Сверхмассивная черная дыра -Supermassive black hole

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Это первое прямое изображение сверхмассивной черной дыры, расположенной в галактическом ядре Мессье 87 . На нем показано радиоволновое излучение нагретого аккреционного кольца, вращающегося вокруг объекта на среднем расстоянии350 а.е., или в десять раз больше, чем орбита Нептуна вокруг Солнца. Темный центр — это горизонт событий и его тень. Изображение было выпущено в 2019 году коллаборацией Event Horizon Telescope .

Сверхмассивная черная дыра (SMBH или иногда SBH ) — самый большой тип черной дыры, масса которой составляет от миллионов до миллиардов масс Солнца ( M☉ ) . Черные дыры — это класс астрономических объектов, подвергшихся гравитационному коллапсу, оставив после себя сфероидальные области пространства, из которых ничто не может вырваться, даже свет . Данные наблюдений показывают, что почти каждая крупная галактика имеет в центре сверхмассивную черную дыру.. Например, Млечный Путь имеет в Галактическом Центре сверхмассивную черную дыру, соответствующую радиоисточнику Стрельца А* . Аккреция межзвездного газа на сверхмассивные черные дыры является процессом, ответственным за питание активных ядер галактик и квазаров .

Две сверхмассивные черные дыры были получены непосредственно с помощью телескопа Event Horizon : черная дыра в гигантской эллиптической галактике Мессье 87 и черная дыра в центре Млечного Пути .

Описание

Сверхмассивные черные дыры классически определяются как черные дыры с массой от 0,1 миллиона до 1 миллиона M . Некоторые астрономы начали отмечать черные дыры с массой не менее 10 миллиардов M как сверхмассивные черные дыры. Большинство из них (например, TON 618 ) связаны с квазарами исключительной энергии. Еще более крупные были названы колоссально большими черными дырами (SLAB) с массой более 100 миллиардов M . Хотя они отметили, что в настоящее время нет доказательств того, что невероятно большие черные дыры реальны, они отметили, что сверхмассивные черные дыры почти такого размера действительно существуют. Некоторые исследования показали, что максимальная масса, которую может достичь черная дыра, будучи ярким аккретором, составляет порядка ~ 50 миллиардов M .

Сверхмассивные черные дыры обладают физическими свойствами, которые четко отличают их от классификаций с меньшей массой. Во-первых, приливные силы вблизи горизонта событий значительно слабее для сверхмассивных черных дыр. Приливная сила, действующая на тело на горизонте событий черной дыры, обратно пропорциональна квадрату массы черной дыры: человек на горизонте событий черной дыры массой 10 миллионов M испытывает примерно такую ​​же приливную силу между головой и ногами, как человека на поверхности земли. В отличие от черных дыр звездной массы, приливная сила не будет ощущаться очень глубоко в черной дыре. Кроме того, несколько нелогично отметить, что средняя плотность сверхмассивной черной дыры в пределах ее горизонта событий (определяемая как масса черной дыры, деленная на объем пространства в пределах ее радиуса Шварцшильда ) может быть меньше плотности воды . Это потому, что радиус Шварцшильда прямо пропорционален его массе . Поскольку объем сферического объекта (например, горизонта событий невращающейся черной дыры) прямо пропорционален кубу радиуса, плотность черной дыры обратно пропорциональна квадрату массы и, следовательно, выше массовые черные дыры имеют меньшую среднюю плотность .

Радиус Шварцшильда горизонта событий (невращающейся) сверхмассивной черной дыры ~1 миллиард M☉ сравним с большой полуосью орбиты планеты Уран, которая составляет 19 а.е.

История исследования

История открытия сверхмассивных черных дыр началась с исследования Мартином Шмидтом радиоисточника 3C 273 в 1963 году. Первоначально это считалось звездой, но спектр оказался загадочным. Было определено, что это линии эмиссии водорода, которые были смещены в красную сторону, что указывает на то, что объект удалялся от Земли. Закон Хаббла показал, что объект находится на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от нас и, следовательно, должен излучать энергию, эквивалентную сотням галактик. Скорость изменения света источника, названного квазизвездным объектом или квазаром, предполагала, что излучающая область имела диаметр в один парсек или меньше. К 1964 году было выявлено четыре таких источника.

