Супермасивна черна дупка: образуване, откриване, свойства

Черните дупки са области в тъканта на пространството и времето, които имат такава маса, че нито един обект, дори и светлина, не може да избяга от гравитационното си поле. Въпреки че теоретиците вече са формирали обща представа за черните дупки, всъщност тяхното съществуване не е напълно доказано. От класическата теория на гравитацията следва, че ако теорията се окаже неправилна, тогава черните дупки могат да имат различно естество.

мегаломания

Дори най-голямата черна дупка, според съвременните учени, може да се появи в един от четирите сценария. Две от тях - така наречените реалистични - са свързани с колапс. "Остарялата" звезда рухва или се свива, което води до неутронна звезда. С маса от една и половина от нашето Слънце, тя има много малък диаметър - около двадесет километра, но плътността на материята е много голяма. Ако звездата е имала много голяма маса, тогава се появява черна дупка вместо неутронна звезда.

Вторият от реалистичните варианти предполага, че появата на разглеждания обект може да бъде свързан с колапса на протогалактическия газ или цялата централна част на галактиката.

Останалите две - хипотетични - версии казват, че може би някои черни дупки във Вселената съществуват от момента на Големия взрив, те се наричат ​​първични. При второто предположение те могат да се образуват и в резултат на високоенергийни ядрени реакции.

Най-голямата черна дупка

През последното десетилетие тези невидими космически обекти правят шум сред астрофизиците. Съществуването на огромни черни дупки беше невероятно, но се оказа, че намирането им не е толкова трудно, когато има план.

В сърцето на всяка галактика е невидим обект с огромни размери, който изкривява орбитите на звездите. Този обект беше супермасивна черна дупка. Това се обяснява с факта, че в централните части на галактиките клъстерът от звезди е най-голям, резултатът от сливането им води до гигантски маси от черни дупки и се оказва, че супермасивна черна дупка в центъра на галактиката не е странна, а редовност.

Разбира се, веднага възникна въпросът колко големи могат да бъдат те. Съвременните учени ги класифицират чрез увеличаване на масата. Черните дупки на звездна маса са сравними с маси от 10 до няколко десетки маси на Слънцето. Размерите на супермасивните черни дупки са огромни - от един милион до няколкостотин милиона маси от нашата звезда. Останалите предмети принадлежат към категорията на средата, а учените смятат, че те са много по-малки от останалите, но все още не могат да обяснят причината за такава разлика в количеството.

Гигант от нашата галактика

В Млечния път съществува супермасивна черна дупка. Неговата маса е четири милиона. слънчевите маси, което е 0.1% от цялата галактика! Въпреки това, нашата галактика, по космически стандарти, е доста малка. Например, в относителния квартал с нас, в съзвездието Дева, се намира Месиер 87, който е с размер двеста пъти по-голям. Астрофизикът Итън Зигел, автор на статията „Най-голямата черна дупка в известната вселена“, заявява, че има невероятна аномалия в тази галактика: поток от материя на около пет хиляди светлинни години излиза от центъра му (например целият Млечен път) над сто хиляди светлинни години). Според учените причината за тази аномалия може да бъде само супермасивна черна дупка.

По-нататък и по-нататък

Обикновено супермасивната черна дупка е 0,01% от масата на галактиката, което означава, че може да се предположи, че търсенето на „невидимото“ от най-големите размери трябва да започне с търсенето на най-голямата галактика. Такова в наблюдаваната вселена е IC 1101, чиято дължина е два милиона светлинни години което е почти два пъти разстоянието до нашата съседна галактика, Андромеда. По тегло може да бъде равно на всичко съзвездие Дева. Учените предполагат, че има най-"тежка" черна дупка, но IC 1101 има конкурент.

Учените от университета в Йейл, които търсят свръхмасивни черни дупки в нашето звездно небе, откриха аномалия в най-далечната галактика. Galaxy CID-947 е толкова далеч от нас, че астрофизиците го разглеждат в силна ретроспектива. Според нашите обичайни стандарти, сега е на възраст 1,5-2 милиарда години след Големия взрив (според учените това се е случило преди 14 милиарда години). Черната дупка в тази галактика е необичайно тежка и съставлява 17% от масата на цялата галактика, надхвърляйки слънчевата норма 7 милиарда пъти, въпреки че самата CID-947 не е по-голяма от нашия Млечен път. Може да се каже, че в момента това е най-голямата черна дупка, позната на науката.

Раждането на супермасива

Астрофизиците все още не са стигнали до общо мнение по въпроса за образуването на черни дупки. Може би случаят не е ограничен до четири теории, или може би те са напълно погрешни. По отношение на CID-947 обаче учените не правят предположения. Смята се, че свръхмасивните черни дупки могат да се образуват в резултат на тяхното „поникване“ от черните дупки на звездните маси, отнема милиарди години. Въпреки това, CID-947 виждаме доста млади, а черната дупка в центъра й е невероятно огромна. Би било интересно да видим как изглежда сега, след 12 милиарда години, но не можем да знаем това.

