Fahamu jinsi mashimo meusi makubwa angani yalivyojitokeza

Galaxia

Chanzo cha picha, NASA

Katikati ya njia ambayo hutenganisha vikundi vidogo vya nyota aina ya Dolphin na kwato ya nyuma ya farasi wa hekaya anayeruka, aina ya Pegasus, kititia au kigurudumu kinachozunguka kinasonga kupitia nafasi iliyopo.

Kwa miaka bilioni kadhaa, makundi ya nyota au galaksi UCG 11700 yamejitokeza na kujikusanya kutokana na migongano na muunganiko ambao umezunguka nyota zingine.

Hata hivyo, wakati UCG 11700 inazunguka taratibu katika anga, kuna kitu cha kushangaza kinachojitokeza katikati yake.

Katikati ya gurudumu hili zuri la kuvutia ni moja ya vitu vya kushangaza zaidi ulimwenguni: shimo kubwa jeusi tititi linaonekana.

Wakati ukubwa wa mashimo meusi wastani karibu mara nne ya jua letu, ukubwa wake ni mamilioni na wakati mwingine ni mara bilioni ya ukubwa huo zaidi.

Wanasayansi wanaamini kwamba karibu galaksi zote kubwa zina shimo jeusi kwenye kitovu chake, ingawa hakuna mtu anayejua jinsi yalivyofikia hapo.

Na huenda huko ndio chimbuko la galaksi ya UCG 11700.

"Galaksi bora kwa utafiti wangu ni zile za mzunguko mzuri zaidi na kamilifu inayoweza kuufikiria," anasema mtafiti wa Chuo Kikuu cha Oxford Becky Smethurst, ambaye anasomea mashimo meusi makubwa.

Galaksi nzuri zaidi ni zile ambazo zinaweza kutusaidia kutatua siri ya jinsi mashimo haya meusi yanavyokua", anaongeza.

Chanzo cha picha, Nasa/JPL-Caltech

Kusomea kitu ambacho kwa asili yake ni uzito mkubwa sana kiasi kwamba hata nuru haiwezi kutoka katikati yake hufanya mafunzo kuwa magumu.

Lakini mbinu mpya ambazo zinatafuta athari za mashimo meusi makubwa zimekuwa zikihusisha uwepo wa nyota zinazozunguka kwenye anga - na hata viwimbi vinavyojiunda kwenye anga - vinatoa vidokezi vipya.

Jinsi shimo jeusi linavyoonekana

Kuna siri ndogo tu juu ya jinsi shimo jeusi linavyoonekana na kukua kwa kuzingatia ukawaida.

Nyota inayokufa inaishiwa na mafuta, na hulipuka kwa mlipuko mkubwa, inaanguka yenyewe, na kuwa nzito kiasi kwamba hata nuru au mwanga hauwezi kukwepa mvuto wake mkali.

Wazo la mashimo meusi limekuwepo kwa karne moja na tayari lilikuwa limetabiriwa katika "Nadharia ya Uhusiano wa Jumla" ya Albert Einstein.

Katika utamaduni maarufu, mashimo meusi ni meusi kabisa.

Pia huwa na njaa isiyo ya kawaida kwasababu yanazunguka ulimwenguni yakichukua kila kitu wanachokutana nacho, na kua makubwa kweli na yenye nguvu zaidi.

Siri imefumbuliwa, mtu anaweza kufikiria: mashimo meusi makubwa yaani ndio yenye njaa zaidi na ya zamani kuliko aina nyingine yoyote ile.

Hata hivyo, mashimo meusi sio kwamba yapo kulingana na sifa yao mbaya.

Hii ikimaanisha kwamba uwepo wao hautokani na kunyonya nyenzo zinazozunguka, hata kwenye kundi la nyota nzito.

Kwa kweli, nyota zilizoanguka hukua polepole sana hivi kwamba haziwezi kuwa bora zaidi kwa kunyonya nyenzo mpya.

"Tuseme nyota za kwanza ziliunda mashimo meusi karibu miaka milioni 200 baada ya mlipuko mkubwa", anasema Smethurst.

"Baada ya kuanguka, kuna karibu miaka bilioni 13.5 ya kukuza shimo lako jeusi hadi mara bilioni kufikia uzito wa jua. Ni muda mfupi sana kuifanya iwe kubwa hivyo kwa kufyonza nyenzo tu", anaongeza

Cha kushangaza zaidi ni kujifunza kwamba mashimo meusi makubwa tayari yalikuwepo wakati ulimwengu ulikuwa bado mchanga.

Quasar za mbali, baadhi ya vitu angavu zaidi kwenye anga usiku, ni mashimo meusi makubwa ya zamani ambayo yamechoma viini vya galaksi.

Baadhi ya mashimo haya makubwa yamekuwepo angalau tangu ulimwengu ulipokuwa na umri wa miaka milioni 670 tu, wakati ambapo galaksi za zamani zaidi zinazojulikana zilikuwa zinajiunda.