В 1963 г. Фред Хойл и В.А. Фаулер предложили существование сверхмассивных звезд (СМС), сжигающих водород, как объяснение компактных размеров и высокой выходной энергии квазаров. Они будут иметь массу около 10 5 – 10 9 M . Однако Ричард Фейнман отметил, что звезды с массой выше определенной критической динамически нестабильны и могут схлопнуться в черную дыру, по крайней мере, если бы они не вращались. Затем Фаулер предположил, что эти сверхмассивные звезды будут подвергаться серии колебаний коллапса и взрыва, тем самым объяснив характер выхода энергии. Аппенцеллер и Фрике (1972) построили модели такого поведения, но обнаружили, что получившаяся звезда все равно будет подвергаться коллапсу, заключив, что невращающаяся0,75 × 10 6 M SMS «не может избежать коллапса в черную дыру, сжигая ее водород в цикле CNO ».

Эдвин Э. Солпитер и Яков Зельдович в 1964 году высказали предположение, что материя, падающая на массивный компактный объект, может объяснить свойства квазаров. Потребуется масса около 10 8 M☉ , чтобы соответствовать мощности этих объектов. Дональд Линден-Белл заметил в 1969 году, что падающий газ образует плоский диск, который закручивается по спирали в центральное « горло Шварцшильда ». Он отметил, что относительно низкий выход близлежащих галактических ядер подразумевает, что это старые, неактивные квазары. Тем временем в 1967 году Мартин Райл и Малкольм Лонгэйр предположили, что почти все источники внегалактического радиоизлучения можно объяснить с помощью модели, в которой частицы выбрасываются из галактик с релятивистскими скоростями ; это означает, что они движутся со скоростью, близкой к скорости света . Затем в 1973 году Мартин Райл, Малкольм Лонгэр и Питер Шойер предположили, что компактное центральное ядро ​​может быть первоначальным источником энергии для этих релятивистских джетов .

Артур М. Вулф и Джеффри Бербидж отметили в 1970 г., что большая дисперсия скоростей звезд в ядерной области эллиптических галактик может быть объяснена только большой концентрацией массы в ядре; больше, чем можно было бы объяснить обычными звездами. Они показали, что такое поведение можно объяснить массивной черной дырой с массой до 10 10 M☉ или большим количеством меньших черных дыр с массой ниже 10 3 M☉ . Динамические свидетельства существования массивного темного объекта были обнаружены в ядре активной эллиптической галактики Мессье 87 в 1978 году .5 × 10 9 М . Вскоре последовало открытие подобного поведения в других галактиках, включая галактику Андромеды в 1984 году и галактику Сомбреро в 1988 году.

Дональд Линден-Белл и Мартин Рис в 1971 году выдвинули гипотезу, что в центре галактики Млечный Путь должна находиться массивная черная дыра. Стрелец A* был открыт и назван 13 и 15 февраля 1974 года астрономами Брюсом Баликом и Робертом Брауном с помощью интерферометра Грин - Бэнк Национальной радиоастрономической обсерватории . Они открыли радиоисточник, испускающий синхротронное излучение ; было обнаружено, что он плотный и неподвижный из-за своей гравитации. Таким образом, это было первым признаком того, что в центре Млечного Пути существует сверхмассивная черная дыра.

Космический телескоп Хаббла, запущенный в 1990 году, обеспечил разрешение, необходимое для проведения более точных наблюдений за галактическими ядрами. В 1994 году спектрограф слабых объектов на Хаббле использовался для наблюдения Мессье 87, и было обнаружено, что ионизированный газ вращается вокруг центральной части ядра со скоростью ± 500 км / с. Данные указывают на концентрированную массу(2,4 ± 0,7 ) × 10 9 M 0,25 размах, что является убедительным доказательством сверхмассивной черной дыры. Используя массив очень длинных базовых линий для наблюдения за Мессье 106, Миёси и др. (1995) смогли продемонстрировать, что излучение мазера H 2 O в этой галактике исходит от газового диска в ядре, которое вращается вокруг концентрированной массы3,6 × 10 7 M , что было ограничено радиусом 0,13 парсека. Их новаторское исследование показало, что рой черных дыр солнечной массы в таком маленьком радиусе не проживет долго без столкновений, что делает сверхмассивную черную дыру единственным жизнеспособным кандидатом. Это наблюдение, которое дало первое подтверждение существования сверхмассивных черных дыр, сопровождалось открытием сильно уширенной эмиссионной линии ионизированного железа Kα (6,4 кэВ) от галактики MCG-6-30-15. Расширение произошло из-за гравитационного красного смещения света, когда он вышел из черной дыры всего на 3-10 радиусов Шварцшильда.

