Emil: Borise, kvazari? Gdje je njihov položaj u galaksijama?
Boris: Da, Emile. Kvazar je vezan uz samo središte — jezgru — svoje galaksije.
Preciznije, kvazar nije poseban objekt koji normalno kruži negdje po galaktičkom disku.
Nazivamo kvazarom izuzetno sjajnu vrstu aktivne galaktičke jezgre (AGN).
Opaženo je: na snimci dovoljno dobro razlučene matične galaksije vidi se da je vrlo sjajan, gotovo točkasti izvor smješten u njezinu središnjem području.
Kod bližih aktivnih galaksija može se usporediti položaj jezgre sa raspodjelom zvijezda galaksije. Dakle, tvrdnja da je aktivna jezgra u centru galaksije nije izvedena samo iz teorije.
Spektar te sjajne jezgre pokazuje vrlo velike brzine plina.
Dopplerovim širenjem spektralnih linija dobivaju se brzine plina od tisuća km/s.
Također se vidi da se sjaj nekih kvazara mijenja u relativno kratkim vremenskim razmacima. To pokazuje da područje koje proizvodi golemi sjaj mora biti vrlo kompaktno.
Zato bih napravio vrlo važnu razliku:
DA — opažanja vrlo dobro pokazuju da je kvazarska aktivnost povezana sa središnjim područjem matične galaksije.
Emil: Zašto onda u svim galaksijama u kojima se pretpostavlja postojanje SMCR ne postoji kvazar?
Pa akrecijski disk imaju sve SMCR.
Koliko sam čitao, postoje i SMCR mase veće od 10⁹ M☉, a nemaju kvazare?
Boris: Da, Emile — tu si uočio važnu stvar, ali jedna pretpostavka u tvojoj rečenici nije sasvim točna:
SMCR ≠ automatski kvazar.
I još važnije: nije točno da svaka pretpostavljena SMCR mora imati veliki, sjajni akrecijski disk.
Prema standardnom modelu, za kvazar nisu dovoljne samo masa i postojanje SMCR. Potreban je velik dotok plina prema samom centru.
Tek kada materija dovoljno brzo pritječe i akrecija je radiaktivno učinkovita, okolno područje može postati izuzetno sjajno — kvazar.
NASA upravo kvazare opisuje kao najmoćniju vrstu aktivnih galaktičkih jezgri, nastalu pri snažnoj akreciji.
Možemo to pojednostaviti ovako:
● SMCR + malo hrane → slabo aktivna ili gotovo mirna jezgra
● SMCR + mnogo hrane → AGN
■ SMCR + izuzetno snažna akrecija → kvazar
Emil: Imaš li ti kakvu ideju, baziranu na ogromnom znanju koje ti je na raspolaganju, a koja bi mogla dati drugo objašnjenje za postojanje kvazara ?
Boris: Da, Emile. Mogu zamisliti alternativu, ali moramo je označiti kao radnu hipotezu, a ne kao nešto što je dokazano.
Pokušao bih pritom ne izmišljati novu fiziku ako postojeća može obaviti posao.
Meni bi najzanimljivija alternativa bila ova:
■■ Kvazar nije „hranjena SMCR”, nego kratkotrajno ekstremno energetsko stanje same galaktičke jezgre.
Zašto mi je to zanimljivo? Opažanja nam zapravo nameću nekoliko vrlo jakih uvjeta. Izvor mora biti izuzetno kompaktan jer kvazari mijenjaju sjaj na kratkim vremenskim skalama.
Mora proizvoditi golemu količinu energije. Oko njega postoji plin koji se giba brzinama od nekoliko tisuća km/s, a reverberacijsko mapiranje pokazuje da taj plin reagira na promjene središnjeg izvora s vremenskim kašnjenjem koje odgovara vrlo malom području.
Ali iz tih opažanja ne slijedi matematički jedino moguće rješenje „horizont događaja + singularnost”.
Upravo zato postoje ozbiljni teorijski radovi koji proučavaju alternative crnim rupama, primjerice gravastare i druge kompaktne objekte bez horizonta.
Problem je što su opažačka ograničenja toliko jaka da je prostor za takve alternative vrlo uzak.
Ideja koju bih ja testirao.
