Черная дыра в центре нашей галактики превращает звезды во что-то странное

Активные ядра галактик

http-equiv=»Content-Type» content=»text/html;charset=UTF-8″>ass=»dropcap»>Если СМЧД активно поглощает пыль, газ и/или близлежащие звезды, и вследствии этого — сильно излучает в различных диапазонах, — такая черная дыра классифицируется как активное ядро галактики (АЯГ). А сами АЯГ делятся на подвиды: квазары, сейфертовские, лацертиды и радиогалактики.

Активные ядра галактик — самые яркие объекты во Вселенной. Например, квазары имеют болометрическую (то есть во всех диапазонах) светимость 1046 — 1047 эрг/с. Это в 1012 раз больше, чем излучает наше Солнце. Интересной космологической загадкой является отсутствие квазаров ближе, чем на расстоянии 3 млрд. св. лет. Есть мнение, что когда у квазара, да и у любого ядра активной галактики заканчивается или резко уменьшается количество вещества, которое он поглощает, — тогда СМЧД в центре успокаивается и галактика становится обычной, такой, как наша, — спокойная галактика Млечный Путь.

Также как и у любого другого тела во Вселенной у сверхмассивной черной дыры могут быть спутники. Это могут быть как обычные черные дыры звездных масс, так и другие СМЧД.

Почему в центре галактики расположена черная дыра?

Если вы посмотрите вдоль Млечного Пути в направлении созвездия Стрельца, вы увидите плотную агломерацию звезд вокруг центра галактики. Галактический центр отмечен очень плотным, очень массивным скоплением звезд, вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры.

Ранее в этом году команда ESO Gravity нашла звезду, которая вращается около черной дыры скоростью до 10 000 км в секунду, что составляет несколько процентов от скорости света. Это позволило им взвесить черную дыру с точностью до 1%, получив значение примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца.

На самом деле, это не такое уж и большое значение для сверхмассивных черных дыр. Например, наша соседняя галактика Андромеда также имеет сверхмассивную черную дыру, но она в 50 раз тяжелее нашей.

По существу все большие галактики имеют центральные массивные черные дыры

Мы не знаем точно, почему это так, но мы знаем, что это важно и что рост этих монстров, вероятно, повлиял на галактику в целом

Понимание эффекта взаимодействия между черными дырами и галактиками-хозяевами — одна из самых горячих тем современной астрофизики.

Сверхмассивные чёрные дыры в карликовых галактиках

В 2011 году активную сверхмассивную чёрную дыру массой 3⋅106M нашли в карликовой галактике Henize 2−10  в 30 млн световых лет от Солнца в созвездии Компаса. Затем было найдено около 100 активных массивных чёрных дыр в галактиках с относительно слабым звездообразованием. Дальнейший поиск с помощью более длинных радиоволн помог обнаружить 39 кандидатов в менее активные массивные чёрные дыры, из которых минимум 14 из кандидатов являются, скорее всего, массивными чёрными дырами.

Некоторые из этих потенциальных массивных чёрных дыр находятся не в центрах их галактик, а на окраинах. Компьютерное моделирование показало, что до половины всех карликовых галактик могут иметь нецентральные чёрные дыры.

Видео

Источники

  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Сверхмассивная_чёрная_дыраhttps://tvzvezda.ru/news/vstrane_i_mire/content/2019124134-a9PU9.html?noredir=truehttps://new-science.ru/8-samyh-bolshih-chernyh-dyr-vo-vselennoj-soglasno-ih-solnechnym-massam/https://astronews.space/astrophysics-2/214-sverkhmassivnaya-chernaya-dyrahttps://hikosmos.ru/aktivnye-sverhmassivnye-chyornye-dyryhttps://bugaga.ru/interesting/1146768847-top-25-udivitelnye-fakty-o-chernyh-dyrah.html

Зло пробудилось

Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути — Стрелец A* (Sgr A*) — ближайший к Земле объект такого рода. Она представляет собой компактный сверхплотный объект, который испускает инфракрасное, рентгеновское и радиоизлучение. Хотя сами черные дыры не могут ничего излучать по определению (гипотетическое излучение Хокинга не в счет, оно генерируется у горизонта событий с наружной стороны), Стрелец A* окружен горячим газовым облаком протяженностью шесть световых лет, которое и является радиоисточником. Расстояние от Земли до черной дыры достигает 26 тысяч световых лет, а ее диаметр, по оценкам, составляет 60 миллионов километров (чуть больше диаметра орбиты Меркурия).

