Astronomowie znaleźli najbliższą Ziemi czarną dziurę

Kiedyś widziałem szacunki na podstawie ilości gwiazd w galaktyce, w tym gwiazd, które kończą jako supernowe, że powinna być jedna czarna dziura w promieniu kilkudziesięciu (50-100) lat świetlnych. Przy czym nie pamiętam czy wzięli pod uwagę dystrybucję gwiazd (dysk vs centrum).

Tutaj rozważania na stackexchange:
https://astronomy.stackexchange.com/questions/4725/statistically-what-would-the-average-distance-of-the-closest-black-hole-be

3 hours ago, cyjanobakteria said:

Kiedyś widziałem szacunki na podstawie ilości gwiazd w galaktyce, w tym gwiazd, które kończą jako supernowe, że powinna być jedna czarna dziura w promieniu kilkudziesięciu (50-100) lat świetlnych. Przy czym nie pamiętam czy wzięli pod uwagę dystrybucję gwiazd (dysk vs centrum).

Czarna dziura opisana w artykule nie mogła powstać w wyniku kolapsu gwiazdy i nie bez powodu została nazwana "jednorożcem". Nie chodzi również o stosunkowo niewielką odległość od Słońca, Jej masa wskazuje, że jest to dotychczas hipotetyczna miniaturowa czarna dziura. Do tej grupy czarnych dziur zaliczane są tylko hipotetyczne pierwotne czarne dziury (primordial black holes), które nie są zbudowane z materii barionowej, lecz powstały krótko po Wielkim Wybuchu ze zgęstek ciemnej materii.

Nie wynika to z artykułu, że tym się kierowali nazywając jednorożcem  Poprzednia, najmniejsza BH gwiazdowa ma 3.3 masy, więc to nie jest nie do pomyślenia, żeby jeszcze zejść 10%.

56 minutes ago, cyjanobakteria said:

Nie wynika to z artykułu, że tym się kierowali nazywając jednorożcem  Poprzednia, najmniejsza BH gwiazdowa ma 3.3 masy, więc to nie jest nie do pomyślenia, żeby jeszcze zejść 10%.

Chodzi o to, że powstania czarnych dziur o tak małych masach nie tłumaczą żadne znane naturalne procesy gwiazdowe. W naturalny sposób tworzą się np. gwiazdy neutronowe w wyniku ewolucji gwiazd o masach w przedziale 8-10 mas Słońca. Poniżej tej dolnej granicy powinny zatem powstawać tylko białe karły, lecz nie czarne dziury 

Rozumiem o co chodzi. Moim zdaniem mamy nieprecyzyjną wiedzę o powstawaniu BH  Doczytałem na wiki w międzyczasie o przedziałach mas 2-5 and 50-150 mas Słońca. Mnie bardziej przekonuje hipoteza o zderzeniach gwiazd neutronowych i innych tego typu obiektów, zwłaszcza że LIGO przeprowadziło detekcje tego typu. Ale znam tą hipotezę o PBH, które muszą znajdować się w określonym przedziale mas inaczej byśmy je prawdopodobnie wykryli albo ze względu na promieniowanie Hawkinga albo oddziaływanie grawitacyjne.

Ale jeżeli jednak wziąć pod uwagę kolizje, to BH może być jeszcze więcej w okolicy, nie wspominając o hipotetycznych PBH.

Quote

Mass gaps
It is predicted by some models of stellar evolution that black holes with masses in two ranges cannot be directly formed by the gravitational collapse of a star. These are sometimes distinguished as the "lower" and "upper" mass gaps, roughly representing the ranges of 2 to 5 and 50 to 150 solar masses (M☉), respectively.[10] Another range given for the upper gap is 52 to 133 M☉.[11] 150 M☉ has been regarded as the upper mass limit for stars in the current era of the universe.[12]

Lower mass gap
A lower mass gap is suspected on the basis of a scarcity of observed candidates with masses within a few solar masses above the maximum possible neutron star mass.[10] The existence and theoretical basis for this possible gap are uncertain.[13] The situation may be complicated by the fact that any black holes found in this mass range may have been created via the merging of binary neutron star systems, rather than stellar collapse.[14] The LIGO/Virgo collaboration has reported three candidate events among their gravitational wave observations in run O3 with component masses that fall in this lower mass gap. There has also been reported an observation of a bright, rapidly rotating giant star in a binary system with an unseen companion emitting no light, including x-rays, but having a mass of 3.3 (+2.8 −0.7) solar masses. This is interpreted to suggest that there may be many such low-mass black holes that are not currently consuming any material and are hence undetectable via the usual x-ray signature.[15]

https://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_black_hole

17 minutes ago, cyjanobakteria said:

Rozumiem o co chodzi. Moim zdaniem mamy nieprecyzyjną wiedzę o powstawaniu BH  Doczytałem na wiki w międzyczasie o przedziałach mas 2-5 and 50-150 mas Słońca. Mnie bardziej przekonuje hipoteza o zderzeniach gwiazd neutronowych i innych tego typu obiektów, zwłaszcza że LIGO przeprowadziło detekcje tego typu.