Едно възможно обяснение на тази аномалия е, че черната дупка е била първична, т.е. образувана още по време на Големия взрив, или самата галактика е имала много голяма концентрация на звезди и протогалактически газ в центъра си.

Откриване на черна дупка

Има много проблеми в изследването и наблюдението на черните дупки, но основната трудност е в тяхното откриване. Светлината не може да преодолее тяхната гравитация, а това означава, че обект с такава колосална маса остава невидим! Така че дори ако най-мощният телескоп на нашето време - Хъбъл - „видя“ супермасивна черна дупка, само един астрофизик може да разбере, че той наистина е там.

Като правило, черните дупки се намират чрез изкривяване на орбитите на звездите, намиращи се наоколо. Те също имат рентгенови лъчи и гама лъчи (това се дължи на потока от водород, най-разпространеното вещество в нашата Вселена), който преди да изчезне в черни дупки, се нагрява до температури от няколко милиона градуса.

Друг начин е да се намери масата, а след това и обема на обекта и да се сравни с гравитационния радиус. Този метод се счита за единствен надежден. Учените също така помагат на учените да разберат дали даден обект е черна дупка и съотношението на неговата маса и светлина, скоростта на източниците на вълните и скоростта на въртене на газа.

Факти и подробности

Какво става, ако влезеш в черна дупка? Този въпрос е един от най-интересните. Учените предполагат, че докато наближаваме човешкото тяло ще започне да се разтяга. Това ще продължи, докато не се превърне в поток от частици и пресече хоризонта на събитията. Този ефект обаче ще се наблюдава, ако черната дупка има звездна маса. За свръхмасивния сценарий е малко по-различен поради факта, че поради размера си сингулярността е доста далеч от хоризонта.

Така пътникът ще може да пресече хоризонта на събитията - край на черна дупка, и да се потопи достатъчно дълбоко в него, преди да се почувства разрушителен. Скоростта му непрекъснато ще се ускорява, докато достигне скоростта на светлината и време за забавяне. Но това не е всичко!

Един начин

На даден етап той ще може едновременно да види всички предмети, които една черна дупка е погълнала през живота си, и ако се обърне назад, ще наблюдава онези, които гигантът все още не е погълнал. Пространството на черната дупка все повече ще пречи на гледката, а след това напълно ще се затвори и пътникът ще види пространството през малка „дупка“, сякаш през тръба. Поради изкривяването на възприемането на времето, това пътуване ще отнеме милиони години и ще стане наистина невероятно.

Но как астрофизиците могат да говорят за обекти, чието истинско съществуване дори не е напълно доказано? Всички причини за математическите изчисления. Въз основа на някои данни учените могат да правят изчисления и въз основа на тях дори да правят изводи за вътрешната структура на обектите. Ето защо, само чрез спекулативен експеримент, те могат да отговорят на много въпроси, дори да кажат какво ще се случи, ако влезете в черна дупка.

Ако замените слънцето с черна дупка

Друг интересен мисловен експеримент е да замени една звезда на нашата система с еквивалентна черна дупка. Между другото, хоризонтът на събитията на такъв гигант ще бъде с размерите на ... балон. Присъствието на „универсален абсорбер“ на заден план обаче на практика няма да има ефект върху планетите на нашата система: може да се абсорбира само обект, преминаващ в относителна близост до черна дупка. Планетите се движат в орбитата си, което изключва възможността за сближаване: астрофизиците са открили доста звезди и планети, които се въртят тихо около черни дупки.

Но не всичко е толкова просто. Първото нещо, което ще изчезне, е слънчевата светлина, която дава живот на всичко на Земята и това е основният проблем. Разбира се, ако човечеството е усвоило технологията термоядрен синтез и генното инженерство, вероятно бихме могли да продължим живота си в тъмната тъмнина на плавно охлаждаща се планета, но на този етап на развитие хората биха починали след няколко десетилетия.

Основно погрешно схващане

Има мнение, че черните дупки във Вселената абсорбират само енергия. Всъщност не е така. Подобно на растенията, които поглъщат въглероден диоксид по време на процеса на фотосинтеза и я отделят по време на други процеси, черната дупка поглъща веществото и я освобождава.

Това явление може да бъде обяснено само от гледна точка на квантовата физика. Черна дупка образува поток от елементарни частици, главно фотони, това се нарича квантово излъчване на черна дупка или излъчване на Хокинг (наречено на самия Стивън Хокинг). В квантовата механика съществува така наречения тунелен механизъм, който също помага на частиците да преодолеят бариери, които са непреодолими за неквантовата материя.