Многочисленные наблюдения за черной дырой продемонстрировали, что Стрелец A* является относительно неярким объектом. Его светимость на девять порядков меньше, чем максимально возможная светимость (светимость Эддингтона), но при этом она постоянно изменяется. Так, изучение рентгеновского эха, то есть отраженных от галактической пыли рентгеновских лучей, позволило определить, что за последние несколько столетий видимая с Земли яркость радиоисточника могла меняться на пять порядков. Это объясняется тем, что космическая среда вокруг черной дыры очень динамична: тут находятся звезды и другие объекты, которые проходят в непосредственной близости от Sgr А*, тем самым способствуя аккреции вещества.

Эхо от древней вспышки Стрельца А*

Изображение: NASA

В 2018 году одна из звезд — S2 — подошла к черной дыре на расстояние меньше ста астрономических единиц (одна астрономическая единица, или а.е., равна среднему расстоянию от Солнца до Земли). В последние десятилетия астрономы также наблюдали приближение к Стрельцу A* двух пылевых объектов (G1 и G2) — тогда у них были замечены признаки приливного взаимодействия с черной дырой. Ученые предположили, что и S2, и два облака являются источником материала, падающего в черную дыру и вызывающего изменения в блеске.

Радиация Хокинга

Излучение Хокинга — это излучение черного тела , которое, согласно прогнозам, испускается черными дырами из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий. Это излучение уменьшает массу и энергию черных дыр, заставляя их сжиматься и в конечном итоге исчезать. Если черные дыры испаряются с помощью излучения Хокинга , сверхмассивной черной дыры с массой 10 11 (100 миллиардов) М будет испаряться примерно 2 × 10 100 лет. Согласно прогнозам, некоторые чудовищные черные дыры во Вселенной будут продолжать расти, возможно, до 10 14 M во время коллапса сверхскоплений галактик. Даже они испарились бы за время до 10 106 лет.

Огромные черные дыры могут раскрыть тайну квазаров

Ученые очень воодушевлены обнаружением самой большой черной дыры из когда-либо известных. Дело в том, что благодаря полученным результатам, в будущем астрономы смогут лучше понять квазары — класс наиболее ярких астрономических объектов, в том числе далекие галактики, в центре которых находятся массивные черные дыры. Эти космические монстры испускают огромное количество света в процессе поглощения близлежащих объектов. Исследователи полагают, что некоторые из наиболее далеких от нас квазаров могут быть настолько яркими, что в их центрах должны существовать черные дыры, превышающие массу нашего Солнца более чем в 10 миллиардов раз. Обнаружение настолько крупной черной дыры в центре сверхскопления галактик подтверждает идею о том, как появляются квазары и эллиптические галактики. Напомним, что в сентябре NASA опубликовало видео, на котором детально изображены будни одних из самых таинственных космических объектов.

Формирование сверхмассивных черных дыр

СМЧД отличаются от черных дыр (ЧД) звёздных масс, собственно, огромной массой и, возможно, способом своего образования. Черная дыра звёздных масс — образуется путём коллапса массивной звезды (более 3-х масс Солнца), — способ же образования сверхмассивной черной дыры — до сих пор неизвестен. Ни одна из версий образования СМЧД пока не получила убедительных доказательств.

На данный момент обнаружены два вида ЧД, ЧД звёздных масс и сверхмассивные. О процессе формирования ЧД звездных масс ученым известно достаточно много, формирование же СМЧД — одна из главных загадок астрофизики.

  • Возможные варианты образования СМЧД:
  • образуются из обычных ЧД путем наращивания массы в богатых пылью и газом регионах Вселенной.
  • из гипотетических ЧД средних масс.
  • возникают напрямую из больших количеств газа и пыли.

ЧД средних масс (массой менее 105 и гораздо массивнее обычных ЧД звездных масс, еще их называют черные дыры промежуточных масс) — пока не обнаружены (хотя, по теории возникновения СМЧД их должно быть очень много) и кандидатов на этот вид ЧД единицы, что противоречит наблюдаемым количествам их якобы потомков — СМЧД.

