В 1971 году английские астрономы Дональд Линден-Белл и Мартин Рис выдвинули гипотезу, что сверхмассивная черная дыра (SMBH) находится в центре нашей Галактики Млечный Путь. Это было основано на их работе с радиогалактиками, которые показали, что огромное количество энергии, излучаемой этими объектами, было связано с тем, что газ и вещество накапливались в черной дыре в их центре.
К 1974 году первые свидетельства этого SMBH были обнаружены, когда астрономы обнаружили массивный радиоисточник, исходящий из центра нашей галактики. Этот регион, который они назвали Стрелец А *, более чем в 10 миллионов раз массивнее нашего Солнца. С момента его открытия астрономы нашли доказательства того, что в центрах большинства спиральных и эллиптических галактик в наблюдаемой Вселенной имеются сверхмассивные черные дыры.
Описание:
Сверхмассивные черные дыры (SMBH) отличаются от черных дыр с меньшей массой по ряду причин. Для начала, поскольку SMBH имеют гораздо большую массу, чем черные дыры меньшего размера, они также имеют более низкую среднюю плотность. Это связано с тем, что у всех сферических объектов объем прямо пропорционален кубу радиуса, а минимальная плотность черной дыры обратно пропорциональна квадрату массы.
Кроме того, приливные силы вблизи горизонта событий значительно слабее для массивных черных дыр. Как и в случае плотности, приливная сила на теле на горизонте событий обратно пропорциональна квадрату массы. Таким образом, объект не будет испытывать значительную приливную силу, пока он не окажется очень глубоко в черной дыре.
Образование:
Как образуются SMBH, остается предметом многих научных дискуссий. Астрофизики в основном считают, что они являются результатом слияния черных дыр и накопления вещества. Но откуда взялись «семена» (то есть прародители) этих черных дыр, там и возникли разногласия. В настоящее время наиболее очевидной гипотезой является то, что они представляют собой остатки нескольких взорвавшихся массивных звезд, образовавшихся в результате аккреции вещества в галактическом центре.
Другая теория состоит в том, что до того, как в нашей галактике образовались первые звезды, большое газовое облако распалось на «каузи-звезду», которая стала неустойчивой к радиальным возмущениям. Затем он превратился в черную дыру из примерно 20 солнечных масс без необходимости взрыва сверхновой. Со временем она быстро нарастила массу, чтобы стать промежуточной, а затем сверхмассивной черной дырой.
В еще одной модели плотный звездный кластер испытал коллапс ядра в результате дисперсии скорости в его ядре, которая произошла на релятивистских скоростях из-за отрицательной теплоемкости. Наконец, существует теория, что исконные черные дыры могли быть получены непосредственно под воздействием внешнего давления сразу после Большого взрыва. Эти и другие теории пока остаются теоретическими.
Стрелец А *:
Многочисленные доказательства указывают на существование SMBH в центре нашей галактики. Хотя Стрельца А * не было сделано прямых наблюдений, его присутствие было определено из-за влияния, которое он оказывает на окружающие объекты. Наиболее заметным из них является S2, звезда, которая движется по эллиптической орбите вокруг радиоисточника Стрельца A *.
S2 имеет орбитальный период 15,2 года и достигает минимального расстояния в 18 млрд. Км (11,18 млрд. Ми, 120 а.е.) от центра центрального объекта. Только сверхмассивный объект мог объяснить это, поскольку никакая другая причина не может быть обнаружена. А из параметров орбиты S2 астрономы смогли получить оценки по размеру и массе объекта.
Например, движения S2s привели астрономов к расчету, что объект в центре его орбиты должен иметь не менее 4,1 миллиона солнечных масс (8,2 × 10³³ метрических тонн; 9.04 × 10³³ тонн США). Кроме того, радиус этого объекта должен был бы быть менее 120 а.е., иначе S2 столкнулся бы с ним.
Однако лучшее доказательство на сегодняшний день было предоставлено в 2008 году Институтом внеземной физики им. Макса Планка и Группой Галактического Центра UCLAs. Используя данные, полученные за 16-летний период с помощью очень большого телескопа ESO и телескопа Кека, они смогли не только точно оценить расстояние до центра нашей галактики (27 000 световых лет от Земли), но и отследить орбиты звезд там с огромной точностью.
