Самая большая чёрная дыра в известной Вселенной
Чёрная дыра возникает в результате коллапса сверхмассивной звезды, в ядре которой заканчивается «топливо» для ядерной реакции. По мере сжатия температура ядра повышается, а фотоны с энергией более 511 кэВ, сталкиваясь, образуют электрон-позитронные пары, что приводит к катастрофическому снижению давления и дальнейшему коллапсу звезды под воздействием собственной гравитации.
Астрофизик Этан Сигел (Ethan Siegel) опубликовал статью «Крупнейшая чёрная дыра в известной Вселенной», в которой собрал информацию о массе чёрных дыр в разных галактиках. Просто интересно: где же находится самая массивная из них?
Поскольку наиболее плотные скопления звёзд — в центре галактик, то сейчас практически у каждой галактики в центре находится массивная чёрная дыра, образованная после слияния множества других. Например, в центре Млечного пути есть чёрная дыра массой примерно 0,1% нашей галактики, то есть в 4 млн раз больше массы Солнца.
Определить наличие чёрной дыры очень легко, изучив траекторию движения звёзд, на которые воздействует гравитация невидимого тела.
Но Млечный путь — относительно маленькая галактика, которая никак не может иметь у себя самую большую чёрную дыру. Например, недалеко от нас в скоплении Девы находится гигантская галактика Messier 87 — она примерно в 200 раз больше нашей.
Так вот, из центра этой галактики вырывается поток материи длиной около 5000 световых лет (на фото). Это сумасшедшая аномалия, пишет Этан Сигел, но выглядит очень красиво.
Учёные считают, что объяснением такого «извержения» из центра галактики может быть только чёрная дыра. Расчёт показывает, что масса этой чёрной дыры где-то в 1500 раз больше, чем масса чёрной дыры в Млечном пути, то есть примерно 6,6 млрд масс Солнца.
Но где же во Вселенной самая большая чёрная дыра? Если исходить из расчёта, что в центре почти каждой галактики имеется такой объект с массой 0,1% от массы галактики, то нужно найти самую массивную галактику. Учёные могут дать ответ и на этот вопрос.
Самая массивная из известных нам — галактика IC 1101 в центре скопления Abell 2029, который находится от Млечного пути в 20 раз дальше, чем скопление Девы.
В IC 1101 расстояние от центра до самого дальнего края — около 2 млн световых лет. Её размер вдвое больше, чем расстояние от Млечного пути до ближайшей к нам галактики Андромеды. Масса почти равняется массе всего скопления Девы!
Если в центре IC 1101 есть чёрная дыра (а она должна там быть), то она может быть самой массивной в известной нам Вселенной.
Этан Сигел говорит, что может и ошибиться. Причина — в уникальной галактике NGC 1277. Это не слишком большая галактика, чуть меньше нашей. Но анализ её вращения показал невероятный результат: чёрная дыра в центре составляет 17 млрд солнечных масс, а это аж 17% общей массы галактики. Это рекорд по соотношению массы чёрной дыры к массе галактики.
Есть и ещё один кандидат на роль самой большой чёрной дыры в известной Вселенной. Он изображён на следующей фотографии.
Странный объект OJ 287 называется блазар. Блазары — особый класс внегалактических объектов, разновидность квазаров. Они отличаются очень мощным излучением, которое в OJ 287 меняется с циклом 11-12 лет (с двойным пиком).
По мнению астрофизиков, OJ 287 включает в себя сверхмассивную центральную чёрную дыру, по орбите которой вращается ещё одна чёрная дыра меньшего размера. Центральная чёрная дыра в 18 млрд масс Солнца — самая большая из известных на сегодняшний день.
Эта парочка чёрных дыр станет одним из самых лучших экспериментов для проверки общей теории относительности, а именно — деформации пространства-времени, описанной в ОТО.