UPDATE 15.02.2017: В феврале 2017 года исследование выявило ЧД промежуточных масс в центре гигантского скопления 47 Тукана.

И в тоже время в 2016 году поступили данные о возможном обнаружении процесса рождения СМЧД в ранней Вселенной напрямую из гигантских облаков газа. Но для уверенного утверждения, что газ напрямую коллапсирует в СМЧД, пока еще мало данных. Возможно телескоп Джеймс Уэбб прольет свет на эту проблему.

Некоторые черные дыры более активны, чем другие

Но если мы посмотрим на Вселенную, то увидим, что только у нескольких процентов галактик появляются «активные» черные дыры. Под «активными» мы имеем ввиду черные дыры, которые окружены газом и звездами, вращающимися вокруг черной дыры, образуя чрезвычайно горячее газовое кольцо.

Это кольцо, называемое аккреционным диском, становится настолько горячим, что испускает струи по всей галактике. Эффекты этих взрывов особенно впечатляют в более массивных галактиках.

На протяжении десятилетий австралийские радиотелескопы наносили на карту реактивные потоки, которые намного больше, чем видимая галактика в середине.

Слушая Млечный Путь

Может показаться удивительным, но до 1933 года такой науки как радиоастрономия не существовало. Более того, открытие радиоволн, поступающих из галактического центра и вовсе было случайностью. Так, инженер Карл Янский работал над помехами, которые наблюдались во время разработки первой в мире телефонной системы Александра Белла. Проблема заключалась в том, что при попытке позвонить через Атлантический океан вместо друг друга люди слышали по ту сторону провода шипящий звук.

Выясняя причину неполадки Янский пришел к выводу, что шум – это радиоволны, которые исходят из центра галактики, нарушая телефонную связь и создают помехи. С того момента прошло без малого 88 лет, но теперь мы знаем о космосе и Вселенной несравнимо больше.

Радиоастрономия позволила нам заглянуть в места, слишком темные для человеческого глаза, но в радиоволнах эти участки буквально светятся.

Современные телескопы способны улавливать самые разные виды волн – от световых волн и гамма-излучения до радиоволн, которые позволили ученым составить довольно подробную карту наблюдаемой Вселенной. Следует отметить, что радиоволны преимущественно исходят от далеких галактик и очень холодных звезд, позволяя астрономам заглянуть в самые темные участки космического океана.

Класс и общее строение

Наша галактика — типичная спиральная галактика с перемычкой, SBbc. Сегодня считается, что спиральные галактики составляют 55% от числа всех галактик Вселенной. А галактики с перемычкой являются наиболее распространенным подтипом — это две третьих всех спиральных галактик. Спирально-перемычечные «звездные острова» ученые считают достаточно молодым типом галактик. Со временем, когда ресурсы галактики исчерпываются, перемычка исчезает.

Снимок центра Млечного Пути

А в чем вообще суть этой перемычки, и как она выглядит? Давайте вкратце разберемся, как построен наш Млечный Путь. Ибо его составные части — единственные вещи относительно галактик, в которых астрономы более-менее уверены.

  • Вы уже точно знаете, что внутри Млечного Пути находится ядро — центральная часть галактики, сосредоточение ее массы, вокруг которой располагаются все остальные части «звездного острова». Во Млечном Пути его образует группа звезд и туч пыли, которые на большой скорости движутся вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец А*. Ядро нашей галактики принадлежит к активным, поскольку выделяет больше энергии, чем суммарно все составляющие его звезды.
  • Дальше идет балдж (от англ. «вздутие, выпуклость») — сферическая объемная оболочка центра Млечного Пути. Его составляют крупные звезды-гиганты, старые светила и раскаленные газы, которые вращаются вокруг ядра с громадными скоростями. Балдж — самая концентрированная и наиболее яркая часть не только нашей, но и любой другой галактики. Но мы почти его не видим, поскольку он закрыт он нас рукавами Млечного Пути и собственной облачной оболочкой.