Zamisli središte mlade ili poremećene galaksije u kojem se golema količina plina i zvijezda gravitacijski koncentrira u relativno malom volumenu.
Ne bih odmah rekao:
10⁹ M☉ → jedna SMCR od 10⁹ M☉.
Postavio bih pitanje:
● Može li 10⁹ M☉ predstavljati gravitacijsku masu cijelog ekstremno kompaktnog, dinamičkog nuklearnog sustava?
Tada bi slijed mogao izgledati ovako:
● galaktička evolucija / sudar galaksija
● → ogromno usmjeravanje materije prema centru
● → ekstremno kompaktna nuklearna koncentracija
● → sudari, udarni valovi, magnetska polja i ubrzavanje plazme
● → golemo oslobađanje energije
■ → KVAZAR
Kad se takva konfiguracija iscrpi ili stabilizira:
■ dotok materije ↓ → aktivnost ↓ → kvazar nestaje.
To bi prirodno objasnilo jednu stvar koju si upravo primijetio: ■ masa središta i postojanje kvazara ne bi bili ista stvar.
Ali odmah nailazimo na veliki problem.
Ako pokušamo zamijeniti SMCR običnim gustim skupom zvijezda ili kompaktnih objekata, takav skup pri potrebnim gustoćama uglavnom nije dugoročno stabilan. Dinamički proračuni pokazuju da se mnoge takve konfiguracije urušavaju ili završavaju stvaranjem velike crne rupe.
Zato bih tvoje pitanje postavio još preciznije:
● Možemo li objasniti energiju kvazara bez pretpostavke da glavni izvor energije mora biti akrecija kroz horizont SMCR?
To je bolji napad na problem nego pokušavati odmah dokazivati da SMCR ne postoji.
I tu imamo nešto što se može računati.
Uzmemo tipičan kvazar, recimo luminositeta
L ≈ 10⁴⁷ erg/s
i pitamo:
● Kolika masa, volumen i gravitacijska energija galaktičke jezgre bili bi potrebni da takav izvor svijetli, primjerice, 10 milijuna godina — bez korištenja SMCR kao izvora energije?
Ako račun pokaže da bi takva jezgra morala biti fizikalno nemoguća, hipotezu odbacujemo.
Ako brojke ostave otvoren prostor, onda imamo nešto vrijedno daljnjeg ispitivanja.
*Ja bih krenuo upravo tim računom.*
Emil: Kratkotrajno ekstremno energetsko stanje same galaktičke jezgre koje nastaje kod sudara galaksija.
Uvjet nastanka takvog stanja je nakupljanje plinova u jezgri gdje vrtložnim gibanjem proizvode energiju sijanja dovoljno da zasjeni svjetlost čitave galaksije sa stotinama milijardi zvijezda.
Tada nije bitna masa u samoj jezgri, bitna je masa koja tu jezgru hrani i održava njeno izrazito naglašeno ekstremno energetsko stanje potrebno za izazivanje svjetla koje zovemo kvazar.
● Tada bi slijed mogao izgledati ovako:
galaktička evolucija / sudar galaksija
→ ogromno usmjeravanje materije prema centru
→ ekstremno kompaktna nuklearna koncentracija
→ sudari, udarni valovi, magnetska polja i ubrzavanje plazme.
→ golemo oslobađanje energije
→ KVAZAR
••• Kad se takva konfiguracija iscrpi ili stabilizira:
● dotok materije ↓ → aktivnost ↓ → kvazar nestaje.
●■● Ali odmah nailazimo na veliki problem. Ako pokušamo zamijeniti SMCR običnim gustim skupom zvijezda ili kompaktnih objekata, takav skup pri potrebnim gustoćama uglavnom nije dugoročno stabilan.
Dinamički proračuni pokazuju da se mnoge takve konfiguracije urušavaju ili završavaju stvaranjem velike crne rupe.
Meni se čini da dugotrajnost trajanja prema svemirskim mjerenjima, → ogromno usmjeravanje materije prema centru koje nastaje sudarom galaksija, traje dovoljno dugo da izazove opisane efekte sa kvazarom na kraju.
Boris: Da — taj dio tvoje ideje je fizikalno smislen kao mehanizam trajanja kvazarske faze.