Wynika z tego, że w wyniku hipotetycznego zderzenia dwóch gwiazd neutronowych już ponad 80% masy "jednorożca" z artykułu już zdążyło wyparować. Ciekawe jaka część podczas samego zderzenia, a jaka w wyniku promieniowania Hawkinga? 

Może to widziałeś, ale jest ciekawy wywiad Physics Girl w LIGO. Podczas pierwszego wykrytego zderzenia BH wyparowały 3 masy Słońca w 250ms i zamieniły się w fale grawitacyjne (29 + 36 = 62 + 3). Jest o tym mowa w 22:40. Robi to wrażenie  Wygląda na to, że podczas zderzenia gwiazd neutronowych powinno być tego znacznie mniej, także procentowo, ale nie chce mi się teraz szukać danych. Pamiętam, że wykryli zderzenie gwiazd neutronowych. Aktualne hipoteza jest taka, że dużo ciężkich pierwiastków powstaje w wyniku kolizji gwiazd neutronowych.

2 godziny temu, cyjanobakteria napisał:

Wygląda na to, że podczas zderzenia gwiazd neutronowych powinno być tego znacznie mniej, także procentowo,

Procentowo może być znacznie więcej niż w przypadku BH, kiedy z układu wydostają się praktycznie tylko fale grawitacyjne. Neutronowe piguły dopiero tworzą BH, zanim przestrzeń się zamknie jakaś część masy może zostać odrzucona w postaci materii kwarkowej. Zresztą w ostatnim zdaniu o takiej możliwości napisałeś - chociaż nie w każdym przypadku zderzenie neutronowych musi spowodować powstanie BH.

9 hours ago, ex nihilo said:

Procentowo może być znacznie więcej niż w przypadku BH, kiedy z układu wydostają się praktycznie tylko fale grawitacyjne. Neutronowe piguły dopiero tworzą BH, zanim przestrzeń się zamknie jakaś część masy może zostać odrzucona w postaci materii kwarkowej.

Chodziło mi tylko o fale grawitacyjne. Nieprecyzyjnie napisałem. Myślę, że mniej pary idzie w gwizdek (fale grawitacyjne) podczas zderzenia gwiazd neutronowych niż w przypadku zderzenia dwóch BH.

9 hours ago, ex nihilo said:

zanim przestrzeń się zamknie

Ciekawe określenie. Muszę o tym doczytać i wyszperać w necie jakąś symulację wyliczoną na superkomputerze 

Edit

16 hours ago, cyjanobakteria said:

Rozumiem o co chodzi. Moim zdaniem mamy nieprecyzyjną wiedzę o powstawaniu BH  Doczytałem na wiki w międzyczasie o przedziałach mas 2-5 and 50-150 mas Słońca. Mnie bardziej przekonuje hipoteza o zderzeniach gwiazd neutronowych i innych tego typu obiektów, zwłaszcza że LIGO przeprowadziło detekcje tego typu. Ale znam tą hipotezę o PBH, które muszą znajdować się w określonym przedziale mas

Przedstawiona hipoteza powstawania czarnych dziur w przedziale 3-5 SM dotyczy układu hierarchicznego 3+1, czyli dotyczy co najmniej 3 gwiazd neutronowych przed pierwszą kolizją. Początkowo zderzają się tylko dwie gwiazdy neutronowe. Domyślam się, że trzecia pełni rolę sprawczą umożliwiającą powstanie czarnej dziury o masie 3-5 SM, np. dzięki swojemu polu magnetycznemu. Taka czarna dziura nie "żyje" zbyt długo z powodu bliskości 3 gwiazdy neutronowej, z którą łączy się podczas następnej kolizji dzięki czemu powstaje masywniejsza czarna dziura, która już raczej nie mieści się w przedziale 3-5 SM. 

[1911.04495] Formation and merging of Mass Gap Black Holes in Gravitational Wave Merger Events from Wide Hierarchical Quadruple Systems (arxiv.org)

"Jednorożec" opisywany w artykule nie powstał jednak w opisywanym powyżej układzie, czyli wg najbardziej prawdopodobnej hipotezy składa się z ciemnej materii. 

Z tego, co się orientuję, ciemna materia nie oddziałuje w ten sposób. Nie formuje zwartych obiektów jak czarne dziury czy mniej zwartych jak nawet galaktyki. Przez to, że nie oddziałuje inaczej niż przez grawitację, nie ma możliwości wytracenia energii podczas kolapsu. Ciekawe jak prawdopodobne jest przechwycenie przez BH? Cząsteczka DM musiałaby przelecieć stosunkowo blisko horyzontu, bo nie ma możliwości wytracić energii jak zwykła materia w dysku akrecyjnym i opaść na BH. Ale ekspertem nie jestem, więc to takie luźne rozważania

1 hour ago, cyjanobakteria said:

Z tego, co się orientuję, ciemna materia nie oddziałuje w ten sposób. Nie formuje zwartych obiektów jak czarne dziury czy mniej zwartych jak nawet galaktyki.