Центр, балдж и гало

  • По обе стороны от балджа отходит перемычка — мостик, к которому крепятся галактические рукава Млечного Пути. Часто ее не выделяют в отдельный компонент: без рукавов на фоне, балдж сливается с перемычкой, оставляя только небольшое утолщение в центре. Перемычку можно сравнить с оживленным и бурным руслом реки. Здесь постоянно нагнетаются потоки галактических газов и пыли, что приводит к активному образованию звезд.
  • От краев перемычки раскручиваются два главных рукава спирали Млечного Пути — рукава Щита-Кентавра и Персея. Их назвали в честь созвездий земного неба, совпадающих с ними. Существует еще минимум 5 меньших рукавов, которые ответвляются параллельно главным. Однако они являются всего лишь частью галактического диска — тонкого слоя галактики, в котором концентрируется большая часть ее видимого вещества. Толщина диска Млечного Пути равна 2 тысячам световых лет, что довольно мало в сравнении с 180 тысячами с.л. диаметра.

Интересный факт. Рукава — это весьма необычная структура. Когда газ и пыль сохраняют свою спиральную форму и вращаются вместе с галактикой, звезды полностью самостоятельные — они покидают «родительские» рукава и улетают в другие. Существует только один небольшой промежуток, где движение звезд и рукавов синхронно — в этом секторе находится наше Солнце. Астрономы считают, что именно нахождение в таком спокойном месте позволило жизни на Земле сформироваться. Столкновения с облаками галактической пыли и близкие контакты с другими звездами серьезно бы повлияли на планетную систему Солнца.

Галактические рукава и невидимая зона Млечного Пути

Остальную же часть галактики составляет гало. Никто не знает, как далеко оно простирается и где заканчивается. Гало преимущественно заполнено темной материей, которую не так-то просто обнаружить. Однако в нем присутствуют и видимые части. В астрономии их называют сфероидальным компонентом Млечного Пути. Это те видимые светила и облака газов, которые не причисляются к звездному диску — например, шаровые скопления. Светила в них сбиты очень тесно: на кубический парсек в них от 700 до 7000 раз больше звезд!

Шаровые скопления звезд движутся по вытянутым орбитам вокруг Млечного Пути и не контактируют с его газопылевым диском, «заправочной станцией» звездообразования. Поэтому газов у них почти нет, а все звезды приблизительно одного поколения. Но есть скопления, которые выбиваются из этого правила. Они очень плотны, их масса достигает миллионов солнечных масс, и состоят из звезд различного возраста.

Спутники Млечного Пути

Загадка происхождения столь необычных объектов оказалась проста — это остатки ядер тех галактик, которые Млечный Путь поглотил в прошлом. Невероятно, но такие вот «косточки» бывших спутников составляют около четверти всех шаровых звездных скоплений нашей галактики.

Сверхмассивные чёрные дыры вне нашей галактики

Самая тяжёлая сверхмассивная чёрная дыра за пределами нашей галактики находится в галактике NGC 4889.

Второй по массе является чёрная дыра в квазаре OJ 287. Квазар, находящийся на расстоянии 3,5 млрд световых лет представляет собой двойную систему чёрных дыр, бо́льшая из которых имеет массу равную 18 млрд M, фактически массу небольшой галактики.

Следующей по массе является чёрная дыра в центре галактики NGC 1277 — 17 млрд M, что составляет 14 % массы всей галактики.

Ещё одна сверхмассивная чёрная дыра, Q0906+6930 имеет массу в 10 млрд M. Она расположена в созвездии Большой Медведицы на расстоянии 12,7 млрд световых лет от Земли.

Теоретическая история

В зависимости от модели изначальные черные дыры могут иметь начальную массу от 10 -8  кг (так называемые Планки мощь) до более чем тысячи солнечных масс. Однако изначальные черные дыры изначально имели массу меньше, чем10 11  кг не дожили бы до настоящего времени из-за излучения Хокинга , которое вызывает полное испарение за время, намного меньшее, чем возраст Вселенной. Первичные черные дыры небарионны и, как таковые, являются вероятными кандидатами в темную материю . Первичные черные дыры также являются хорошими кандидатами на роль зародышей сверхмассивных черных дыр в центре массивных галактик, а также черных дыр промежуточных масс .

Первозданные черные дыры относятся к классу массивных компактных гало-объектов (МАЧО). Они, естественно, являются хорошими кандидатами на темную материю: они (почти) бесстолкновительные и стабильные (если достаточно массивны), у них нерелятивистские скорости, и они формируются очень рано в истории Вселенной (обычно менее чем через одну секунду после Big Bang ). Тем не менее, критики утверждают, что жесткие ограничения на их численность были установлены на основе различных астрофизических и космологических наблюдений, что исключает их значительный вклад в темную материю в большей части вероятного диапазона масс. Однако новое исследование снова предоставило возможность, согласно которой эти черные дыры будут располагаться в скоплениях с первичной черной дырой с массой 30 солнечных в центре.