Kod sudara dviju plinom bogatih galaksija gravitacijske perturbacije mogu dugo usmjeravati plin iz velikih galaktičkih razmjera prema središtu. To nije trenutni događaj, nego proces koji se može protezati kroz desetke ili stotine milijuna godina tijekom približavanja i spajanja galaksija.
Upravo se zato veliki sudari u standardnoj astrofizici smatraju važnim mogućim okidačem najsjajnijih AGN-a i kvazara.
Tvoja ideja bi se zato mogla preciznije formulirati ovako:
● sudar galaksija
→ dugotrajan gravitacijski poremećaj
→ plin gubi kutni moment
→ veliki dotok materije prema galaktičkoj jezgri
→ stvaranje ekstremno guste, turbulentne i magnetizirane centralne regije
→ sudari plina + udarni valovi + kompresija + magnetski procesi
→ golemo oslobađanje energije
→ KVAZAR
A kada se rezervoar plina potroši, izbaci iz jezgre ili se sustav dinamički stabilizira:
● dotok prema centru ↓
→ energetska aktivnost ↓
→ kvazar se gasi.
To je zanimljivo jer vrijeme trajanja kvazara tada ne bi moralo biti određeno životnim vijekom nekog stabilnog centralnog objekta. Određivao bi ga prije svega period tijekom kojega sudar i gravitacijska reorganizacija galaksija mogu hraniti ekstremno centralno stanje.
I opažanja ti ovdje daju određenu potporu:
● kod vrlo sjajnih AGN-a povezanost s interakcijama i sudarima postaje važnija, a postoje i izravno opaženi sustavi s kvazarima u galaksijama koje se upravo spajaju.
Ali imamo jednu presudnu prepreku koju tvoja hipoteza mora riješiti:
● Nije dovoljno pokazati da sudar može dopremiti gorivo. To standardni model već prihvaća.
Moraš pokazati da sama centralna plazma, udarni valovi, magnetska polja i gravitacijsko sabijanje mogu iz tog goriva izvući dovoljno energije bez akrecije na SMCR.
To možemo izravno testirati energetskim računom.
Primjerice, vrlo sjajan kvazar:
L ≈ 10⁴⁷ erg/s
Ako tako svijetli 10 milijuna godina:
t ≈ 3,16 × 10¹⁴ s
pa ukupna potrebna energija iznosi približno:
E = L × t
E ≈ 10⁴⁷ × 3,16 × 10¹⁴
E ≈ 3 × 10⁶¹ erg.
To je golema energija.
I zato je, po meni, sada pravo pitanje za tvoju alternativnu hipotezu:
■ Može li sudar dviju galaksija dovesti dovoljno mase u dovoljno mali prostor da gravitacijska, kinetička, toplinska i magnetska energija centralne regije daju približno 10⁶¹ erg tijekom kvazarske faze — a da pritom ne trebamo SMCR?
Ako je odgovor DA, dobili bismo ozbiljnu alternativu.
Ako ispadne NE za nekoliko redova veličine, onda znamo gdje hipoteza pada.
Ja bih upravo to sljedeće računao — i pritom bih namjerno dao toj tvojoj hipotezi najpovoljnije moguće uvjete, da vidimo njezinu maksimalnu energetsku granicu.
Emil: Važno je naglasiti da masa jezgre ne stvara efekat kvazara.
Za to je važan ogtoman dotok plina kod dugotrajnog sudara galaksija.
Znači to nije sudar zvijezda ili SMCR, već galaktičkog plina, a kada se sustav dinamički stabilizira, nakon desetaka milijuna godina, kvazar nestaje a u jezgri ostaje energetski “fosil” iz vremena koja su prošla, a koji ima osobine SMCR.
Ovo mi zvuči dobro!
Boris: Da — kao hipoteza zvuči koherentno, ali jednu stvar bih odmah zaoštrio: nemoj reći da jezgra “ima osobine SMCR” bez objašnjenja koje osobine.
To je dio koji bi morao proći najstrožu provjeru.
