|
Что такое сверхмассивные чёрные дыры
|
|
|
|
Почти в каждой наблюдаемой массивной галактике находится сверхмассивная чёрная дыра. Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА обнаружил, что некоторые из этих сверхмассивных чёрных дыр могут быть даже слишком большими для галактики, в которой они находятся, что бросает вызов представлениям астрономов об этих объектах и поднимает вопросы об их развитии в ранней Вселенной. Астрономы всё ещё исследуют многие ключевые вопросы об этих загадочных и мощных объектах, и их изучение может помочь исследователям понять, как формируются и растут галактики.
|
|
|
|
Я астроном, изучающий сверхмассивные чёрные дыры в других галактиках. Эти захватывающие астрономические объекты могут рассказать исследователям о том, как материя поглощается или выбрасывается из центра галактики и как это может влиять на другие процессы в галактике.
|
|
|
|
Что такое сверхмассивные чёрные дыры?
|
|
|
|
Сверхмассивные чёрные дыры — это самый большой класс чёрных дыр.
|
|
|
|
Черные дыры — это области в пространстве, где гравитация стала настолько доминирующей силой, что ничто, даже свет, не может вырваться наружу. Масса этих черных дыр варьируется от сотен тысяч до миллионов или миллиардов раз больше массы нашего Солнца.
|
|
|
|
|
|
|
Исследования показывают, что почти в каждой массивной галактике, которую наблюдали астрономы, в центре находится сверхмассивная черная дыра. Однако галактики настолько велики, что эти черные дыры занимают лишь небольшую часть, и их вес значительно меньше, чем вес газа, пыли и звезд.
|
|
|
|
Сверхмассивная черная дыра ограничена горизонтом событий, или точкой невозврата. Любой объект, пересекающий горизонт, должен двигаться быстрее скорости света, чтобы покинуть черную дыру, что физически невозможно.
|
|
|
|
Если поместить сверхмассивную черную дыру в центр нашей галактики, Стрельца А*, там, где находится Солнце, ее горизонт событий и окружающий газ поместятся в орбиту Меркурия. Однако для более массивной сверхмассивной черной дыры, такой как M87*, вся Солнечная система поместится в горизонт событий. Как учёные изучают сверхмассивные чёрные дыры?
|
|
|
|
Наблюдать сверхмассивные чёрные дыры сложно.
|
|
|
|
Хотя многие из них в миллионы раз больше нашего Солнца, они занимают лишь небольшую часть галактики, которая может быть дополнительно скрыта звёздами и пылью. На сегодняшний день было получено всего два «снимка» сверхмассивных чёрных дыр, оба — коллаборацией Event Horizon Telescope.
|
|
|
|
Поскольку получить снимки напрямую очень сложно, астрономам приходится использовать косвенные методы для изучения сверхмассивных чёрных дыр и их свойств.
|
|
|
|
Чтобы определить массу сверхмассивной чёрной дыры, астрономы могут посмотреть на окружающую её галактику и рассчитать массу, необходимую для приложения гравитационной силы к компонентам галактики. Сверхмассивные чёрные дыры, поглощающие материю, классифицируются как активные, тогда как сверхмассивные чёрные дыры, не поглощающие материю, известны как неактивные или покоящиеся.
|
|
|
|
Для галактик со спокойной сверхмассивной чёрной дырой астрономы измеряют скорость движения плотно расположенных звёзд вблизи центра галактики. Они усредняют все эти скорости и используют соотношение, известное как соотношение М-сигма, чтобы получить массу, соответствующую средней измеренной скорости.
|
|
|
|
Для галактик с активной сверхмассивной чёрной дырой астрономы изучают свет, излучаемый газом вокруг горизонта событий. Если учёные предполагают, что газ движется по орбите вокруг сверхмассивной чёрной дыры, то ширина окружающего газа соответствует центральной массе, и это может дать ещё один способ оценки массы.
|
|
|
|
Астрономы также могут получить представление о том, какая масса падает в активную чёрную дыру, измеряя светимость, или наблюдаемую мощность, газа до того, как он пересечёт горизонт событий.
|
|
|
|
Астрономы также заинтересованы в выяснении того, как образуются сверхмассивные чёрные дыры. Хотя ученые уже знают, как образуются меньшие черные дыры, называемые черными дырами звездной массы, сверхмассивные черные дыры слишком велики, чтобы образовываться таким же образом.
|
|
|
|
Черные дыры звездной массы образуются, когда массивная звезда исчерпывает свое топливо. Гравитация вызывает коллапс ее ядра, что порождает ударную волну, которая разрушает звезду и может оставить после себя черную дыру. Однако звезды, из которых образуются эти черные дыры звездной массы, недостаточно велики, чтобы образовать сверхмассивные черные дыры.
|
|
|
|
Ученые выдвигают две гипотезы об образовании зародышей сверхмассивных черных дыр. Зародыши — это первоначальные черные дыры, которые со временем набирают массу, пока не превратятся в сверхмассивные черные дыры, которые мы наблюдаем сегодня.
|
|
|
|
Одна гипотеза заключается в том, что они являются результатом гибели массивных молодых звезд в ранней Вселенной, известных как звезды третьего поколения. Другая гипотеза предполагает, что зародыши сверхмассивных черных дыр образовались из большого газового облака, схлопнувшегося из-за своей большой массы и сильной гравитации в черную дыру.
|
|
|
|
В настоящее время ни одна из гипотез не имеет прямых наблюдательных доказательств в свою поддержку, но результаты, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, могут помочь ответить на эти вопросы.
|
|
|
|
Ещё один важный вопрос, на который до сих пор нет ответа, — когда образуются эти сверхмассивные чёрные дыры.
|
|
|
|
Этот вопрос становится своего рода проблемой «курица или яйцо»: сначала образовались зародыши сверхмассивных чёрных дыр, а затем они постепенно притягивали материю, которая в конечном итоге сформировала окружающую их галактику? Или сначала начала формироваться галактика, а звёзды и газовые облака внутри неё коллапсировали в зародыши сверхмассивных чёрных дыр?
|
|
|
|
Предварительные результаты и наблюдения предполагают, что первый вариант более вероятен, но если это так, возникает вопрос: как остальная часть галактики могла сформироваться и эволюционировать со сверхмассивной чёрной дырой внутри неё?
|
|
|
|
Почему важно их изучать?
|
|
|
|
Сверхмассивные чёрные дыры влияют на свои галактики-хозяева. По мере роста сверхмассивной чёрной дыры астрономы наблюдают увеличение скорости звёзд, расположенных в центральном скоплении галактики. Эта закономерность предполагает связь между сверхмассивной чёрной дырой и другими компонентами галактики, такими как звёзды, газ и пыль.
|
|
|
|
Часто учёные наблюдают, как материя падает внутрь, к чёрной дыре. Но прежде чем она будет втянута, часть её отбрасывается назад ветрами, создаваемыми сильным давлением и трением чёрной дыры. Эта материя, отброшенная из окрестностей сверхмассивной чёрной дыры, может либо нагревать газ и препятствовать образованию звёзд, либо сжимать газ и вызывать ударные волны внутри галактики.
|
|
|
|
Хотя сверхмассивная чёрная дыра может влиять на свою галактику-хозяина, Земле не грозит опасность быть затянутой или притянутой чёрной дырой в центре Млечного Пути. В большинстве галактик сверхмассивная чёрная дыра просто действует как гравитационная сила, удерживающая объекты в галактике на орбите.
|
|
|
|
Однако учёным важно понимать, как сверхмассивные чёрные дыры влияют на свои галактики-хозяина и как они могут формировать наши наблюдения за Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