В марте 2016 года, через месяц после объявления об обнаружении Advanced LIGO / VIRGO гравитационных волн, излучаемых слиянием двух черных дыр массой 30 солнечных масс (около6 × 10 31  кг ) три группы исследователей независимо друг от друга предположили, что обнаруженные черные дыры имеют изначальное происхождение. Две группы обнаружили, что скорости слияния, полученные с помощью LIGO, согласуются со сценарием, в котором вся темная материя состоит из первичных черных дыр, если значимая их часть каким-то образом сгруппирована в гало, таких как тусклые карликовые галактики или шаровые галактики. кластеры , как и ожидалось в стандартной теории образования космических структур . Третья группа утверждала, что эти скорости слияния несовместимы со сценарием, основанным на полной темной материи, и что первичные черные дыры могут составлять менее одного процента от общей темной материи. Неожиданно большая масса черных дыр, обнаруженная LIGO, сильно возродила интерес к первичным черным дырам с массами в диапазоне от 1 до 100 масс Солнца. Однако все еще обсуждается, исключается ли этот диапазон другими наблюдениями, такими как отсутствие микролинзирования звезд, анизотропия космического микроволнового фона , размер слабых карликовых галактик и отсутствие корреляции между рентгеновскими лучами и рентгеновскими лучами. радиоисточники в сторону центра Галактики.

В мае 2016 года Александр Кашлинский предположил, что наблюдаемые пространственные корреляции в неразрешенных гамма- и рентгеновских фоновых излучениях могут быть связаны с первичными черными дырами с аналогичными массами, если их количество сопоставимо с количеством темной материи.

В апреле 2019 года было опубликовано исследование, показывающее, что эта гипотеза может оказаться тупиковой. Международная группа исследователей подвергла теорию, выдвинутую покойным Стивеном Хокингом, самому строгому на сегодняшний день, и их результаты исключили возможность того, что первичные черные дыры размером менее одной десятой миллиметра (7 × 10 22 кг) создают вверх по большей части темной материи.

В августе 2019 года было опубликовано исследование, открывающее возможность создания всей темной материи из первичных черных дыр с массой астероидов (3,5 × 10 −17 — 4 × 10 −12 солнечных масс, или 7,0 × 10 13 — 8 × 10 18 кг).

В сентябре 2019 года в отчете Джеймса Анвина и Якуба Шольца была высказана мысль о возможности возникновения первичной черной дыры (ПЧД) с массой 5–15  M (земных масс), примерно равной диаметру теннисного мяча , существующей в расширенном поясе Койпера до объяснить орбитальные аномалии, которые теоретически являются результатом 9-й планеты Солнечной системы.

Методы обнаружения

Рассмотрим методы, которые астрономы используют для обнаружения черной дыры:

  • ЧД возможно зарегистрировать в том случае, когда она притягивает окружающую ее материю, будь то звездное вещество соседней звезды или газовое облако, через которое движется черная дыра. Компьютерное моделирование показывает падение звезды в черную дыру В таком случае видимое вещество начнет стягиваться к массивному объекту, образую вокруг него аккреционный диск. То есть диск быстровращающейся разогретой материи. В некоторых случаях вращающаяся вокруг ЧД материя может плотно перекрывать черную дыру, тем самым визуально образуя огромную светящуюся сферу.
  • Метод гравитационного возмущения позволяет определить наличие ЧД по ее гравитационному влиянию на окружающие тела. К примеру, если траектория движения планеты вокруг некоторой звезды не согласуется с теоретическими подсчетами орбиты этой планеты, а имеет некоторое искажение, можно предположить о наличии массивного объекта вблизи планеты, который влияет на ее траекторию. Данный частный случай упрощен, так как подобные ситуации позволяют обнаружить менее массивные объекты, вроде других планет. Черные дыры же могут искажать траекторию огромных облаков газа.

