У 1971 році англійські астрономи Дональд Лінден-Белл та Мартін Різ припустили, що надмірна чорна діра (SMBH) знаходиться в центрі нашої Галактики Чумацького Шляху. На цьому грунтувалася їх робота з радіогалактиками, яка показала, що величезна кількість енергії, випромінюваної цими об’єктами, обумовлена газом і речовиною, що накопичується на чорній дірі в їх центрі.
До 1974 року перші свідчення цього СМБХ були знайдені, коли астрономи виявили масивне радіоджерело, що прибувало з центру нашої галактики. Цей регіон, якого вони назвали Стрільцем A *, в 10 мільйонів разів більший, ніж наше власне Сонце. З часу його відкриття астрономи знайшли докази того, що в центрах більшості спіральних і еліптичних галактик у спостережуваному Всесвіті є надмасивні чорні діри.
Опис:
Надмасивні чорні діри (SMBH) різними способами відрізняються від чорних дір нижньої маси. Для початківців, оскільки SMBH мають набагато більшу масу, ніж менші чорні діри, вони також мають меншу середню щільність. Це пов’язано з тим, що при всіх сферичних об'єктах об'єм прямо пропорційний кубі радіусу, тоді як мінімальна щільність чорної діри обернено пропорційна квадрату маси.
Крім того, сили припливів в районі горизонту подій значно слабкіші для масивних чорних дір. Як і у випадку щільності, сила припливу на тіло на горизонті події обернено пропорційна квадрату маси. Як такий, предмет не зазнав би значної сили припливу, поки не опинився дуже глибоко в чорній дірі.
Формування:
Як формуються SMBH, залишається предметом багато наукових дискусій. Астрофізики багато в чому вірять, що вони є результатом злиття чорних дір і накопичення речовини. Але звідки походять "насіння" (тобто потомники) цих чорних дір, там, де виникають незгоди. В даний час найбільш очевидною гіпотезою є те, що вони являють собою залишки кількох масивних зірок, що вибухнули, які утворилися в результаті аккреції речовини в галактичному центрі.
Інша теорія полягає в тому, що до того, як у нашій галактиці утворилися перші зірки, велика газова хмара обвалилася на "зірку Каусі", яка стала нестабільною для радіальних збурень. Потім він перетворився на чорну діру близько 20 сонячних мас без необхідності вибуху наднової. З часом вона швидко наростала маса, щоб стати проміжною, а потім надмасовою чорною дірою.
Ще в одній моделі щільний зоряний скупчення зазнав розпаду ядра внаслідок дисперсії швидкості в його ядрі, що сталося з релятивістськими швидкостями через негативну теплоємність. Нарешті, існує теорія, що споконвічні чорні діри, можливо, були створені безпосередньо під зовнішнім тиском відразу після Великого вибуху. Ці та інші теорії поки залишаються теоретичними.
Стрілець A *:
Кілька рядків доказів вказують на існування SMBH в центрі нашої галактики. Хоча прямих спостережень Стрільця А * не робилося, про його присутність можна було зробити висновок про вплив, який він надає на навколишні об'єкти. Найпомітнішою з них є S2, зірка, яка протікає еліптичною орбітою навколо радіо-джерела Стрільця A *.
S2 має орбітальний період 15,2 року і досягає мінімальної відстані 18 млрд. Км (11,18 млрд. Ми, 120 АС) від центру центрального об'єкта. Тільки надмасивний об'єкт міг би пояснити це, оскільки жодної іншої причини не розпізнати. А з орбітальних параметрів S2 астрономи змогли скласти оцінки щодо розміру та маси об’єкта.
Наприклад, руху S2 змусили астрономів обчислити, що об’єкт у центрі його орбіти повинен мати не менше 4,1 млн. Сонячних мас (8,2 × 10³³ метричних тонн; 9,04 × 10³³ тонн США). Крім того, радіус цього об'єкта повинен був бути менше 120 АС, інакше S2 зіткнеться з ним.
Однак найкращі на сьогодні докази були надані у 2008 році Інститутом позаземної фізики Макса Планка та Галактичним центром UCLAs. Використовуючи дані, отримані за 16-річний період дуже великим телескопом ESO і телескопом Кека, вони змогли не тільки точно оцінити відстань до центру нашої галактики (27 000 світлових років від Землі), але і відстежити орбіти зірок там з величезною точністю.