Из-за релятивистских эффектов перигелий чёрной дыры, то есть ближайшая к центровой чёрной дыре точка орбиты, должен смещаться на 39° за один оборот! Для сравнения, перигелий Меркурия сместился всего на 43 арксекунды за столетие.
Самая массивная черная дыра: абсолютный чемпион
Эта область космоса — самая большая черная дыра, которую можно обнаружить, отслеживая движение звезд вокруг нее. Она находится в центре галактики Holmberg 15A, сверхгигантской эллиптической галактики, отстоящей от нас примерно на 700 миллионов световых лет. В свою очередь, сама галактика находится в центре галактического скопления Abell 85.
Авторы новой работы уверяют, что «это самая массивная черная дыра с прямым динамическим обнаружением в локальной вселенной». Уточнения про прямое обнаружение не случайны — ведь если их не учитывать, то рекордсменом стоит считать квазар TON 618. Согласно косвенным измерениям и предварительным подсчетам, его масса превышает массу Солнца в 66 миллиардов раз.
Стоит отметить, что при 40 миллиардах солнечных масс горизонт событий черной дыры будет так велик, что в нем поместится вся Солнечная система. Плутон, в среднем, отстоит от Солнца примерно на 39,5 астрономических единиц (AU). Считается, что гелиопауза — когда солнечный ветер уже недостаточно силен для преодоления межзвездного пространства — в нашей системе составляет около 123 а.е.
Астрономы подчеркивают, что «сверхмассивная черная дыра Holm 15A в 4-9 раз больше, чем ожидалось, учитывая выпуклую звездную массу галактики и дисперсию ее звездной скорости». Судя по всему, сама гигантская галактика сформировалась в результате столкновения двух малых в далеком прошлом. Астрономы намерены продолжить изучение захватывающего дух феномена, проводя более сложное и детальное моделирование и сравнивая результаты теоретических расчетов с фактическими наблюдениями, чтобы попытаться выяснить, как именно внутри двух столкнувшихся галактик образовалась такая чудовищная черная дыра.
Европейские астрономы обнаружили самую большую чёрную дыру во Вселенной
Исследователи Европейского космического агентства, обрабатывая изображение с японского орбитального телескопа Сузаки, обнаружили черную дыру массой в миллионы раз больше массы Солнца. Пока это наиболее массивная черная дыра в известной человечеству Вселенной.
Где искать сверхмассивную черную дыру астрономам подсказала большая ледовая комета. Она пролетает сквозь Солнечную систему по очень вытянутой орбите. Она оказалась частью кометного облака, которое вращается вокруг черной дыры. Эта комета много миллионов лет назад откололась и прилетела в Солнечную систему, сообщает Gazeta.ua.
Руководитель астрономического института в Харькове Олег Сиделин уверен, что черная дыра постепенно поглощает кометы.
«Они исчезают с периодичностью год-два. Облако постепенно уменьшается, потому что гравитация черной дыры очень сильная. Ее размеры в несколько тысяч раз больше расстояния от Земли до Солнца. Сила притяжения дыры разбивает кометы и формирует из них кольца материи вокруг себя «, — рассказал ученый.
Черная дыра находится за 53 миллиона световых лет от Земли.
«Ее помогли вычислить постоянные затмения кометного облака, когда оно закрывается черной дырой. Ранее астрономы никогда не находили такую большую черную дыру, вокруг которой вращаются кометы. Когда они падают в дыру, мы постоянно фиксируем большие всплески рентгеновского излучения «, — отметил Сиделин.
Сейчас доказано, что такие всплески возникают когда на диск черной дыры падает материя.
«Раньше считали, что никакие волны не покидают черную дыру, но сейчас доказали, что падение материи вызывает волны гамма излучения. Из такой большой черной дыры излучение было очень интенсивным «, — добавил астроном.
В прошлом году учёные из американского Университета Колорадо смоделировали процесс падения в гигантскую черную дыру.