  • Возвращаясь к изменению траектории электромагнитного излучения вблизи черной дыры, следует отметить одно из явлений, которое также позволяет обнаружить ЧД – гравитационное линзирование. Свет, проходящий около границ черной дыры, несколько изменяет свою траекторию, создавая таким образом размытую или искаженную картинку, а иногда даже продублированное изображение космических тел. Таким образом, черная дыра, расположенная на фоне какого-либо скопления, вроде галактики или туманности, дает аномальное изображение этого скопления, что привлекает астрономов и дает повод начать поиски ЧД в этой области небосвода.

Помимо упомянутых выше методов, ученые часто связывают такие объекты как черные дыры и квазары. Квазары – некие скопления космических тел и газа, которые являются одними из самых ярких астрономических объектов во Вселенной. Так как они обладают высокой интенсивностью свечения при относительно малых размерах, есть основания предполагать, что центром этих объектов есть сверхмассивная черная дыра, притягивающая к себе окружающую материю. В силу столь мощного гравитационного притяжения притягиваемая материя настолько разогрета, что интенсивно излучает. Обнаружение подобных объектов обычно сопоставляется с обнаружением черной дыры. Иногда квазары могут излучать в две стороны струи разогретой плазмы – релятивистские струи. Причины возникновения таких струй (джет) не до конца ясны, однако вероятно они вызваны взаимодействием магнитных полей ЧД и аккреционного диска, и не излучаются непосредственной черной дырой.

Джет в галактике M87 бьющий из центра ЧД

Подводя итоги вышесказанного, можно представить себе, как выглядит черная дыра в космосе вблизи: это сферический черный объект, вокруг которого вращается сильно разогретая материя, образуя светящийся аккреционный диск.

Как обнаружить черную дыру

В конце своей жизни массивные звезды могут превращаться в черные дыры. И на этапе, когда только пытались найти первые черные дыры, возник вопрос: как их можно обнаружить. Первая идея была такой: звезды, особенно массивные, нередко рождаются парами. Одна из таких звезд превращается в черную дыру, и мы перестаем ее видеть. При этом она продолжает существовать. Предполагалось, что мы сможем увидеть вращение соседней звезды вокруг этого невидимого объекта, при помощи вычислений измерить его массу и обнаружить, что в этом месте находится черная дыра.

Сергей Попов рассказывает, что исторически это был первый предложенный способ поиска. С 60-х годов ученые пытались искать их по такому методу, но ничего не обнаружили. Последние пару лет стали появляться возможные кандидаты на звание черных дыр, но ученые пока не уверены, что в паре с обычными звездами находятся именно они.

Визуализация черной дыры

(Фото: NASA)

Если опять обратиться к черной дыре, которая соседствует со звездой, то вещество с обычной звезды может перетекать в дыру. Черная дыра своей гравитацией будет засасывать это вещество. Если представить, что в нее одновременно кинули два камня, они могут столкнуться над горизонтом на скорости почти равной скорости света. При таком столкновении выделится много энергии, которую можно заметить.

Но в звездах не камни, а газ. Когда разные слои газа трутся друг о друга, они нагреваются до миллионов градусов, и это тепло можно увидеть. С помощью такого способа в конце 60-х — начале 70-х годов, когда стали запускать первые рентгеновские детекторы в космос, открыли и первые черные дыры.

Визуализация черной дыры рядом со звездой

(Фото: NASA)

В начале 60-х годов стало ясно, что есть яркие астрономические объекты — квазары. Дословно— «похожий на звезду радиоисточник». Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Обнаружить их можно даже на очень отдаленных расстояниях. В ходе изучения квазаров стало ясно, что это небольшой источник, который находится в центре далекой галактики и при этом испускает много энергии. Попов рассказывает, что когда ученые открывают квазар, они уверены, что там «сидит» сверхмассивная черная дыра. Сейчас это самый массовый способ открытия черных дыр.

Визуализация квазара

(Фото: NASA)

Почти все массивные звезды превращаются в черные дыры, но не все они находятся в двойных системах, или у них нет перетекания. В таком случае дыры ищут другим способом. Сергей рассказывает, что черная дыра сильно искажает пространство-время вокруг себя, но тут важна не столько масса, сколько компактность. Понять это легко, достаточно представить острый предмет. Это предмет с очень маленькой площадью. Если просто ткнуть куда-то пальцем, нельзя проткнуть поверхность, а если с такой же силой надавить на иголку, то проткнется палец, которым на нее давят. Так вот маленькие объекты при той же массе сильнее искривляют пространство-время вокруг себя. Такой эффект называется гравитационным линзированием.

