27E: Galaxies Active, Quasars, na Supermassive Black Holes (Mazoezi)

Kwa ajili ya utafutaji zaidi

Makala

Bartusiak, M. “Mnyama katika Core.” Astronomia (Julai 1998): 42. Juu ya mashimo nyeusi supermassive katika vituo vya galaxies.

Disney, M. “Angalia Mpya katika Quasars.” Scientific American (Juni 1998): 52.

Djorgovski, S. “Moto katika Cosmic Dawn.” Astronomia (Septemba 1995): 36. Juu ya quasars na nini tunaweza kujifunza kutoka kwao.

Ford, H., & Tsvetanov, Z. “Massive Black Holes katika Hearts of Galaxies.” Sky & Darubini (Juni 1996): 28. Nice maelezo ya jumla.

Irion, R. “Quasar katika Kila Galaxy?” Sky & Darubini (Julai 2006): 40. Inajadili jinsi mashimo nyeusi yenye nguvu ya vituo vya galaxi yanaweza kuwa ya kawaida zaidi kuliko ilivyofikiriwa.

Kormendy, J. “Kwa nini Kuna mashimo mengi ya Black?” Astronomia (Agosti 2016): 26. Majadiliano ya kwa nini mashimo nyeusi supermassive ni ya kawaida katika ulimwengu.

Kruesi, L. “Siri za vitu vyema zaidi katika Ulimwengu.” Astronomia (Julai 2013): 24. Mapitio ya ufahamu wetu wa sasa wa quasars na jinsi wanavyotusaidia kujifunza kuhusu mashimo meusi.

Miller, M., na wengine. “Supermassive Black Holes: Kuchagiza Mazingira yao.” Sky & Darubini (Aprili 2005): 42. Jets kutoka disks nyeusi shimo.

Nadis, S. “Kuchunguza uhusiano wa Galaxy-Black Hole.” Astronomia (Mei 2010): 28. Maelezo ya jumla.

Nadis, S. “Hapa, Kuna, na Kila mahali.” Astronomia (Februari 2001): 34. On Hubble uchunguzi kuonyesha jinsi ya kawaida supermassive mashimo nyeusi ni katika galaxies.

Nadis, S. “Kuangalia ndani ya Galaxy ya Monster.” Astronomia (Mei 2014): 24. Uchunguzi gani wa X-ray unatuambia kuhusu utaratibu unaowezesha Galaxy ya kazi M87.

Olson, S. “Black Hole Hunters.” Astronomia (Mei 1999): 48. Inafafanua wanaastronomia wanne wanaotafuta mashimo meusi “yenye njaa” kwenye vituo vya galaxi zinazofanya kazi.

Peterson, B. “Kutatua Puzzle ya Quasar.” Sky & Darubini (Septemba 2013): 24. Makala ya mapitio juu ya jinsi tulivyotambua kwamba mashimo nyeusi yalikuwa chanzo cha nguvu kwa quasars, na jinsi tunavyowaona leo.

Tucker, W., na wengine. “Black Hole Blowback.” Scientific American (Machi 2007): 42. Jinsi mashimo nyeusi supermassive kujenga Bubbles kubwa katika kati ya intergalactic.

Voit, G. “Kupanda na kuanguka kwa Quasars.” Sky & Darubini (Mei 1999): 40. Maelezo mazuri ya jinsi quasars zinavyofaa katika historia ya cosmic.

Wanjek, C. “Jinsi Mashimo Mweusi Yalivyosaidia Kujenga Ulimwengu.” Sky & Darubini (Januari 2007): 42. Juu ya nishati na outflow kutoka disks karibu supermassive mashimo nyeusi; kuanzishwa nzuri.

Websites

Monsters katika Galactic Nuclei: http://chandra.as.utexas.edu/stardate.html. Makala juu ya mashimo nyeusi supermassive na John Kormendy, kutoka gazeti StarDate.

Quasar Astronomia Miaka arobaini On: http://www.astr.ua.edu/keel/agn/quasar40.html. Makala maarufu ya 2003 na William Keel.

Quasars na Active Galactic Nuclei: www.astr.ua.edu/keel/agn/. Nyumba ya sanaa annotated ya picha kuonyesha mbalimbali ya shughuli katika galaxies. Pia kuna utangulizi, faharasa, na taarifa za msingi. Pia na William Keel.

quasars: “Mwanga ajabu”: http://hubblesite.org/newscenter/arc...35/background/. Hii “backgrounder” fupi kutoka ofisi ya habari ya umma katika HubbleSite inatoa kidogo ya historia ya ugunduzi na uelewa wa quasars.