В качестве примера была выбрана воображаемая гигантская черная дыра, весящая 5 миллионов масс Солнца. По мере прохождения по черной дыре наблюдатель приближается к горизонту событий — расстоянию от центра, за который не может выйти свет.
Объект, пересекающий горизонт, неизбежно разрушается. На модели видно, что с точки зрения наблюдателя, попавшего в черную дыру, происходит с объектами, пересекшими линию горизонта. Как отмечают ученые, при приближении к центру черной дыры кажется, что трехмерная вселенная превращается в двухмерную.
Напомним, что в прошлом месяце британский физик Стивен Хокинг выдвинул новую теорию о природе черных дыр. Ученый пришел к выводу, что прежде он ошибался, утверждая, что черные дыры уничтожают все, что в них попадает. Хокинг пересмотрел свою позицию и понял, что дыры могут и выпускать информацию.
Теория черных дыр была предложена Хокингом в 1975 году. Первоначально считалось, и на этом утверждении базировались все исследования, что черная дыра — это космический объект, большинство свойств которого установить невозможно. Точно установить можно только массу черной дыры, считал физик. Как говорится в теории, после формирования черная дыра начинает терять массу, испуская излучение (оно было названо «излучением Хокинга»). Считалось, что это излучение носит случайный характер и не дает информации о содержимом черной дыры.
Новая теория Хокинга также лишает человечество надежды на то, что черные дыры могут послужить «машинами времени» или «воротами в другие вселенные». Как утверждает ученый, если вы упадете в черную дыру, энергия вашей массы вернется в нашу вселенную в измененной форме.
Также в прошлом году американские астрономы обнаружили пару танцующих чёрных дыр в центре далекой галактики, образовавшейся при столкновении двух других галактик. Обсерватория Апачи-Пойнт в штате Нью-Мексико подтвердила более ранние предположения учёных о том, что чёрные дыры, «танцующие» вокруг друг друга, свидетельствуют об изменении направления движения галактики, в центре которой они находятся.
Подобное явление впервые было описано в начале 1980-х годов. С тех пор астрономам понадобилась помощь множества телескопов на Земле и на орбите, чтобы рассмотреть жизнь активных центров колоссальных галактик и их сверхмассивных чёрных дыр, и показать, как одно влияет на другое.
Кроме того на извечный вопрос астрономов, что появилось раньше , похоже, найден ответ, заявляют учёные. На протяжении многих лет по этому вопросу существовало две теории: либо чёрные дыры собирали вокруг себя материю, в следствии чего образовались галактики, либо чёрные дыры появились в уже сформированных галактиках. Согласно последним научным выводам, чёрные дыры всё же возникли раньше галактик.
8 самых больших черных дыр во Вселенной — Согласно их солнечным массам
Самый большой тип черных дыр — так называемые сверхмассивные черные дыры — имеют массы порядка от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца. Масса нашего Солнца составляет 1,989 x 10 30 кг, что примерно в 333 000 раз больше массы Земли.
Предполагается, что почти все большие галактики содержат сверхмассивную черную дыру, расположенную в центре галактики. На самом деле существует тесная связь между образованием черной дыры и самой галактикой.
Хотя во вселенной существуют миллионы сверхмассивных черных дыр, невероятно массивные из них редки, и на сегодняшний день идентифицировано лишь малое их количество.
Определить массу большой черной дыры крайне сложно
Чтобы измерить массу сверхмассивных черных дыр, ученые используют различные сложные методы, в том числе доплеровские измерения, отображение реверберации широкой эмиссионной линии, отношение M-сигма и дисперсию скорости.
Массы, полученные из этих методов, часто противоречат друг другу. Поэтому они все еще остаются в области открытых исследований.
Ниже мы собрали несколько самых больших черных дыр с известными массами, измеренными по крайней мере на порядок. Список далеко не полон, но он дает приблизительное представление о том, насколько сложна и обширна наша вселенная.