W Instytucie Kavli IPMU  (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe) utworzono projekt mający na celu badanie czarnych dziur, które mogły powstać we wczesnym Wszechświecie zanim narodziły się gwiazdy i galaktyki.

https://phys.org/news/2020-12-primordial-black-holes-dark-multiverse.html

Quote

Takie pierwotne czarne dziury (PBH) mogą stanowić całość lub część ciemnej materii, wywoływać niektóre z obserwowanych sygnałów fal grawitacyjnych i mogły wpłynąć na powstanie supermasywnych czarnych dziur w centrum Drogi Mlecznej i innych galaktyk. Mogą również odgrywać rolę w syntezie ciężkich pierwiastków, gdy zderzają się z gwiazdami neutronowymi i niszczą je uwalniając materiał bogaty w neutrony. Istnieje także możliwość, że tajemnicza ciemna materia, która stanowi większość materii we wszechświecie, składa się z pierwotnych czarnych dziur.

Mogła powstać zgodnie ze standardowym modelem. Jest na granicy - a nie niemożliwa.
Mało prawdopodobne że to PBH ponieważ jeszcze ani jednej nie odkryto. Nie wiadomo czy ten pomysł ma sens.
Jest duża różnica pomiędzy masą gwiazdy a masą powstającej BH. Mogła powstać standardowo.

Jeszcze rzuciłem okiem na promieniowanie Hawkinga, na którego efekty działania trzeba jeszcze długo poczekać, jakieś 10^67 lat dla BH o masie Słońca. Z tego, co się orientuję to BH nadał żerują na CMBR, które ma temperaturę wyższą o kilka rzędów wielkości niż hipotetyczne promieniowanie Hawkinga. Hipotetyczne BH o masie większej niż masa Księżyca (orientacyjnie), czyli wszystkie jakie znamy, nie tracą obecnie masy. Wyszperałem dwa cytaty dla dociekliwych 

Quote

10^67 years
Hawking radiation is an incredibly slow process, where a black hole the mass of our Sun would take 10^67 years to evaporate; the one at the Milky Way's center would require 10^87 years, and the most massive ones in the Universe could take up to 10^100 years!

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/11/03/ask-ethan-how-do-black-holes-actually-evaporate/

Quote

If you set that temperature equal to the current temperature of the Cosmic Microwave Background (CMB) that is 2.725 K, then you get a mass of about 4.503 X 10^22 kg, or a little over half the mass of the Moon. Black holes above this mass will be cooler than the CMB incident upon them, so will gather mass-energy from it. Black holes below it will lose energy due to Hawking radiation faster than they gain it from the CMB, so will head towards a catastrophic, runaway "pop." Note that the CMB is also getting cooler as time goes on, so the equilibrium mass shifts upwards.

https://physics.stackexchange.com/questions/492835/bh-evaporation-vs-cmb

13 hours ago, thikim said:

Mogła powstać zgodnie ze standardowym modelem. Jest na granicy - a nie niemożliwa.

Standardowy model powstawania czarnych dziur zakłada dolną granicę 5 SM, czyli obiekt z artykułu jest już poniżej tej granicy. Należałoby poczekać na dodatkowe dane, np ewentualny margines błędu pomiaru.

Quote

A stellar black hole (or stellar-mass black hole) is a black hole formed by the gravitational collapse of a star. They have masses ranging from about 5 to several tens of solar masses.

Czarne dziury w przedziale 3-5 SM mogłyby powstać w stadium przejściowym w układzie trzech gwiazd neutronowych po pierwszej kolizji dwóch gwiazd neutronowych najprawdopodobniej pod wpływem pola magnetycznego trzeciej gwiazdy neutronowej.

Wg opinii kosmologów najbardziej prawdopodobną hipotezą w stosunku do tak małych BH, jeśli można wykluczyć w/w mechanizm są właśnie pierwotne czarne dziury (PBH) powstałe ze zgęstek ciemnej materii we wczesnym Wszechświecie.

Quote

There are no known processes that can produce black holes with mass less than a few times the mass of the Sun. If black holes that small exist, they are most likely primordial black holes.

2 godziny temu, cyjanobakteria napisał:

BH nadał żerują na CMBR

Mają też bardziej treściwą paszę* - nawet najlepsza próżnia kosmiczna nie jest całkiem pusta. Minimum to (z pamięci) równowartość protonu/m^3.
* - to by trzeba policzyć, ale pdp tak będzie i to na kilka rzędów wielkości.

Rozsądne minimum  Znalazłem podobne dane dla gęstości gazu międzygalaktycznego: <10^-27 kg/m3. Wewnątrz dysku galaktycznego jest tego oczywiście więcej. Losowa strona z internetu podaje jeden atom na cm3, a w galaktyce jest bardzo dużo centymetrów sześciennych

Ogólnie ciężko sobie wyobrazić tak małe gęstości, a wydaje się, że przestrzeń kosmiczna w Układzie Słonecznym to już praktycznie próżnia. Jeszcze trudniej sobie wyobrazić, że przy hipotetycznych podróżach kosmicznych z prędkościami relatywistycznymi, ośrodek międzygwiezdny zaczyna stawiać opór