Як сказав Рейнхард Гензель, керівник групи Інституту позаземної фізики Макса-Планка:
“Безсумнівно, найбільш вражаючий аспект нашого довготривалого дослідження полягає в тому, що він показав те, що зараз вважається найкращим емпіричним доказом того, що надмасивні чорні діри дійсно існують. Зоряні орбіти в Галактичному центрі показують, що центральна масова концентрація чотирьох мільйонів сонячних мас повинна бути чорною дірою, поза будь-якими розумними сумнівами ".
Ще одна вказівка на присутність Стрільця A * з'явилася 5 січня 2015 року, коли NASA повідомило про рекордний рентгенівський спалах, що виходив із центру нашої галактики. На основі показань з рентгенівської обсерваторії Чандра вони повідомили про викиди, які в 400 разів яскравіші, ніж зазвичай. Вони вважалися результатом попадання астероїда в чорну діру або заплутування ліній магнітного поля всередині газу, що впадає в нього.
Інші галактики:
Астрономи також виявили докази СМБК в центрі інших галактик в межах локальної групи та за її межами. До них відносяться розташована поблизу галактика Андромеда (M31) та еліптична галактика M32 та далека спіральна галактика NGC 4395. Це засновано на тому, що зірки та газові хмари поблизу центру цих галактик демонструють помітне збільшення швидкості.
Інша вказівка - Active Galactic Nuclei (AGN), де періодично виявляються масові сплески радіохвильових, мікрохвильових, інфрачервоних, оптичних, ультрафіолетових (УФ), рентгенівських та гамма-променевих хвиль, що надходять з регіонів холодної речовини (газу та пилу ) в центрі більших галактик. Поки випромінювання не надходить із самих чорних дір, вважається, що такий масивний об'єкт на навколишнє речовина може бути причиною.
Одним словом, диски з накопиченням газу та пилу утворюються в центрі галактик, які обертаються навколо надмасивних чорних дір, поступово живлячи їх матерією. Неймовірна сила тяжіння в цьому регіоні стискає матеріал диска, поки він не досяг мільйонів градусів кельвіна, генеруючи яскраве випромінювання та електромагнітну енергію. Корона з гарячим матеріалом утворюється і над накопичувальним диском і може розсіяти фотони до енергії рентгенівських променів.
Взаємодія між обертовим магнітним полем SMBH і накопичувальним диском створює також потужні магнітні струмені, які вистрілюють матеріал над і під чорну діру з релятивістськими швидкостями (тобто при значній частці швидкості світла). Ці струмені можуть поширюватися на сотні тисяч світлових років і є другим потенційним джерелом спостережуваного випромінювання.
Коли Галактика Андромеди злиється з нашою за кілька мільярдів років, надмасивна чорна діра, яка знаходиться в її центрі, злиється з нашою власною, створюючи набагато більш масивну і потужну. Ця взаємодія, ймовірно, виштовхне кілька зірок із нашої комбінованої галактики (виробляючи зоряних зірок), а також, ймовірно, змусить наше галактичне ядро (яке наразі є неактивним) знову стати активним.
Дослідження чорних дір ще в зародковому стані. І те, що ми навчились лише за останні кілька десятиліть, було як захоплюючим, так і вражаючим. Незалежно від того, чи вони малі, чи надмасивні, чорні діри є невід'ємною частиною нашого Всесвіту та грають активну роль у його еволюції.
Хто знає, що ми знайдемо під час заглиблення у Всесвіт? Можливо, в якийсь день ми будемо існувати технології та зухвалість, щоб ми могли спробувати досягти пір під завісою горизонту подій. Ви можете уявити, що це відбувається?
Ми написали багато цікавих статей про чорні діри тут у Space Magazine. Ось будь-який розумний сумнів: Супермасивна чорна діра живе в центрі нашої Галактики, рентгенівський відблиск виявляє супермасивний чорний отвір діри, як ви зважуєте надмасивну чорну дірку? Прийміть його температуру, і що відбувається, коли стикаються надмасивні чорні отвори?
Астрономія У ролях також кілька відповідних епізодів на цю тему. Ось Епізод 18: Великі та малі отвори Чорного отвору та Епізод 98: Квазари.
Докладніше для вивчення: Епізоди "Астрономічної ролі" - "Квазари", "Чорні діри - великі та малі".
Джерела:
- Вікіпедія - надмасивна чорна діра
- НАСА - надмасивні чорні діри
- Університет Свінберна: Космос - надмасивна чорна діра
