material would weigh billions of tons. For scale, this would be like shrinking all of Earth’s mass into a volume the size of a golf ball.

Neutron stars are so dense that their protons and electrons are forced together by gravity, forming a hot sphere of neutrons. It’s understandably difficult to form a visual of this. Their gravity is so strong that NASA compares their impact to “a marshmallow impacting the star's surface [hitting] with the force of a thousand hydrogen bombs.”

Amazingly, some neutron stars have planets orbiting them. In 2011, astronomers discovered a planet five times larger than Earth orbiting a neutron star. Originally a white dwarf, which is the dead core of a sun-like star, it lost most of its mass to its companion neutron star (though its diameter is about 3,000 times the diameter of its host star). The leftover material solidified into crystallized carbon, better known as diamond. The planet orbits its star in only two hours, and the distance between the planet and neutron star would fit inside the Sun. The Universe rarely makes just one of anything, so it’s therefore reasonable to suspect that our galaxy, the Milky Way, is littered with dead stars and planets that are made of diamonds.

There are two type of neutron stars: magnetars and pulsars. Magnetars have the strongest magnetic fields in the Universe. These magnetic fields are a trillion times stronger than Earth’s, and hundreds of times more powerful than typical neutron stars. Magnetars also emit powerful X-rays and gamma rays. Most neutron stars, however, are pulsars . Pulsars emit powerful jets of charged particles from their magnetic poles, a result of their fast rotation. This generates rotating beams of light, which can be seen from Earth, assuming they are pointing in our direction. Because the supernovae that created them are so powerful, pulsars rotate very rapidly. The most rapidly rotating radio pulsar so far discovered whips around at 716 times per second . Pulsars are, in a sense, cosmic lighthouses.

How do neutron stars create gold and other heavy metals?

As neutron stars approach each other, their rotational speed increases. Protons and neutrons are flung out into space in hot clouds of plasma, or superheated gas. “It’s like taking two jelly donuts and slamming them together,” said Dan Kasen, a member of the team of thousands that made the discovery. The intense heat and outward pressure of the expanding gas forces the nuclei of atoms together into metals like iron, silver, gold and uranium. As they drift through interstellar space, these heavier elements mix with other elements, eventually becoming part of rocky planets like Earth. The LIGO discovery found the amount of gold equivalent to ten Earths .

Iron and heavier elements are also created when giant stars explode as supernovae. The fusion of iron is what kills stars fusing iron requires more energy than a star can produce in its core, and once a star begins fusing iron, a supernova occurs within a few seconds. This miniscule drop in outward pressure allows gravity to take over, and gravity always wins. The core collapses into a neutron star (or black hole in even more massive stars), and the outer layers are blown out into space. As this occurs, heavy elements like nickel, lead and cobalt are forged from the enormous pressure and high temperatures generated in the explosion. Stars big enough to create iron and other metals only live for a few million years, as they burn through their fuel faster than smaller stars like the Sun.

Does the Sun forge heavy elements too?

Nope. Stars like the Sun don’t have enough mass to forge heavy elements. Still, the Sun fuses a whopping 660 million tons of hydrogen into helium every second . In about one or two billion years, the Sun will begin to run out of hydrogen. As it starts to fuse helium into elements like carbon and oxygen, its outer layers will expand from the more intense pressure coming from the core, becoming a red giant .

At this point, Earth will be destroyed. The outer layers will form a planetary nebula (and they are gorgeous) , gradually dissipating into space. The Sun will then become a white dwarf star a super-dense Earth-sized ball of cooling stellar ash, made mostly of carbon. Eventually, white dwarf stars cool to the point of being black dwarfs. Black dwarfs have never been observed and are entirely theoretical, however, because the Universe isn’t old enough for any to have formed… yet.

Stars are the best example of how good the Universe is at recycling material. Stars like our Sun are, in fact, the children and grandchildren of massive stars that went supernova in the distant past, blasting into space the materials needed to form suns, planets and, of course, life. We are the Universe, and the Universe is us.


Explore More

Watch | Short

A Scientist Walks Into a Bar #2

Watch | Short

A Scientist Walks Into a Bar #1

Watch | Short

Black Hole Hunter: Priya N.

Hunting Monster Black Holes

Watch | Short

Black Hole Hunter: Chung-Pei Ma

Watch | Short

Black Hole Hunter: Andrea Ghez

Watch | Short

Black Hole Hunter: Janna Levin

Watch | Short

Four Types of Black Holes

Watch | Short

NOVA Black Holes App

Watch | Short

Unboxing the Universe

Watch | Short

What's inside a Black Hole?

Watch | Short

Black Hole Star Cake

Major funding for this program is provided by The Alfred P. Sloan Foundation.

Additional funding is provided by the Gordon and Betty Moore Foundation, The Lynch Foundation, and The Arthur Vining Davis Foundations.

National corporate funding for NOVA is provided by Draper. Major funding for NOVA is provided by the David H. Koch Fund for Science, the NOVA Science Trust, the Corporation for Public Broadcasting, and PBS viewers.


Step Three: Stellar Black Holes

Scientists now know that neutron stars like the one in the Crab Nebula are not the last word, so to speak, in the awesome story of stellar collapse. That distinction belongs to the black hole. Light is just barely able to escape the deep gravity well of a neutron star, so in a sense it almost qualifies for black hole status. In fact, says John Gribbin, "A neutron star sits on the very threshold of being a black hole." 21 One major factor that sets black holes apart from neutron stars, however, is that geen light can escape from a black hole light and everything else that gets too close to a black hole becomes trapped inside its gravity well forever.