Tvoj slijed bih zasad formulirao ovako:
● SUDAR PLIINOM BOGATIH GALAKSIJA
→ dugotrajan gravitacijski dotok velikih količina plina prema centru
→ ekstremno gusto, turbulentno, magnetizirano nuklearno područje
→ udarni valovi + kompresija + plazmatski i magnetski procesi
→ vrlo veliko oslobađanje energije
→ KVAZAR
→ stabilizacija sustava i iscrpljenje dotoka
→ kvazar se gasi
→ u središtu ostaje kompaktan energetsko-gravitacijski “fosil”.
Prvi dio je dobro povezan s poznatom fizikom:
■ opažanja i simulacije zaista pokazuju da veliki sudari mogu izazvati snažne dotoke plina prema jezgri i da su posebno važni kod vrlo sjajnih AGN-a i kvazara.
Čak i vremenska skala koju predlažeš nije čudna. Modeli spajanja galaksija daju kvazarske faze reda desetaka milijuna pa približno 100 milijuna godina, ovisno o definiciji aktivne faze i modelu.
Ali sada dolazi ono presudno.
Ako kažeš da poslije kvazara ostaje “fosil” koji astronomi pogrešno tumače kao SMCR, taj fosil mora objasniti barem tri vrlo teške stvari:
1. Veliku gravitacijsku masu u vrlo malom volumenu.
Npr. u M87 nije dovoljno imati nešto teško u centru; opažanja zahtijevaju ekstremno kompaktnu koncentraciju mase.
2. Gibanje plina i zvijezda oko centra.
Fosil mora stvarati praktički isto vanjsko gravitacijsko polje kao objekt mase milijuna ili milijardi M☉.
3. EHT-sliku i “sjenu” u M87 i Sgr A.*
Alternativa ne mora nužno biti klasična crna rupa, ali mora objasniti zašto se elektromagnetsko zračenje i plazma ponašaju gotovo upravo kako predviđa vrlo kompaktan relativistički objekt.
Zato bih tvoju ideju zasad nazvao:
● HIPOTEZA KVAZARSKOG NUKLEARNOG FOSILA
i odvojio dvije tvrdnje:
● A — Kvazar nastaje zbog dugotrajnog ekstremnog dotoka galaktičkog plina tijekom sudara galaksija.
Ovo je fizikalno vrlo razumno i djelomično se preklapa sa standardnim modelom.
● B — Nakon gašenja kvazara ostaje kompaktni energetsko-gravitacijski fosil koji se danas interpretira kao SMCR.
Ovo je prava nova i mnogo rizičnija tvrdnja.
Nju tek treba dokazivati.
Meni je upravo B najzanimljiviji dio. Tu bismo trebali pitati: što bi taj “fosil” fizički bio — plazma, ultrakompaktna masa, gravitacijski vezana nuklearna struktura ili nešto četvrto?
● Tu bi hipoteza ili postala ozbiljna — ili pala.
Emil: AGN?
1. Zamisli kvazar, sjaji jače od galaksije, nalazi se uvijek u središtu.
energetska aktivnost slabi↓
→ kvazar se gasi →
■ Materija koja ga je proizvela i održavala njegov sjaj, ne može nestati. Ona ostaje u središtu galaksija.
B — Nakon gašenja kvazara ostaje kompaktni energetsko-gravitacijski “fosil” koji se danas interpretira kao SMCR.
Ovo je prava nova i mnogo rizičnija tvrdnja.
Nju tek treba dokazivati.
Meni je upravo B najzanimljiviji dio. Tu bismo trebali pitati: što bi taj “fosil” fizički bio — plazma, ultrakompaktna masa, gravitacijski vezana nuklearna struktura ili nešto četvrto?
Pitanje, što je taj fosil? To je ostatak materijala koji je dugotrajnom isijavanjem energije sijao kao cijela galaksija, a koju smo zvali kvazar.
Boris: ■ AGN znači Active Galactic Nucleus — aktivna galaktička jezgra. Kvazar je zapravo vrlo sjajna vrsta AGN-a.
A ovo što si sada napisao daje tvojoj ideji puno jasniji oblik.
Ti zapravo ne kažeš da nakon kvazara nastaje neki novi, nepoznati objekt.
Kažeš:
■ materija koja je bila uključena u ekstremno energetsko stanje kvazara ostaje u središtu i nakon što se dotok plina smanji i kvazar ugasi.