Индустрия 4.0

Как полететь на Луну: самые популярные поисковые запросы на тему космоса

Ученые наблюдают за звездой и вдруг замечают, что ее блеск растет, а потом совершенно симметрично спадает обратно. Со звездой ничего не произошло, но между нами и звездой пролетел массивный объект. И этот массивный объект, искажая пространство-время, собрал световые лучи.

Визуализация черной дыры

(Фото: NASA)

Поэтому кажется, будто возрастает светимость звезды, а на самом деле просто больше ее света было собрано и попало к нам. Звезда с массой десять масс Солнца светила бы очень заметно, ученые бы ее не пропустили. А в таких наблюдениях появляется абсолютно темный объект с массой примерно десять солнечных. Что это может быть? Только черная дыра.

Если есть пара черных дыр, то, сливаясь, они будут порождать гравитационно-волновой всплеск. И в 2015 году впервые были обнаружены такие всплески гравитационного излучения. Это последний на сегодняшний день хороший способ поиска черных дыр.

Визуализация двух черных дыр

(Фото: NASA)

Формирование

Общепринятой теории образования чёрных дыр такой массы ещё нет. Существует несколько гипотез, наиболее очевидной из которых является гипотеза, описывающая постепенное наращивание массы чёрной дыры аккрецией вещества на чёрную дыру звёздной массы. Другая гипотеза предполагает, что сверхмассивные чёрные дыры образуются при коллапсе больших газовых облаков и их превращении в релятивистскую звезду массой в несколько сотен тысяч Солнечных масс или больше. Такая звезда быстро становится нестабильной к радиальным возмущениям в связи с процессами образования электронно-позитронных пар, происходящими в её ядре, и может сколлапсировать сразу в чёрную дыру. При этом коллапс идёт, минуя стадию сверхновой, при которой взрыв разбросал бы большую часть массы, не позволив образоваться сверхмассивной чёрной дыре. Еще одна модель предполагает, что сверхмассивные чёрные дыры могли образоваться в результате коллапса плотных звёздных кластеров, когда отрицательная теплоёмкость системы приводит дисперсию скорости в ядре к релятивистским значениям. Наконец, первичные чёрные дыры могли образоваться из начальных возмущений сразу после Большого взрыва.

Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме. Для этого у материи должен быть очень малый начальный угловой момент — то есть медленное вращение. Обычно скорость аккреции на чёрную дыру ограничена именно угловым моментом падающей материи, который должен быть в основном передан обратно наружу, что и ограничивает скорость роста массы чёрной дыры.

В наблюдаемом списке кандидатов в чёрные дыры есть провал в распределении масс. Есть чёрные дыры звёздных масс, образующиеся в результате коллапса звёзд, массы которых простираются, вероятно, до 33 Солнечных масс. Минимальная же масса сверхмассивных чёрных дыр лежит в районе 105 солнечных масс (при максимальном значении — не более 5*1010 солнечных масс). Между этими значениями должны лежать чёрные дыры промежуточных масс, но такая чёрная дыра (HLX-1, обнаруженная австралийским радиотелескопом CSIRO 9 июля 2012 года) пока известна лишь в единственном экземпляре, что является аргументом в пользу различных механизмов образования лёгких и тяжёлых чёрных дыр. Некоторые астрофизические модели, однако, объясняют характерные особенности сверхъярких рентгеновских источников, как содержащих именно такие чёрные дыры (промежуточных масс).

Характеристика Галактики Млечный путь

Наша Галактика Млечный путь относится к спиральным галактикам с перемычкой. Существует древнегреческая легенда, почему она получила именно такое название. Она рассказывает, что титан Кронос ел новорожденных детей, которых рожала ему Рея. Для матери это было большое горе. После смерти пятого ребенок, мать приняла решение уберечь своего последнего сына – Зевса. Вместо младенца, девушка принесла Кроносу завернутый в одеяльце камень. После того, как титан ощупал сверток, он попросил мать покормить ребенка, так как его вес был слишком мал. Рея брызнула на камень молоко, но оно от него отскочило, и расположилось на небе в виде млечного пути. Когда Зевс вырос, он сверг Кроноса и стал главным среди всех богов.

