Oszacowanie masy supermasywnej czarnej dziury.pdf

Akademia Pedagogiczna w Krakowie

Wydział Matematyczno-Fizyczno-Techniczny

Fizyka IV rok

Piotr Stefańczyk

Oszacowaniemasy

supermasywnejczarnejdziury

wewnątrzDrogiMlecznej

The ESA/ESO Astronomical Exercise Series

„The mass of the black hole at centre of our Milky Way”

Kraków 2007

Spis tre ś ci

Wst ę p ...........................................................................................3

I. Nasza Galaktyka....................................................................4

II. Czarne dziury i supermasywne czarne dziury w teorii ..... 12

Pierwsze hipotezy istnienia czarnych dziur ......................................................................... 12

Własności czarnych dziur..................................................................................................... 13

Czarne dziury jako ostatni etap ewolucji gwiazd................................................................. 16

Ruch materii i światła w pobliŜu czarnej dziury .................................................................. 17

III. Supermasywne czarne dziury – fakty obserwacyjne ....... 21

Odkrycie kwazara 3C 273 .................................................................................................... 21

Supermasywne czarne dziury w innych galaktykach........................................................... 23

Supermasywna czarna dziura w naszej Drodze Mlecznej ................................................... 28

IV. Problem modelowania orbity gwiazdy obiegaj ą cej

supermasywn ą czarn ą dziur ę Drogi Mlecznej na podstawie

danych otrzymanych przez teleskop ESO VLT ...................... 32

Prawa Keplera ...................................................................................................................... 32

Uogólnione prawa Keplera................................................................................................... 33

Oszacowanie masy supermasywnej czarnej dziury z wykorzystaniem arkusza

kalkulacyjnego Microsoft Excel........................................................................................... 38

V. Wnioski i wyniki ................................................................... 46

VI. Instrukcja ............................................................................ 50

Bibliografia ................................................................................ 52

Wst ę p

Kilka lat temu naukowcy dokonali zaskakującego odkrycia. Obserwując

centrum naszej Galaktyki, a dokładnie radioźródło Sgr A*, zauwaŜyli, Ŝe

gwiazdy i materia w tym miejscu poruszają się w sposób, który sugeruje

istnienie ciała o ogromnej masie. Ciało to, według obliczeń, posiada masę kilku

milionów mas Słońca. Nikt przedtem nie znał takiego ciała o tak ogromnej

masie. Taka masa mogła sugerować istnienie czarnej dziury. Problem jednak

w tym przypadku jest taki, Ŝe czarne dziury, które naukowcy wcześniej

odkrywali

miały

masy

wiele

mniejsze.

Dało

początek

nazwie

„supermasywne czarne dziury”.

W niniejszej pracy mam za zadanie oszacować masę supermasywnej

czarnej dziury w jądrze Drogi Mlecznej na podstawie ruchu gwiazdy wokół niej.

Dane wejściowe, czyli współrzędne gwiazdy obiegającej masywniejszego

towarzysza pochodzą z obserwacji obserwatorium ESO Very Large Telescope

(VLT) w Chile na przełomie lat 1992-2003. Praca ta jest otwarciem nowego

ćwiczenia dla Pracowni Astronomicznej Akademii Pedagogicznej w Krakowie

i jest oparta na ćwiczeniu ESO Astronomical Exercise „The mass of the black

hole at centre of our Milky Way”. Celem dydaktycznym pracy jest utrwalenie

wiadomości na temat praw Keplera oraz własności orbit.

I. Nasza Galaktyka

Astronomowie przypuszczają, Ŝe w większości jąder galaktyk, jak i, co

udowodnione, w Drodze Mlecznej, znajdują się supermasywne czarne dziury.

Dlatego zanim dojdziemy do omawiania czarnych dziur dowiedzmy się czym są

galaktyki i jakie są ich typy.

Wraz ze swoją najbliŜszą gwiazdą – Słońcem, planetami, księŜycami,

jak równieŜ z innymi gwiazdami, znajdujemy się w galaktyce, na co dzień

nazywanej

Drogą

Mleczną.

Oprócz

naszej

Galaktyki

jest

równieŜ

miliony, a moŜe nawet miliardy innych galaktyk. Wszystkie te skupiska gwiazd

(bo tym są właśnie galaktyki) układają się w gromady galaktyk.

Galaktyki moŜna rozróŜnić ze względu na ich kształt. Klasyfikację tą

zaproponował w 1926 roku znany astronom Edwin Hubble, po którym imię

otrzymał Teleskop Kosmiczny Hubble'a (HST).

Wśród

typów

moŜemy

wyróŜnić

trzy

podstawowe:

spiralne, eliptyczne, nieregularne oraz raczej rzadsze soczewkowate.

Rys. 1 Klasyfikacja galaktyk według Edwina Hubble’a

Źródło: http://www.aik.magazyn.pl/art_show.php?art=gal&m=kosmos

Galaktyki spiralne moŜemy rozpoznać po charakterystycznych spiralach

wychodzących z centralnej części galaktyki, czyli z jądra. Materia jest skupiona

wokół płaszczyzny tworząc dysk o małej grubości. Dysk galaktyczny

w większości zbudowany jest z gwiazd i w mniejszej ilości z materii

międzygwiazdowej. Materia zawarta w dysku galaktycznym rotuje wokół

środka galaktyki. Ruch tej materii jest uporządkowany, poniewaŜ prędkość

liniowa rotacji jest stała. Największe zagęszczenie gwiazd i materii poza jądrem

jest w spiralach, dlatego jest to miejsce narodzin nowych gwiazd. Przykładem

galaktyki spiralnej moŜe być chociaŜby nasza Droga Mleczna lub galaktyka

M31 w Andromedzie.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: