Największymi obiektami we wszechświecie
są czarne dziury
w przeciwieństwie do rzeczy takich jak planety czy gwiazdy
nie mają one fizycznego limitu wielkości
i mogą dosłownie rosnąć w nieskończoność
jednak w rzeczywistości
musi dojść do specyficznych wydarzeń
aby powstały specyficzne czarne dziury
od tych na prawdę małych
do największych pojedynczych rzeczy we wszechświecie
więc jak czarne dziury rosną?
i jak duża jest największa z nich?
To wideo nie mówi o tym jak czarne dziury działają
lub jak powstają
gdyż ogladaliśmy to z detalami w naszych seriach o czarnych dziurach i gwiazdach neutronowych
możesz je zobaczyć później
teraz jesteśmy zainteresowani znalezieniem największej rzeczy we wszechświecie
zacznijmy od czegoś bardzo, bardzo małego
pierwotne czarne dziury
najmniejszy rodzaj czarnej dziury
może ale nie musi istnieć
jeśli istnieją to są prawdopodobnie najstarszymi obiektami we wszechświecie
starszymi nawet od atomów
uformowałyby się zaraz po wielkim wybuchu
kiedy wszechświat był pełen gęstej energii
gdzie każda najmniejsza kieszeń
która była tylko nieco bardziej gęsta niż sąsiednia
mogła stworzyć czarną dziurę
najmniejsza pierwotna czarna dziura
która mogłaby przetrwać do dziś miałaby
około bilion kilogramów
czyli tyle ile spora góra
jednak byłaby nie większa niż proton
pierwotna czarna dziura o masie ziemii
nie byłaby większa niż moneta
to sprawia, że są one trudne do znalezienia
wiec jeszcze żadnej nie zaobserowaliśmy
jeśli one istnieją mogą być nawet tajemniczą ciemną materią
która utrzymuje galaktyki razem
przejdzmy do rodzajów czarnych dziur
o których wiemy z pewnością, że istnieją
gwiazdowe czarne dziury
aby zrobić czarną dziurę
musimy skompresować wystarczająco dużo materii
aby zapadła się sama w siebie
po tym im wiecej masy w nią wrzucimy
tym większa się stanie
w dzisiejszym wszechświecie
tylko najbardziej brutalne zdarzenia kosmiczne
mogą stworzyć niezbędne warunki
takie jak fuzja gwiazd neutronowych
lub gdy rdzeń bardzo masywnej gwiazdy się zapada się w supernową
obierzmy jednostkę aby móc na niej pracować
użyjemy masy naszego Słońca
około 2 miliony bilionów bilionów kilogramów
najmniejsza znana czarna dziura
ma 2,7 mas naszego Słońca
co przekłada się na kulę o średnicy mniej więcej 16 km
wystarczająco dużej by pokryć Paryż
inną lekką czarną dziurą
jest towarzysz czerwonego olbrzyma V723 Mon
ta gwiazda jest 24 razy większa od naszego Słońca
mając średnicę 30 milionów kilometrów
a jednak jest ona rzucana przez małą czarną dziurę
szeroką jedynie na 17,2 km
ta mała rzecz znęca się nad gwiazdą
i jest tyle razy mniejsza
że trudno jest je pokazać w porównaniu
jedną z najwiekszych znanych gwiezdnych czarnych dziur
jest M33 X-7
aktualnie spędza ona czas pochłaniając
błękitnego olrzyma o masie 70 razy wiekszej od Słońca
kawałek po kawałku
gdy cała skradziona masa krąży w kierunku czarnej dziury
jak woda w odpływie
tarcie podgrzewa ją do temperatury
wystarczająco wysokich aby świeciła 500 tysięcy razy jaśniej niż nasze Słońce
a jednak X-7 ma 'tylko' masę równą 15,65 mas Słońca
i jest szeroka na 19 km
co wystarczy aby zacienić Korsykę
aby urosnąć do większych rozmiarów
czarne dziury muszą pożerać wiele gwiazd
lub lepiej łączyć się ze sobą
instrumenty umożliwiające nam zaobserowowanie takich zdarzeń
sa bardzo nowe
więc aktualnie odkrywamy wiele ekscytujących rzeczy
jak dwie duże czarne dziury
które odkryliśmy w galaktyce odległej o 17 miliardów lat świetlnych
gdy gwałtownie wirują wokół siebie
uwalniają więcej energii w postaci fal grawitacyjnych
niż całe światło produkowane przez gwiazdy drogi mlecznej
w ciągu 4 400 lat
nowa czarna dziura którą utworzyły jest wielkości Niemiec
i ma masę równą 142 mas Słońca
i tu napotykamy ciekawą przepaść
istnieje wiele czarnych dziur poniżej 150 mas Słońca
i później nie ma nic przez długi czas
aż nagle docieramy do czarnych dziur
które są miliony razy cięższe
co jest troche mylące
ponieważ mamy wyobrażenie, że czarne dziury konsekwentnie zwiększają swoje rozmiary