Как сказал Рейнхард Гензел, руководитель группы Института внеземной физики им. Макса Планка:
“Несомненно, наиболее впечатляющим аспектом нашего долгосрочного исследования является то, что оно дало то, что в настоящее время считается лучшим эмпирическим доказательством того, что сверхмассивные черные дыры действительно существуют. Звездные орбиты в Галактическом Центре показывают, что концентрация центральных масс четырех миллионов солнечных масс должна быть черной дырой, вне всякого разумного сомнения ».
Еще одно свидетельство присутствия Стрельца А появилось 5 января 2015 года, когда НАСА сообщило о рекордной рентгеновской вспышке, исходящей из центра нашей галактики. Основываясь на показаниях рентгеновской обсерватории Чандра, они сообщили о выбросах, которые были в 400 раз ярче, чем обычно. Считалось, что это результат падения астероида в черную дыру или запутывания линий магнитного поля внутри газа, втекающего в него.
Другие галактики:
Астрономы также обнаружили свидетельство наличия ГМД в центре других галактик в Местной группе и за ее пределами. К ним относятся близлежащая галактика Андромеда (M31) и эллиптическая галактика M32, а также удаленная спиральная галактика NGC 4395. Это основано на том факте, что звезды и газовые облака вблизи центра этих галактик демонстрируют заметное увеличение скорости.
Другой признак - активные галактические ядра (AGN), где периодически выявляются массивные всплески радио, микроволнового, инфракрасного, оптического, ультрафиолетового (УФ), рентгеновского и гамма-излучения диапазонов, приходящих из областей холодного вещества (газ и пыль). ) в центре больших галактик. Хотя излучение не исходит от самих черных дыр, считается, что причиной является влияние такого массивного объекта на окружающую материю.
Короче говоря, газ и пыль образуют аккреционные диски в центре галактик, которые вращаются вокруг сверхмассивных черных дыр, постепенно питая их материей. Невероятная сила тяжести в этой области сжимает материал диска до тех пор, пока он не достигнет миллионов градусов Кельвина, генерируя яркое излучение и электромагнитную энергию. Над аккреционным диском также образуется корона горячего материала, которая может рассеивать фотоны до энергий рентгеновского излучения.
Взаимодействие между вращающимся магнитным полем SMBH и аккреционным диском также создает мощные магнитные струи, которые запускают материал выше и ниже черной дыры с релятивистскими скоростями (то есть со значительной долей скорости света). Эти струи могут простираться на сотни тысяч световых лет и являются вторым потенциальным источником наблюдаемого излучения.
Когда через несколько миллиардов лет Галактика Андромеды сольется с нашей собственной, сверхмассивная черная дыра, находящаяся в ее центре, сольется с нашей собственной, создавая гораздо более массивную и мощную. Это взаимодействие, вероятно, выбьет несколько звезд из нашей объединенной галактики (производя изгоев), а также может заставить наше галактическое ядро (которое в настоящее время неактивно) снова стать активным.
Исследование черных дыр все еще находится в зачаточном состоянии. И то, что мы узнали за последние несколько десятилетий, было одновременно захватывающим и внушающим страх. Будь то малые массы или сверхмассивные, черные дыры являются неотъемлемой частью нашей Вселенной и играют активную роль в ее эволюции.
Кто знает, что мы найдем, когда заглянем глубже во Вселенную? Возможно, когда-нибудь у нас появятся технологии и явная смелость, чтобы мы могли попытаться достичь пика под покровом горизонта событий. Можете ли вы представить, что происходит?
Мы написали много интересных статей о черных дырах здесь, в журнале Space. Вне всякого разумного сомнения: сверхмассивная черная дыра живет в центре нашей галактики, рентгеновское вспышечное эхо раскрывает сверхмассивную черную дыру, как вы взвешиваете сверхмассивную черную дыру? Взять его температуру, и что происходит, когда сверхмассивные черные дыры сталкиваются?
Астрономия В ролях также некоторые соответствующие эпизоды на эту тему. Вот Эпизод 18: Черные дыры, Большие и Маленькие, и Эпизод 98: Квазары.
Больше для изучения: эпизоды «Квазаров» в фильме «Астрономия» и «Черные дыры», большие и маленькие.
Источники:
- Википедия - Сверхмассивная черная дыра
- НАСА - сверхмассивные черные дыры
- Университет Суинберн: Космос - Сверхмассивная Черная Дыра