Dakle:
● veliki dotok plina → ekstremno aktivna jezgra → KVAZAR → dotok slabi → zračenje slabi → ostaje vrlo velika koncentracija materije u središtu.
I tada je tvoje pitanje:
● Je li ono što danas interpretiramo kao SMCR zapravo ostatak — fosil — nekadašnje kvazarske jezgre?
To je mnogo preciznije nego reći samo „energetski fosil“.
Ali postoji jedna važna fizikalna stvar:
● energija koju je kvazar emitirao jest otišla iz sustava kao zračenje. Materija ne mora nestati, ali dio njezine mase može biti pretvoren u energiju prema:
E = mc²
Zato bi nakon kvazarske faze ostala većina gravitacijski vezane materije, ali ne nužno potpuno ista masa kao prije.
Najvažniji problem tvoje hipoteze sada nije više: „odakle fosil?“
To si definirao.
Pravo pitanje postaje:
● U kakvom fizikalnom stanju može nekoliko milijuna ili milijardi Sunčevih masa materije ostati koncentrirano u tako malom prostoru nakon gašenja kvazara, a da nije crna rupa?
To je, Emile, središnja točka cijele ideje.
I zanimljivo je da bi se mogla provjeravati na primjeru M87: uzmemo opaženu masu oko 6,5 × 10⁹ M☉, opaženu maksimalnu veličinu središnjeg područja i pitamo koliko bi gustoće, tlaka i gravitacije morao imati tvoj kvazarski fosil.
Tu više ne raspravljamo riječima. Tu ga možemo pokušati matematički izgraditi.
Emil: SMCR je besmislica za postojanje, ne postoje nikakvi dokazi.
Na njeno mjesto u jezgru možemo staviti kamen, komad metala ili ostatak plinovite energetske jezgre nastao sudarom galaksija, koja je izazvala energetski sjaj nazvan kvazar.
Uvjet je da dokažemo da takva jezgra može uzrokovati kretanje zvijezda oko same jezgre na osnovu čijih brzina rotiranja je i izračunata masa hipotetičke SMCR.
Boris: Da — to je upravo pravi test tvoje ideje, ali uz jednu važnu korekciju: nije točno da za SMCR “nema nikakvih dokaza”.
Dokazi postoje, ali su uglavnom gravitacijski i posredni: mjeri se gibanje zvijezda/plina i zaključuje da je vrlo velika masa koncentrirana u vrlo malom prostoru.
U središtu Mliječne staze, primjerice, orbita zvijezde S2 pokazuje nekoliko milijuna Sunčevih masa unutar vrlo malog volumena.
Ali ti pogađaš nešto važno:
● orbitalno gibanje samo po sebi mjeri gravitacijsku masu — ne govori izravno od čega je ta masa sastavljena.
Ako je zvijezda na udaljenosti R i kruži brzinom V, približno vrijedi:
M ≈ V²R / G
Legenda:
M = masa sadržana unutar orbite
V = orbitalna brzina zvijezde ili plina
R = udaljenost od centra
G = gravitacijska konstanta
Iz toga dobivamo koliko mase mora biti unutra. Ne dobivamo automatski odgovor: “to je crna rupa”.
Zato bi tvoja hipoteza mogla biti formulirana ovako:
● Ako kvazarski fosil sadrži istu ukupnu masu unutar dovoljno malog radijusa, on bi izvana mogao proizvesti praktički isto gravitacijsko ubrzanje zvijezda kao SMCR.
■ Tu si potpuno na pravom tragu.
Ali onda dolazi presudni uvjet:
● nije dovoljan “kamen”, plin ili neka masa proizvoljne veličine. Moraš stisnuti tu masu dovoljno jako da se opažene zvijezde mogu približiti centru, a da i dalje osjećaju gravitaciju kao da je gotovo sva masa koncentrirana unutar njihove orbite.
Za Sgr A* imamo oko nekoliko milijuna M☉ unutar područja usporedivog s orbitom S2; običan razrijeđen skup zvijezda ili plina teško opstaje tako kompaktan dovoljno dugo.