8. Центральная черная дыра кластера Феникс
Солнечная масса: 2 × 10 10
Кластер Феникса является одним из самых массивных из известных кластеров, большая часть его массы находится в форме темной материи и внутрикластерной среды.
Сверхмассивная черная дыра в центральной галактике скоплений качает энергию в систему. Считается, что он в 20 миллиардов раз массивнее Солнца, а его горизонт должен составлять порядка 118 миллиардов километров в диаметре.
Данные Чандры и различные наблюдения на других длинах волн показали, что эта черная дыра растет быстро со скоростью, в 60 раз превышающей массу Солнца каждый год. Но так как он уже очень велик, этот показатель не является устойчивым. Рост не может длиться более 100 миллионов лет.
7. NGC 4889
Самая яркая сфера около центра — галактика NGC 4889, в которой находится космический сюрприз | Предоставлено: НАСА.
Солнечная масса: 2. 1 × 10 10
Обнаруженный в 1785 году, NGC 4889 является самой яркой галактикой в северной части скопления комы, расположенной на среднем расстоянии 308 миллионов световых лет от Земли.
В основе NGC 4889 находится одна из самых больших черных дыр, которая нагревает внутрикластерную среду за счет трения, создаваемого падающей пылью и газами. Эта сверхмассивная черная дыра почти в 5200 раз массивнее центральной черной дыры Млечного Пути, и весит около 21 миллиарда солнечных масс.
Горизонт событий черной дыры имеет ширину от 20 до 124 миллиардов километров, что эквивалентно диаметру орбиты Плутона от 2 до 12 раз.
В настоящее время он дремлет, и вокруг него, кажется, остаются стабильные звезды. Тем не менее космический телескоп Хаббла обнаружил ионизированную среду вокруг сверхмассивной черной дыры, предполагая, что NGC 4889, возможно, был квазаром миллиарды лет назад.
Квазар — чрезвычайно яркое активное галактическое ядро, в котором сверхмассивная черная дыра окружена газообразным аккреционным диском. Он так сильно затягивает пыль и газ, что нагревает вещество до миллионов градусов, что приводит к огромным выбросам энергии.
6. APM 08279 + 5255
Солнечная масса: 2. 3 × 10 10
В 2002 году наблюдения Чандры показали, что высокоскоростные ветры уносят газы (до 40% скорости света) из сверхмассивной черной дыры, питающей квазар APM 08279 + 5255.
Квазар расположен в созвездии Рысь и имеет яркость, равную одному квадриллиону, яркости Солнца. Это яркий источник света практически на всех длинах волн, и он стал одним из наиболее исследованных отдаленных объектов.
Сверхмассивная черная дыра, питающая APM 08279 + 5255, весит 23 миллиарда солнечных масс (измеряется по скоростям молекулярного диска). Однако другой метод измерения, называемый реверберационным картированием, показывает, что черная дыра весит 10 миллиардов солнечных масс — огромная разница между обоими методами измерения.
Двойное изображение квазара вызвано гравитационным линзированием (изгибанием его света галактикой, попавшей в него). Этот эффект также усиливает свет квазара в 100 раз, что позволяет углубленно изучить его характеристики, даже если он находится на расстоянии 12 миллиардов световых лет.
В последнее десятилетие исследователи также обнаружили, что APM 08279 + 5255 имеет достаточно воды, чтобы заполнить океаны Земли более чем в 100 триллионов раз.
5. NGC 6166
Солнечная масса: 3 × 10 10
NGC 6166 — одна из самых ярких эллиптических галактик [с точки зрения рентгеновского излучения], расположенная на расстоянии 490 миллионов световых лет в созвездии Геркулеса. Около 39 000 шаровых скоплений вращаются вокруг галактики, что указывает на то, что гало NGC 6166 плавно смешивается с внутрикластерной средой.
В центре галактики есть сверхмассивная черная дыра, масса которой в 30 миллиардов раз больше массы Солнца. Ежегодно он поглощает около 200 солнечных масс газа, создавая большие релятивистские струи.