ale dla największych czarnych dziur
ten proces nie jest wystarczająco szybki
aby wyjaśnić ich istnienie dzisiaj
wszechświat jest poprostu nie wystarczająco stary
aby te super duże czarne dziury
powstały pochłaniając gwiazdy
i łącząc się ze sobą
musiało wydarzyć się coś innego
aby wyjaśnić istnienie największych czarnych dziur we wszechświecie
będziemy potrzebowali największych gwiazd jakie istniały
quasistar
aby nabrać poczucia skali
możemy je porównać do największych gwiazd jakie istnieją dziś
nasze Słońce jest obok nich jak ziarnko piasku
nie wiemy czy quasistars istnieją
ale są interesującym tworem
który mógłby zasilać wzrost czarnych dziur
teoria mówi, że materia we wczesnym wszechświecie była tak gęsta
że quasistars mogły osiągać masę tysiące razy większą niż nasze Słońce
rdzeń takich gwiazd mógł być zmiażdżony przez własną masę
aż zapadały się one do czarnych dziur, gdy gwiazda jeszcze się tworzyła
w przeciwieństwie do dzisiejszych gwiazd
doprowadziłoby to do ich zniszczenia
wewnątrz quasistar mógła powstać śmiercionośna równowaga
grawitacja ściskałaby super gwiazdę
karmiąc czarną dziurę
i podrzewając materię wpadającą do niej
do takiego stopnia
że ciśnienie promieniowania utrzymywało gwiazdę stabilną
a szybko rosnące czarne dziury
mogłyby być w stanie pochłonąc quasistar przez miliard lat
i urosnąć do o wiele większych rozmiarów niż współczesne gwiezdne czarne dziury
czarne dziury kilka tysiecy razy cięższe niż masa Słońca
i szersze niż cała ziemia
te czarne dziury mogą stać się ziarnem dla
supermasywnych czarnych dziur
wiec teraz docieramy do królów naszego wszechświata
najwiekszych pojedynczych obiektach jakie istnieją
centra wiekszości galaktyk zawierają supermasywne czarne dziury
a są one przeogromne
w drodze mlecznej mamy Sagittarius A*
supermasywną czarną dziurę
o masie równej 4 milionom mas Słońca
która jest spokojna i robi co do niej należy
wiemy, że tam jest
ponieważ widzimy wiele gwiazd
które są rzucane przez wydawałoby się puste miejsce
i pomijając jej olbrzymią masę
jej promień jest tylko 70 razy większy od naszego Słońca
mniejszy niż większość gigantycznych gwiazd
ale milion razy bardziej masywny
ponieważ supermasywne czarne dziury są tak wielkie
i znajdują się w centrum galaktyki
wiele osób wyobraża je sobie jak słońce w układzie słonecznym
jak kotwica, która trzyma wszystko razem
i zmusza to do orbitowania
ale jest to nieporozumienie
podczas gdy Słońce stanowi 99,86% całej masy w układzie słonecznym
supermasywne czarne dziury mają jedynie 0,001% masy swojej galaktyki
miliardy gwiazd w galaktykach
nie są z nimi związane grawitacyjnie
zamiast tego odpowiada za to grawitacyjny efekt czarnej materii
wiele supermasywnych czarnych dziur
nie jest łagodnymi olbrzymami
zwłaszcza kiedy żywią się
chmurami masy w swoich galaktykach
ta w centrum galaktyki BL Lecertae
pochłania tak wiele materii
że produkuje podmuchy plazmy
przyspieszonej niemalże do prędkości światła
gdyby Ziemia orbitowała w okół tego wielkiego obiektu
wyglądałoby na 115 razy większe od Słońca na niebie
i bylibyśmy spaleni na wiórek w sekundę
przez jego gorący dysk akrecyjny
w tym momencie czarne dziury są już tak duże
że gwiazdy wydają się być śmiesznie małe
w porównaniu do nich
galaktyka Cygnus A ma supermasywną czarną dziurę
o masie 2,5 miliarda mas Słońca
i szerokiej na 14,7 miliarda kilometrów
co znaczy, że gdyby zajęła ona miejsce naszego Słońca
pochłonęłaby wszystkie planety
i rozciągałaby się w pół drogi do granicy naszego układu słonecznego
pożera ona tyle masy i materii
że zbija swój dysk w magnetyczny lej
wypluwając gazy
tworząc ogromne płaty radiowe
piętrzące się nad galaktyką
o średnicy pół miliona lat świetlnych
to 2,5 drogi mlecznej na szerokość
inna całkiem duża supermasywna czarna dziura
znajduje się w galaktyce Messier 87
ma ona masę 6,5 miliarda mas Słońca
i była pierwszą czarną dziurą którą udało się sfotografować
lub raczej żarzącego się gazu