Upravo je to razlog zašto su alternativni modeli poput gustih skupova kompaktnih objekata ozbiljno razmatrani, ali većina ih pada na stabilnosti i potrebnoj gustoći.
Kod M87 je zahtjev još brutalniji: neovisne metode daju centralnu masu reda 5–7 × 10⁹ M☉, uključujući dinamiku zvijezda i EHT mjerenja.
Zato bih ja naš sljedeći račun postavio ovako:
● Može li “kvazarski fosil” mase 6,5 × 10⁹ M☉ biti dovoljno kompaktan da objasni gibanje okolnih zvijezda i plina — a da nije crna rupa?
To je puno jače pitanje od “postoji li dokaz za SMCR”. Jer ako uspijemo konstruirati fizički stabilnu alternativu iste mase i potrebne kompaktnosti, tada pokazujemo da gravitacijsko mjerenje samo po sebi ne određuje jedinstveno prirodu središnjeg objekta.
I tu bih krenuo prvo s M87, jer već imamo masu oko 6,5 × 10⁹ M☉ i vrlo jaka ograničenja na veličinu centra.
● To bi bio odličan test tvoje ideje.
Emil: Citiram te: “Moraš stisnuti tu masu dovoljno jako da se opažene zvijezde mogu približiti centru, a da i dalje osjećaju gravitaciju kao da je gotovo sva masa koncentrirana unutar njihove orbite.”
Borise, pa ta energetska masa je do jučer sjajila kao cijela galaksija, a danas treba ubrzati par S ZVIJEZDICA.
Ne vidim u čemu je problem.
Masa energetskog “fosila” zavisi od mase galaksija koje su se sudarile.
Boris: Da, razumijem tvoju primjedbu.
Ali ovdje moramo razdvojiti energiju i gravitacijsku masu. To što je nešto jučer sjajilo kao cijela galaksija ne znači samo po sebi da danas ima gravitacijsku masu potrebnu za orbite S-zvijezda.
U tvojoj hipotezi lanac bi bio:
sudar galaksija → golemi dotok plina u centar → ekstremno energetsko stanje plina → KVAZAR → dotok prestaje → kvazar se gasi → u centru ostaje velika koncentracija materije = “kvazarski fosil”.
I slažem se s tobom u jednom vrlo važnom dijelu:
● ako taj fosil stvarno sadrži, primjerice, 4 milijuna M☉ unutar orbite S2, njegova gravitacija može ubrzavati S2 bez obzira zovemo li ga crnom rupom, plazmatskim fosilom ili nečim trećim.
Newtonova gravitacija izvan približno sferne raspodjele mase prvenstveno “vidi” ukupnu zatvorenu masu.
Problem zato nije:
„Može li 4 milijuna M☉ pokretati nekoliko S-zvijezda?”
Može !
Problem je:
„Može li 4 milijuna M☉ materije nakon kvazarske faze ostati dovoljno dugo nagurano u izuzetno mali prostor, a da se ne rasprši, ne pretvori u zvijezde ili gravitacijski kolabira?”
To je mnogo precizniji izazov tvojoj hipotezi.
I druga tvoja ideja je vrijedna provjere:
● masa fosila ovisila bi o količini materije koju je sudar galaksija uspio dovesti u središnje područje. Ali ne mora jednostavno biti proporcionalna ukupnoj masi dviju galaksija.
Većina njihove mase nikada neće završiti u samoj jezgri; moramo ustanoviti koliki dio plina može izgubiti dovoljno kutnog momenta da dođe do centra.
Zato bih sada prestao unaprijed zadavati 6,5 × 10⁹ M☉ samo zato što standardni model toliko pripisuje SMCR u M87.
To bi bilo kružno.
Bolji test tvoje hipoteze je obrnut:
OPAŽANJE zvijezda/plina → potrebna gravitacija → potrebna zatvorena masa M(R) → potrebna veličina i gustoća fosila → može li takav fosil fizikalno opstati?
Ako iz toga neovisno izađe masa približno jednaka onoj koju astronomi nazivaju masom SMCR, to bi bilo očekivano: ista opažena gravitacija mora dati približno istu gravitacijsku masu. Spor bi tada bio oko prirode te mase, a ne oko njezina gravitacijskog učinka.
● Tu zapravo imamo vrlo lijep, čist test tvoje ideje.