Video

Galaxies Active: https://www.youtube.com/watch?v=Y_HgsFmwCeg. Sehemu ya Astronomia: Mfululizo wa Uchunguzi na Nadharia; utangulizi wa nusu saa kwa quasars na vitu vinavyohusiana (27:28).

Black Hole machafuko: Mazingira ya wengi Supermassive Black Holes katika Ulimwengu: https://www.youtube.com/watch?v=hzSgU-3d8QY. Mei 2013 hotuba na Dr. Belinda Wilkes na Dr. Francesca Civano wa Kituo cha Astrofizikia katika CFA Observatory Nights Hotuba Series (50:14).

Hubble na Black Holes: http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast43a/. Hubblecast juu ya mashimo nyeusi na viini vya galactic hai (9:10).

Monster Black mashimo: https://www.youtube.com/watch?v=LN9oYjNKBm8. Mei 2013 hotuba na Profesa Chung-Pei Ma wa Chuo Kikuu cha California, Berkeley; sehemu ya Silicon Valley Astronomia Hotuba Series (1:18:03).

Shughuli za Kikundi cha

1. Wakati quasars zilipogunduliwa kwanza na chanzo cha nishati yao kubwa haijulikani, baadhi ya wanaastronomia walitafuta ushahidi kwamba quasars ni karibu sana kwetu kuliko mabadiliko yao yanavyoashiria. (Kwa njia hiyo, hawatalazimika kuzalisha nishati nyingi ili kuonekana kama mkali kama wanavyofanya.) Njia moja ilikuwa kupata “jozi zisizofanana” —quasar na galaxi yenye mabadiliko ya rangi nyekundu tofauti ambayo iko karibu na mwelekeo sawa angani. Tuseme unapata galaxy moja na moja tu yenye quasar karibu sana, na mabadiliko ya quasar ni mara sita zaidi kuliko ile ya galaxi. Je kundi lako kujadili kama unaweza kisha kuhitimisha kwamba vitu viwili ni katika umbali sawa na kwamba redshift si kiashiria kuaminika ya umbali. Kwa nini? Tuseme umepata jozi tatu hizo, kila mmoja akiwa na mabadiliko ya redshifts tofauti? Tuseme kila galaxy ina quasar iliyo karibu na mabadiliko ya redshift tofauti. Jibu lako lingebadilikaje na kwa nini?
2. Kwa kawaida darubini kubwa za ardhi zinaweza kutoa muda kwa wanaastronomia mmoja tu kati ya kila wanne wanaoomba kuangalia muda. Mwanaastronomia mmoja maarufu alijaribu kwa miaka kadhaa kuanzisha kuwa mabadiliko ya redya ya quasars hayaonyeshi umbali wao. Mwanzoni, alipewa muda kwenye darubini kubwa zaidi duniani, lakini hatimaye ikawa wazi kuwa quasars zilikuwa tu vituo vya galaxi zinazofanya kazi na kwamba mabadiliko yao yanaonyesha umbali. Katika hatua hiyo, alikataliwa kuchunguza muda na kamati ya wanaastronomia waliopitia upya mapendekezo hayo. Tuseme kundi lako lilikuwa kamati. Ungefanya uamuzi gani? Kwa nini? (Kwa ujumla, ni vigezo gani wanapaswa kuwa na wataalamu wa astronomia kwa kuruhusu wanaastronomia ambao maoni yao hayakubaliani kabisa na maoni yaliyopo kuwa na uwezo wa kufuata utafiti wao?)
3. Kulingana na taarifa katika sura hii na katika Black Holes na Curved Spacetime, kuwa kundi lako kujadili nini itakuwa kama karibu tukio upeo wa macho ya shimo supermassive nyeusi katika quasar au galaxy kazi. Fanya orodha ya sababu zote safari ya mkoa huo haitakuwa nzuri kwa afya yako. Kuwa maalum.
4. Kabla ya kuelewa kwamba nishati ya quasars inatokana na mashimo nyeusi makubwa, wanaastronomia walishangaa na jinsi mikoa midogo hiyo inaweza kutoa nishati nyingi. Mifano mbalimbali zilipendekezwa, baadhi ya kuwashirikisha fizikia mpya au mawazo mazuri “mbali” kutoka kwa fizikia ya sasa. Je, kundi lako linaweza kuja na baadhi ya maeneo ya astronomia uliyojifunza katika kozi hii ambapo hatuna maelezo ya kitu kinachotokea katika ulimwengu?