A stellar black hole forms from the collapse of a star having more than eight times the mass of the Sun. So powerful is the force of the inrushing matter that it bypasses both the white dwarf and neutron star stages and compresses that matter into an even denser state. In fact, the matter keeps on falling down the star's gravity well in a sort of neverending death spiral. This is because the gravity well of a black hole is like a bottomless pit, from which nothing can escape.

Not surprisingly, this densest of superdense objects jams an extremely large amount of material into a very small volume of space. A stellar black hole is surprisingly small, therefore. One formed during the death of a star having eight solar masses would probably be only about the size of a small house. It is important to remember that most of the former star's original matter is still inside the black hole. (Some of its matter was ejected into space during the supernova accompanying the star's collapse.) That means that the object's gravitational pull will be roughly the same as that of the original star. Any planets orbiting the star before its collapse would continue orbiting the black hole, which would not capture and consume them unless they strayed too close to it.

The survival of a planet and the survival of living things that might inhabit it are two different things, however. A majority of life forms that happen to exist on planets orbiting a star that becomes a black hole will die from powerful radiation released during the catastrophic collapse and supernova. And any life that has the misfortune to survive this disaster will quickly freeze to death after the star stops radiating light and heat. Clearly, the formation of a stellar black hole is one of the most awesome and potentially lethal events that can occur in nature.


Universe’s Earliest Supernovae Ejected Powerful Jets, Astronomers Say

A team of astronomers from MIT has observed evidence that the Universe’s first stars exploded as asymmetric supernovae, strong enough to scatter heavy elements across the early Universe. The findings appear in the Astrofisiese joernaal.

An artist’s impression of a supernova. Image credit: NASA / CXC / M.Weiss.

Several hundred million years after the Big Bang, the very first stars flared into the Universe as massively bright accumulations of hydrogen and helium gas. Within the cores of these stars, thermonuclear reactions forged the first heavy elements, including carbon, iron, and zinc.

These first stars were likely immense, short-lived fireballs, and astrophysicists have assumed that they exploded as similarly spherical supernovae.

But now astronomers at MIT and elsewhere have found that these stars may have blown apart in a more powerful, asymmetric fashion, spewing forth jets that were violent enough to eject heavy elements into neighboring galaxies. These elements ultimately served as seeds for the second generation of stars, some of which can still be observed today.

“When a star explodes, some proportion of that star gets sucked into a black hole like a vacuum cleaner,” said MIT’s Dr. Anna Frebel.

“Only when you have some kind of mechanism, like a jet that can yank out material, can you observe that material later in a next-generation star.”

In 2005, Dr. Frebel and colleagues found that a star called HE 1327-2326 is an ancient, surviving star that is among the Universe’s second generation of stars.

At the time, the star was the most metal-poor star ever observed, meaning that it had extremely low concentrations of elements heavier than hydrogen and helium — an indication that it formed as part of the second generation of stars, at a time when most of the Universe’s heavy element content had yet to be forged.

“The first stars were so massive that they had to explode almost immediately,” Dr. Frebel said.

“The smaller stars that formed as the second generation are still available today, and they preserve the early material left behind by these first stars. Our star has just a sprinkle of elements heavier than hydrogen and helium, so we know it must have formed as part of the second generation of stars.”

An artist’s rendering of how the first stars in the Universe may have looked. Image credit: N.R. Fuller, National Science Foundation.

In 2016, the team used the Cosmic Origins Spectrograph onboard the NASA/ESA Hubble Space Telescope to observe the star.

The astronomers made a list of heavy elements that they suspected might be within such an ancient star, that they planned to look for in the Hubble data, including silicon, iron, phosphorus, and zinc.

“We found that, no matter how we measured it, we got really strong abundance of zinc,” said MIT’s Dr. Rana Ezzeddine.

The researchers then ran over 10,000 simulations of supernovae and the secondary stars that form in their aftermath.

They found that while most of the spherical supernova simulations were able to produce a secondary star with the elemental compositions they observed in HE 1327-2326, none of them reproduced the zinc signal.

As it turns out, the only simulation that could explain the star’s makeup, including its high abundance of zinc, was one of an aspherical, jet-ejecting supernova of a first star.

Such a supernova would have been extremely explosive, with a power equivalent to about a nonillion times that of a hydrogen bomb.

“We found this first supernova was much more energetic than people have thought before, about 5-10 times more,” Dr. Ezzeddine said.

“In fact, the previous idea of the existence of a dimmer supernova to explain the second-generation stars may soon need to be retired.”

The results may shift scientists’ understanding of reionization, a pivotal period during which the gas in the Universe morphed from being completely neutral, to ionized — a state that made it possible for galaxies to take shape.

“People thought from early observations that the first stars were not so bright or energetic, and so when they exploded, they wouldn’t participate much in reionizing the Universe,” Dr. Frebel said.

“We’re in some sense rectifying this picture and showing, maybe the first stars had enough oomph when they exploded, and maybe now they are strong contenders for contributing to reionization, and for wreaking havoc in their own little dwarf galaxies.”

These first supernovae could have also been powerful enough to shoot heavy elements into neighboring ‘virgin galaxies’ that had yet to form any stars of their own.

Rana Ezzeddine et al. 2019. Evidence for an Aspherical Population III Supernova Explosion Inferred from the Hyper-metal-poor Star HE 1327-2326. ApJ 876, 97 doi: 10.3847/1538-4357/ab14e7