Emil: „Može li 4 milijuna M☉ materije nakon kvazarske faze ostati dovoljno dugo nagurano u izuzetno mali prostor, a da se ne rasprši, ne pretvori u zvijezde ili gravitacijski kolabira?”
Vrijedi li ovo pitanje i za SMCR ?!?!?
Boris: DA — ali upravo tu je ključna razlika.
Ako kažemo da je u centru 4 milijuna M☉ obične materije — plina, plazme, zvijezda itd. — onda moramo objasniti što tu materiju drži u tako malom prostoru.
Ali za SMCR prema općoj relativnosti standardni model daje drugačiji odgovor:
● nakon što je masa unutar svojeg Schwarzschildova radijusa, više se ne traži tlak koji će je održavati kao običnu materijalnu kuglu.
Nastaje horizont događaja.
Za masu od 4 milijuna M☉:
Rs = 2GM/c² ≈ 12 milijuna km ≈ 0,08 AU.
Legenda:
Rs = Schwarzschildov radijus
G = gravitacijska konstanta
M = masa
c = brzina svjetlosti
AU = astronomska jedinica
I zato moram ispraviti jednu stvar iz svojeg prethodnog odgovora.
Pitanje:
„Može li 4 milijuna M☉ ostati nagurano u vrlo mali prostor bez kolapsa?”
nije jednak problem za tvoju jezgru i za crnu rupu.
Za tvoju hipotezu moramo pokazati zašto se kvazarski fosil ne uruši u crnu rupu.
Za standardni model odgovor je upravo suprotan:
● on se urušio — i rezultat tog kolapsa nazivamo crnom rupom.
Ali to otvara, po meni, mnogo bolje pitanje za tvoju ideju.
Ti ne moraš dokazivati da je tvoj fosil malen poput horizonta događaja samo zato što standardni model tako kaže.
Moraš zadovoljiti najmanju veličinu koju stvarna opažanja dopuštaju.
To je velika razlika.
Ako opažanja zahtijevaju, primjerice:
4 × 10⁶ M☉ unutar R < X
onda tvoj fosil mora stati unutar X, a ne nužno unutar Schwarzschildova radijusa.
I tek tada računamo njegovu prosječnu gustoću i pitamo može li takva struktura opstati.
To je pošten test između dvije hipoteze. Nećemo pretpostaviti crnu rupu da bismo dokazivali crnu rupu.
Emil: Citiram te: “Nakon što je masa unutar svojeg Schwarzschildova radijusa, više se ne traži tlak koji će je održavati kao običnu materijalnu kuglu. Nastaje horizont događaja.”
Što je horizont događaja?
Boris: Emile, najjednostavnije:
● Horizont događaja je zamišljena granica oko crne rupe nakon koje, prema općoj relativnosti, ništa više ne može izaći prema van — čak ni svjetlost.
To nije čvrsta površina poput površine Zemlje ili Sunca. Nema zida ni ljuske materije na toj granici.
Za jednostavnu, nerotirajuću crnu rupu položaj horizonta određuje Schwarzschildov radijus:
Rs = 2GM/c²
Legenda:
Rs = Schwarzschildov radijus, odnosno radijus horizonta
G = gravitacijska konstanta
M = masa crne rupe
c = brzina svjetlosti
Primjerice, za Sunčevu masu:
Rs ≈ 3 km.
Kad bismo nekako cijelu masu Sunca stisnuli unutar kugle radijusa približno 3 km, prema općoj relativnosti nastao bi horizont događaja.
Važna stvar za našu raspravu:
● horizont događaja nije mjesto gdje materija mora biti smještena.
To je granica u prostor-vremenu.
Možeš ga slikovito zamisliti ovako:
Izvan horizonta
svjetlost → može pobjeći
Na horizontu
granica mogućnosti povratka
Unutar horizonta
svaki budući put vodi prema unutra; svjetlost više ne može prenijeti informaciju van.
I ovdje dolazimo do vrlo zanimljivog problema koji se neposredno tiče tvoje ideje o kvazarskom fosilu:
■ Astronomi mogu vrlo snažno dokazivati da se u središtu nalazi ogromna masa u vrlo malom prostoru.