Ukweli kuhusu shimo hilo

Wakati kitovu cha shimo jeusi bado hakijulikani kwa watazamaji wa nje, mashimo meusi yenye kupendeza huweza kungaa kuliko kundi zima la nyota, na inaweza hata ''kutoa'' mionzi ya urujuanimno wakati inaendelea kufyonza nyenzo zilizo karibu.

Chanzo cha picha, EHT Collaboration

Maelezo ya picha,

Picha ikionesha mwanga unaokwepa kutoka shimo jeusi katikati ya galaksi ya M87.

Mashimo meusi yana mipaka ya duara inayojulikana kama 'upeo' ndani ya shimo hilo kuna mwanga, nguvu na nyenzo nyenginezo vikiwa vimekwama ndani yake.

Lakini, nje kidogo ya upeo wa tukio, shimo jeusi linalozunguka linaweza kugeuza nyenzo zilizo karibu kuwa diski inayozunguka sana.

Kufikia nyuzi joto ya juu ya digrii milioni 10 za selsiasi, diski katika quasar hutoa mionzi mikali isiyong'aa katika wigo mzima wa umeme.

"Mashimo meusi ni kiungo muhimu sana na yenye ufanisi zaidi duniani", amesema Marta Volonteri, mtafiti wa mashimo meusi katika Taasisi ya Astrophysique de Paris.

"Inabadilisha uchafu kuwa nishati na ufanisi wa hadi asilimia 40.

Ikiwa unafikiria juu ya kitu chochote ambacho tunachoma na kaboni au nishati ya kemikali au hata kile kinachotokea katika nyota, ni sehemu ndogo tu ya kile kinachozalisha shimo jeusi".

Mashimo meusi makubwa yenye kupendeza huvutia wanasayansi zaidi ya ufanisi wao tu wa nishati.

Kujitengeneza kwao na mageuzi yao bila shaka kumeunganishwa na ukuaji wa galaksi, historia na muundo wa ulimwengu mzima kwa ujumla.

Kuvumbua siri ya mashimo haya makubwa ulimwenguni, kutawakilisha hatua muhimu katika juhudi zinazoendelea za wanasayansi kuelewa ni kwanini mambo ndivyo yalivyo.

Upweke wa baadhi ya nyota

Mashimo meusi makubwa katikati ya mzunguko wa kundi la nyota lililojikusanya kwasababu ya mvutano au galaksi kama UCG11700 haziwezi kuelezeka kwa misingi ya kugongana.

Miundo yao inadokeza kwamba hazijawahi kukaribia galaksi nyingine.

Chanzo cha picha, Reuters/Nasa/JPL/Caltech

"Ninachagua galaksi nadra sana ambazo zimekuwa na upweke katika kipindi chote cha uwepo wao, yaani zimeishi peke yake na ambazo zimetengwa sana katika ulimwengu,"anasema Becky Smethurst.

"Tukiwa na galaksi hizo, tuna uhakika kuwa shimo jeusi katikati halijawahi kukua kwa kuungana na kitu kingine".

Hiyo inamaanisha lazima zimeundwa tofauti.

Smethurst anasema kinachofanyika ni kuangalia miaka kwa kurudi nyuma ili kujua ni kiasi gani mashimo haya meusi yamekuwepo kufikia ukubwa wao wa sasa.

Mifano bora inaonyesha kuwa shimo jeusi lililoundwa mapema miaka ya nyuma kati ya uzito wa jua wa 1,000 na 10,000 linaweza kuwa la kutosha - takwimu zinazoendana na nadharia ya Neymayer ya ukubwa wa kati wa mashimo meusi.

Lakini mashimo hayo meusi kuna uwezo mkubwa chanzo chake sio nyota zilizoanguka.

Wanaanga wa nyota pia wanachunguza uwezekano wa kuwa mashimo meusi makubwa hujiunda moja kwa moja kutokana na vitu au nyenzo ya giza, nyenzo ya kushangaza inayoshikilia galaksi pamoja.

Lakini suala la nyenzo ya giza, ambalo ni la kinadharia inayohusishaa aina ya chembe ambayo inaingiliana na mvuto ingawa haionekani kwa nuru na sumakuumeme, yenyewe inaeleweka vibaya sana.

Mchanganyiko wa fumbo lililopo katika siri ya mashimo meusi na vitu au nyenzo ya giza hufanya tu fizikia kuwa ngumu zaidi.

"Bado kuna mengi hatuyajui, ," amesema Smethurst.

"Nafkiri itakuwa inatuonesha sisi kuwa wenye kiburi ikiwa moja kwa moja tutahitimisha kwamba njia pekee ya kuunda shimo jeusi ni kupitia mlipuko wa nyota, kwasababu hilo hatuna uhakika nalo.

Labda ufafanuzi ni kitu tusichokifikiria kabisa mpaka sasa na ninatarajia siku ambayo ulimwengu utatushangaza kwa kutupa jibu. Nafkiri itakuwa siku nzuri kwa sayansi."