На сегодняшний день Млечный путь способен поглощать другие галактики. Вокруг галактического пространства расположились многочисленные звездные скопления, которые рано или поздно попадают под его влияние и с помощью гравитационных сил затягиваются в рукава. Специалисты заметили, что сейчас Млечный путь поглощает маленькую галактику, расположившуюся в созвездии Стрельца.

Однако такая особенность у Галактики скоро исчезнет. Сегодня уже наблюдается взаимодействие между Млечным путем и Галактикой Андромеды, которая в 1,5 раза больше него. По мнению великих умов через какое-то время произойдет столкновение двух галактических пространств и Андромеда поглотит Млечный путь.

Характеристика Галактики Млечный путь:

  • диаметр примерно 100 тысяч световых лет;
  • в составе от 200 до 400 миллиардов звезд;
  • звезда Солнце от центра Галактики Млечный путь отдалена на 27 тысяч световых лет;
  • скорость вращения Солнечной системы вокруг центра 230 км/с. Чтобы совершить полный оборот вокруг центра требуется 235 млн. лет;
  • в совокупности все объекты Млечного пути весят 1,5 триллиона солнечных масс.

Знакомясь с основными характеристиками Галактики, нужно учитывать, что из-за больших размеров, в некоторых расчетах могут быть погрешности.

Размеры и структура

Центральную часть Млечного пути занимает ядро, в составе которого насчитываются миллиарды звезд. Размеры ядра Галактики измерить очень сложно, ученые предполагают, что его протяженность несколько тысяч парсек (1 парсека – 30,86 трлн. км). В центре находится черная дыра. Считается, что через середину Млечного пути проходит перемычка. Ее протяженность оценивают в 27 световых лет. По отношению к нашему Солнцу она находится под углом 44. В составе Галактики преобладают звезды, пыль, газ, созвездия. Более молодые образования отдалены от его центральной части.

Вокруг Млечного пути сосредоточено гало. В нем располагаются звездные скопления и карликовые галактики. Эти образования удерживаются гравитационными силами галактического пространства и вращаются вокруг него. В структуру нашей Галактики входит пять основных рукавов – Лебедь, Центавр, Стрелец, Орион, Персей.

Не менее интересным будет узнать, каковы же размеры нашей Галактики. Проведенные расчеты и исследования говорят, что ее диаметр составляет 100 тыс. световых лет, а ширина 1 тыс. световых лет. Несколько лет назад великие умы Канарского института выдвинули предположение, что размер Галактики Млечный путь может составлять 200 тыс. световых лет. А в 2020 году астрофизики в результате своего нового исследования предположили, что длина диаметра может достигать 1 млн. 900 тыс. световых лет. Однако данные расчеты подтверждены не были и пока остаются только теорией.

Спиральные рукава

Рукав представляет собой элемент галактического пространства, в котором сосредоточена большая часть пыли, газа, молодые звезды и даже звездные скопления. Они являются постоянной зоной галактической системы. Рукава имеются только у спиральных галактик, поэтому их часто называют спиральными. Плюс ко всему их структура закрученная, чем-то похожа на спираль.

Как уже было отмечено, в структуре Галактики Млечный путь насчитывается 5 спиральных рукавов. Все свои названия они получили в честь созвездия, в пределах которого расположены, – Лебедь, Орион, Центавр, Стрелец и Персей. Самый большой интерес вызывает рукав Орион, так как именно в нем находится планета Земля и вся Солнечная система. Именно этот рукав изучен лучше всего, но далеко еще не полностью.

Орион является самым маленьким спиральным рукавом в Галактике. В длину он достигает 11 тыс. световых лет, в толщину – 3,5 тыс. Располагается он примерно между Стрельцом и Персеем.

Тайны Млечного Пути

S-звездное скопление, вращающееся вокруг черной дыры в нашей галактике.

Однако в ходе исследования, после внимательного изучения орбиты S-звезд, эффекта Линзе-Терринга обнаружено не было. Учитывая тот факт, что орбиты этих звезд хорошо известны астрономам, мы знаем, что черная дыра в центре нашей галактики должна вращаться медленно. Таким образом команда определила, что спин черной дыры в самом сердце нашей галактики может быть не более 0,1 по шкале от 0 до 1, что означает, что она вращается менее чем на 10% от максимально возможного спина для черной дыры. Для сравнения, спин черной дыры М87 равен по меньшей мере 0,4.