Ученые предположили, что центр галактики может также содержать несколько звезд O-типа; редкие сине-белые звезды с температурой более 30000 кельвинов.
4. H1821 + 643
Солнечная масса: 3 × 10 10
Сильно светящийся квазар, H1821 + 643, расположен в гигантском кластере с сильным охлаждающим потоком в созвездии Драко.
В 2014 году исследователи обнаружили H1821 + 643 как одну из самых массивных черных дыр и точно рассчитали ее массу, которая эквивалентна 30 миллиардам солнечных масс. Горизонт событий черной дыры имеет ширину 1150 а.е. (1 астрономическая единица равна примерно 150 миллионам километров), а его средняя плотность составляет 22 грамма на метр куба, что меньше, чем воздух на Земле.
Исследователи также обнаружили, что внутрикластерная среда вокруг квазара существенно отличается от других крупных скоплений галактик — энтропия и температура значительно ниже и имеют гораздо более крутые градиенты.
Недавно детальный анализ квазара доказал, что наша вселенная заполнена огромными количествами ионизированного водорода, сопровождаемого ионизированным кислородом.
3. IC 1101
Солнечная масса: (4-10) × 10 10
IC 1101, одна из самых больших и ярких галактик во вселенной, содержит в своем центре сверхмассивную черную дыру, масса которой в 40-100 миллиардов раз превышает массу Солнца.
Это эллиптическая галактика, расположенная на расстоянии 1,04 миллиарда световых лет от Земли. Галактика имеет массу около 100 триллионов звезд и простирается на 2 миллиона световых лет от ее ядра.
Как и другие массивные галактики, IC 1101 содержит большое количество богатых металлами звезд, некоторым из которых 11 миллиардов лет, и они имеют золотисто-желтый цвет.
2. S5 0014 + 81
Солнечная масса: 4 × 10 10
S5 0014 + 81 относится к наиболее энергичному типу активных ядер галактик — это блазар, расположенный вблизи области высокого склонения созвездия Цефея, на расстоянии около 12,07 миллиардов световых лет от Земли.
Это 6-й самый яркий квазар, известный на сегодняшний день, с яркостью более 10 41 Вт. Чтобы поместить это в перспективу, это в 25 000 раз ярче, чем все звезды в галактике Млечный Путь вместе взятых.
Центральная черная дыра блазара чрезвычайно жестока — она поглощает огромное количество материалов (более 4000 солнечных масс вещества) каждый год.
В 2009 году данные, полученные из Обсерватории Нила Герилса Свифта, позволили ученым рассчитать массу центральной черной дыры. Они обнаружили, что он в 40 миллиардов раз массивнее нашего Солнца, а его горизонт событий имеет ширину 236,7 миллиарда километров, что эквивалентно 40-кратному радиусу орбиты Плутона.
1. TON 618
Солнечная масса: 6,6 × 10 10
Тон 618 — это гиперлюминиевый квазар, расположенный в 10,37 миллиардах световых лет от Земли. Он содержит самую большую черную дыру [известную человечеству], вес которой в 66 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца.
Впервые он был обнаружен в 1957 году при съемке слабых голубых звезд, которые не лежат на плоскости Млечного Пути. Более детальное радиообследование, проведенное в 1970 году, определило TON 618 как квазар.
TON 618 считается аккреционным диском чрезвычайно горячего газа, циркулирующего вокруг массивной черной дыры в центре галактики. Это так ярко, что затмевает остальную часть галактики. Фактически, это один из самых ярких объектов во Вселенной со светимостью 4 × 10 40 Вт, что эквивалентно 140 000 миллиардов раз больше Солнца.
Поскольку газ в аккреционном диске движется с очень высокой скоростью (около 7000 км / с), черная дыра создает исключительно сильную гравитационную силу. И горизонт событий такой массивной черной дыры будет 2600 а.е. в диаметре.