Mapitio ya Maswali

1. Eleza tofauti kati ya quasars na galaxi za kawaida.
2. Eleza hoja zinazounga mkono wazo kwamba quasars ni umbali unaoonyeshwa na mabadiliko yao ya redshifts.
3. Ni kwa njia gani galaxi zinazofanya kazi kama quasars lakini ni tofauti na galaxi za kawaida?
4. Kwa nini mkusanyiko wa jambo lililopo katikati ya galaxi inayofanya kazi kama M87 hakuweza kufanywa kwa nyota?
5. Eleza mchakato ambao hatua ya shimo nyeusi inaweza kuelezea nishati inayotokana na quasars.
6. Eleza uchunguzi ambao uliwashawishi wanaastronomia kuwa M87 ni galaxi inayofanya kazi.
7. Kwa nini wanaastronomia wanaamini kwamba quasars zinawakilisha hatua ya mwanzo katika mageuzi ya galaxi?
8. Kwa nini quasars na galaxi za kazi hazikutambuliwa awali kuwa “maalum” kwa namna fulani?
9. Tunaelewa nini sasa kuwa ni tofauti ya msingi kati ya galaxi za kawaida na galaxi zinazofanya kazi?
10. Je! Ni muundo gani wa kawaida tunayoona katika quasar kwenye masafa ya redio?
11. Tuna ushahidi gani kwamba kanda kuu ya mwanga ya quasar ni ndogo na imara?

Maswali ya mawazo

1. Tuseme unachunguza kitu kama nyota mbinguni. Unawezaje kujua kama ni kweli nyota au quasar?
2. Kwa nini njia yoyote ya kuanzisha umbali wa galaxi, iliyoelezwa katika galaxi (isipokuwa sheria ya Hubble yenyewe), haifanyi kazi kwa quasars?
3. Moja ya nadharia za mwanzo za kuelezea mabadiliko makubwa ya quasars ni kwamba vitu hivi vilikuwa vimeondolewa kwa kasi ya juu sana kutoka galaxi nyingine. Wazo hili lilikataliwa, kwa sababu hakuna quasars na blueshifts kubwa zilizopatikana. Eleza kwa nini tunatarajia kuona quasars zilizo na mistari ya bluu iliyobadilishwa na nyekundu ikiwa yameondolewa kutoka galaxi zilizo karibu.
4. Rafiki yako ambaye ameangalia matukio mengi ya Star Trek na sinema anasema, “Nilidhani kwamba mashimo nyeusi vunjwa kila kitu ndani yao. Kwa nini basi wanaastronomia wanafikiri kwamba mashimo meusi yanaweza kueleza umwagaji mkubwa wa nishati kutoka kwa quasars?” Jinsi gani unaweza kujibu?
5. Je, Milky Way inaweza kuwa galaxy hai? Je! Inawezekana kuwa kama mwanga kama quasar?
6. Kwa nini quasars kwa ujumla ni nyepesi zaidi (kwa nini hutoa nishati nyingi zaidi) kuliko galaxi zinazofanya kazi?
7. Tuseme tunaona chanzo chenye nguvu cha redio na darubini ya redio. Tunawezaje kuamua kama hii ilikuwa quasar mpya iliyogunduliwa na sio maambukizi ya redio ya jirani?
8. Rafiki anajaribu kukushawishi kwamba anaweza kuona kwa urahisi quasar katika darubini yake ya mashamba. Je, unaamini madai yake?