wokół krawędzi groźnego cienia
ta kula ciemności jest tak olbrzymia
że pokryłaby nasz cały układ słoneczny
a jednak istenie coś znacznie większego niż te obiekty
ultramasywne czarne dziury
teraz osiągneliśmy największe czarne dziury
prawdopodobnie największe pojedyncze obiekty jakie będą kiedykolwiek istnieć
te czarne dziury pochłoneły tak wiele
że urosły do rozmiarów dziesiątek miliardów mas Słońca
ich grawitacja napędza kwazar
dysk akrecyjny świecący jaśniej niż tysiące galaktyk pełnych gwiazd
są tak masywne, że zasługują na własną nazwę
ultramasywne czarne dziury
ultramasywna czarna dziura w centrum galaktyki OJ 297
ma 18 miliardów mas Słońca
jest tak duża
że ma supermasywną czarną dziurę prawie 14 razy większą niż Saggitarius A*
orbitującą wokół siebie
to definiuje wyobraźnie
i jest trudno to porównać to z czymkolwiek
może wygodnie zmieścić trzy układy słoneczne
ułożone jeden obok drugiego w swoim wnętrzu
skończmy ten zwariowany konkurs
i dojdzmy do króla królów
TON 618
czarna dziura, którą możemy obserwować
pochłania masę równoznaczną z masą galaktyk
lśni z jasnością setki bilionów gwiazd
widoczna z odległości 18 miliardów lat świetlnych
ma masę równą 66 miliardów mas Słońca
czarna dziura tak duża
że zajęłoby światłu tydzień aby dotrzeć do jej osobliwości
po przekroczeniu horyzontu zdarzeń
około jedenastu układów słonecznych mogłoby się w nim zmieścić
to być może pojedyńczy największy obiekt we wszechświecie
ale w rzeczywistości jest prawdopodobnie nawet większa
ponieważ TON 618 jest tak daleko
obserwujemy tylko jak wyglądała 10 miliardów lat temu
w każdym razie czarne dziury są przerażające
i tajemnicze
i gigantyczne
będą tu gdy wszystko inne zginie
i będą rosły większe i większe
ok
teraz przejdzmy tą drogę jeszcze raz
od najmniejszych możliwych czarnych dziur
aż do tych największych
spróbujmy dziś czegoś nowego
możemy to nazwać "za kłamstwami"
krótkie "za kulisami"
o niezbędnych niedokładnościach w tym wideo
ponieważ to nie jest do końca możliwe
uszeregować czarne dziury jak karty kolekcjonerskie
jak to?
skatalogowaliśmy miliony gwiazd
jednak mamy dane na temat tylko
kilku tuzinów czarnych dziur
to dlatego że wypatrywanie czarnych dziur
nie było modne przez ostanich pięćdziesiąt lat
i technicznie rzecz biorąc dalej nie jest
ponieważ nie możemy zobaczyć czarnych dziur
możemy jedynie wyciągać wnioski o ich właściwościach
obserwując efekty grawitacyjne
materii dookoła nich
takich jak orbity gwiazd, które są blisko nich
efekt ten zależy od masy czarnej dziury
którą możemy prosto przybliżyć używając praw Keplera
ale jest to obarczone wielkimi niepewnościami i słupkami błędu
wtedy musimy zamienić masę na rozmiar
co wprowadza kolejne niepewności
na przykład obliczyliśmy promień z masy używając równiania Schwarzschilda
które zakłada dla uproszczenia, że czarne dziury są idealnie okrągłe
i nie obracają się
takie czarne dziury nie istnieją
rzeczywistość jest taka, że fizyka w takiej skali jest nieco nieostra
więc niektóre czarne dziury, o których tu mówiliśmy
są o wiele mniejsze lub o wiele większe
po prostu nie wiemy tego na pewno
omijaliśmy ten temat
przez porównywanie różnych źródeł z różnymi wartościami
i używając innych przeliczeń masy
co doprowadziło do standaryzowanej listy
dzięki czemu byliśmy tak dokładni jak to po ludzku jest możliwe
możesz spojrzeć na to wszystko w naszym pliku źródłowym
jako rezultat ten scenariusz został napisany
ze łzami ekspertów, których doprowadzaliśmy do obłedu
przez naszą obsesję o najlepsze dane z jakimi oni mogli żyć
w tym procesie wiele rzeczy zostało wyciętych
i nie dostało się do ostatecznej wersji wideo
ale na szczęście udało nam się naleźć sposób, żeby wszystkiego nie zmarnować
stworzyliśmy wiele gadżetów związanych z czarnymi dziurami
obejmując cały zakres od szalonych do bardziej poważnych
dzięki temu możemy odkryć ten temat pod innym kątem
a ty możesz kontynuować zabawę z czarnymi dziurami
nawet gdy to wideo się skończy