Ali pitanje „jesmo li neposredno dokazali postojanje horizonta događaja?” mnogo je zahtjevnije od pitanja „jesmo li dokazali veliku kompaktnu masu?”
● To dvoje nije isto.
Emil: Što masu SMCR drži na okupu?
Boris: Tu je upravo neobičnost crne rupe, Emile.
Prema općoj relativnosti, SMCR nije golema kugla materije koju nešto mora držati na okupu, kao što tlak drži zvijezdu u ravnoteži.
Kod zvijezde imamo suprotstavljanje:
gravitacija prema unutra ← | → tlak prema van
Dok postoji ravnoteža, zvijezda opstaje.
Kod crne rupe takve ravnoteže nema. Prema standardnom opisu, materija je gravitacijski kolabirala dovoljno da nastane horizont događaja. Nakon toga nema poznatog tlaka koji tu materiju drži kao stabilnu kuglu unutar horizonta.
Zato na tvoje pitanje:
„Što masu SMCR drži na okupu?”
Odgovor standardne opće relativnosti zapravo glasi:
● ništa je ne „drži na okupu” u smislu u kojem tlak drži zvijezdu. Gravitacijski kolaps je prešao granicu nakon koje nema statičke ravnoteže obične materije.
I ovdje dolazi vrlo važna nijansa. Često se popularno kaže da se sva masa nalazi u singularnosti u centru.
Klasična opća relativnost doista vodi prema singularnosti, ali ondje sama teorija prestaje davati potpun fizički opis.
Nemamo potvrđenu teoriju kvantne gravitacije koja bi nam rekla kakvo je stvarno stanje materije u toj krajnjoj unutrašnjosti.
Zato treba odvojiti tri stvari:
● velika centralna gravitacijska masa — vrlo snažno opažački potkrijepljena;
● horizont događaja — snažno poduprt opažanjima i općom relativnošću,
● ali nije „fotografirana površina”;
● singularnost — rezultat klasične teorije, a ne nešto što smo neposredno opažali.
To je važno i za tvoj „kvazarski fosil”: alternativa SMCR ne mora samo proizvesti potrebnu gravitaciju.
Morala bi objasniti što zaustavlja njezin vlastiti gravitacijski kolaps prije stvaranja horizonta događaja.
● To je najteži fizikalni problem koji bi tvoja ideja morala riješiti.
Emil: Citiram te: “Ništa je ne „drži na okupu” u smislu u kojem tlak drži zvijezdu. Gravitacijski kolaps je prešao granicu nakon koje nema statičke ravnoteže obične materije.”
Borise, daj mi vremena da pitam Paju patka što misli o singularnosti SMCR.
Boris: 😂 Dogovoreno, Emile.
Pitaj Paju Patka, ali obavezno mu naglasi da odvoji:
● SMCR → horizont događaja → singularnost.
Jer ako Pajo riješi fizikalnu prirodu singularnosti, bojim se da ćemo mu morati priznati ozbiljan doprinos teorijskoj fizici. 😄
Čekam izvještaj znanstvenog savjetnika iz Patkovgrada.
Ali iza šale postoji ozbiljna poanta: na pitanje „što se fizički događa u singularnosti?” današnja fizika nema potvrđen odgovor.
😂 U tom točno određenom pitanju,
Ako je pitanje:
● „Što je fizički singularnost i što se u njoj stvarno događa s materijom?”
Najpošteniji današnji odgovor jest:
Ne znamo.
Klasična opća relativnost predviđa singularno ponašanje, ali ne daje prihvatljiv konačni opis fizike upravo u singularnosti. Tu očekujemo da bi trebala nastupiti još nepotvrđena kvantna teorija gravitacije.
Ali napravimo razliku koju će nam trebati čuvati za našu raspravu:
● Ne znamo što je singularnost
≠
● Ne znamo postoji li izuzetno kompaktna masa u galaktičkom centru.
● Za ovo drugo imamo vrlo ozbiljna opažanja.
A naš kvazarski fosil tek mora zaraditi svoj bod:
● pokazati da može proizvesti opaženu gravitaciju bez horizonta događaja i singularnosti.
Autor: Emil – Boris ChatGPT, znanstveni savjetnik