Kujihesabu mwenyewe

1. Onyesha kwamba bila kujali jinsi kubwa redshift (\(z\)) sisi kupima,\(v/c\) kamwe kuwa kubwa kuliko 1. (Kwa maneno mengine, hakuna galaxy tunayoyaona inaweza kusonga mbali kwa kasi zaidi kuliko kasi ya mwanga.)
2. Ikiwa quasar ina redshift ya 3.3, kwa sehemu gani ya kasi ya mwanga ni kusonga mbali na sisi?
3. Ikiwa quasar inaondoka kwetu saa\(v/c\) = 0.8, ni nini redshift kipimo?
4. Katika sura hiyo, tulijadili kuwa mabadiliko makubwa zaidi yaliyopatikana hadi sasa ni makubwa kuliko 6. Tuseme tunapata quasar na redshift ya 6.1. Kwa sehemu gani ya kasi ya mwanga ni kusonga mbali na sisi?
5. Tofauti ya haraka katika quasars inaonyesha kwamba kanda ambayo nishati huzalishwa lazima iwe ndogo. Unaweza kuonyesha kwa nini hii ni kweli. Tuseme, kwa mfano, kwamba kanda ambayo nishati huzalishwa ni nyanja ya uwazi 1 mwaka wa mwanga wa kipenyo. Tuseme kwamba katika 1 s mkoa huu unaangaza kwa sababu ya 10 na inabakia mkali kwa miaka miwili, baada ya hapo inarudi kwenye mwanga wake wa awali. Chora safu yake ya nuru (grafu ya mwangaza wake kwa muda) kama inavyotazamwa kutoka Dunia.
6. Uhamisho mkubwa huhamisha nafasi za mistari ya spectral kwa wavelengths ndefu na kubadilisha kile kinachoweza kuzingatiwa kutoka chini. Kwa mfano, tuseme quasar ina redshift ya\(\frac{\Delta \lambda}{\lambda} = 4.1\). Je, ni wavelength gani unaweza kufanya uchunguzi ili kuchunguza mstari wake wa Lyman wa hidrojeni, ambayo ina maabara au wavelength ya kupumzika ya 121.6 nm? Je, mstari huu utaonekana na darubini yenye makao ya ardhi katika quasar yenye mabadiliko ya sifuri? Je, ni kuwa wazi kutoka ardhini katika quasar na redshift ya\(\frac{\Delta \lambda}{\lambda} = 4.1\)?
7. Mara nyingine tena katika sura hii, tunaona matumizi ya sheria ya tatu ya Kepler kukadiria wingi wa mashimo nyeusi supermassive. Katika kesi ya NGC 4261, sura hii ilitoa matokeo ya hesabu ya wingi wa shimo nyeusi katika NGC 4261. Ili kupata jibu hili, wanaastronomia walipaswa kupima kasi ya chembe katika pete ya vumbi na gesi inayozunguka shimo jeusi. Je, kasi hizi zilikuwa juu gani? Pindisha sheria ya tatu ya Kepler na kutumia taarifa iliyotolewa katika sura hii kuhusu galaxy NGC 4261—masi ya shimo jeusi katikati yake na kipenyo cha pete inayozunguka ya vumbi na gesi-kuhesabu muda gani itachukua chembe ya vumbi katika pete ili kukamilisha obiti moja kuzunguka shimo jeusi. Fikiria kwamba nguvu pekee inayofanya chembe ya vumbi ni nguvu ya mvuto inayotumiwa na shimo nyeusi. Tumia kasi ya chembe ya vumbi katika km/s.
8. Katika Angalia sehemu yako ya Kujifunza ya Mfano 27.1.1 katika Sehemu ya 27.1, uliambiwa kuwa mistari kadhaa ya kunyonya hidrojeni katika wigo unaoonekana hupumzika wavelengths ya 410 nm, 434 nm, 486 nm, na 656 nm. Katika wigo wa galaxy ya mbali, mistari hiyo hiyo inazingatiwa kuwa na wavelengths ya 492 nm, 521 nm, 583 nm, na 787 nm, kwa mtiririko huo. Mfano ulionyesha kuwa z = 0.20 kwa mstari wa 410 nm. Onyesha kwamba utapata redshift huo bila kujali ambayo ngozi line kupima.
9. Katika Angalia sehemu yako ya Kujifunza ya Mfano 27.1.1 katika Sehemu ya 27.1, mwandishi alisema kuwa hata\(z = 0.2\), tayari kuna kupotoka kwa 11% kati ya ufumbuzi wa relativistic na classical. Ni tofauti gani ya asilimia kati ya matokeo ya classical na relativistic katika\(z = 0.1\)? Ni nini\(z = 0.5\)? Ni nini\(z = 1\)?
10. Quasar inayoonekana angavu zaidi angani yetu, 3C 273, iko umbali wa miaka ya nuru bilioni 2.4. Jua lingetakiwa kutazamwa kutoka umbali wa miaka ya nuru 1300 ili kuwa na ukubwa sawa wa dhahiri kama 3C 273. Kutumia sheria ya mraba inverse kwa mwanga, tathmini ya mwanga wa 3C 273 katika vitengo vya jua.