10 апреля 2019 года коллаборация Event Horizon Telescope опубликовала первое изображение черной дыры в масштабе горизонта в центре галактики Мессье 87.

В феврале 2020 года астрономы сообщили, что полость в сверхскоплении Змееносца, возникшая из сверхмассивной черной дыры, является результатом крупнейшего известного взрыва во Вселенной со времен Большого взрыва .

В марте 2020 года астрономы предположили, что дополнительные подкольца должны образовывать фотонное кольцо, предложив способ лучшего обнаружения этих сигнатур на первом изображении черной дыры.

Формирование

Представление художника о сверхмассивной черной дыре, окруженной аккреционным диском и испускающей релятивистскую струю .

Происхождение сверхмассивных черных дыр остается открытым полем для исследований. Астрофизики согласны с тем, что черные дыры могут расти за счет аккреции материи и слияния с другими черными дырами. Существует несколько гипотез о механизмах образования и начальных массах прародителей, или «зародышей», сверхмассивных черных дыр. Независимо от конкретного канала формирования семени черной дыры, при наличии достаточной массы поблизости, она может аккрецировать, становясь черной дырой промежуточной массы и, возможно, сверхмассивной черной дырой, если скорость аккреции сохранится.

Ранними семенами-прародителями могут быть черные дыры массой в десятки или даже сотни солнечных масс, оставшиеся после взрывов массивных звезд и растущие за счет аккреции материи. Другая модель предполагает, что плотное звездное скопление подвергается коллапсу ядра, поскольку отрицательная теплоемкость системы приводит к дисперсии скоростей в ядре до релятивистских скоростей.

До появления первых звезд большие газовые облака могли коллапсировать в « квазизвезду », которая, в свою очередь, коллапсировала в черную дыру размером около 20 M . Эти звезды также могли быть образованы ореолами темной материи, втягивающими огромное количество газа под действием силы тяжести, что затем привело бы к образованию сверхмассивных звезд с массой в десятки тысяч солнечных. «Квазизвезда» становится неустойчивой к радиальным возмущениям из-за образования электронно-позитронных пар в ее ядре и может коллапсировать прямо в черную дыру без взрыва сверхновой (который выбросил бы большую часть ее массы, препятствуя быстрому росту черной дыры). ).

Более поздняя теория предполагает, что семена сверхмассивной черной дыры образовались в очень ранней Вселенной, каждое из которых образовалось в результате коллапса сверхмассивной звезды с массой около 100 000 масс Солнца.

Большие облака безметаллового газа с большим красным смещением при облучении достаточно интенсивным потоком фотонов Лаймана-Вернера могут избежать охлаждения и фрагментации, таким образом разрушаясь как единый объект из-за самогравитации . Ядро коллапсирующего объекта достигает экстремально больших значений плотности вещества, порядка примерно10 7 г/см 3 и вызывает общую релятивистскую неустойчивость. Таким образом, объект коллапсирует прямо в черную дыру, минуя промежуточную фазу звезды или квазизвезды. Эти объекты имеют типичную массу около 100 000 M☉ и называются черными дырами прямого коллапса .

Впечатление художника от огромного выброса из квазара SDSS J1106+1939.
Художественная иллюстрация галактики со струями сверхмассивной черной дыры.

Наконец, первичные черные дыры могли образоваться непосредственно от внешнего давления в первые мгновения после Большого взрыва. У этих первичных черных дыр будет больше времени для аккреции, чем у любой из вышеперечисленных моделей, что позволит им достичь сверхмассивных размеров. Образование черных дыр в результате гибели первых звезд было тщательно изучено и подтверждено наблюдениями. Другие модели образования черных дыр, перечисленные выше, являются теоретическими.

Для образования сверхмассивной черной дыры требуется относительно небольшой объем очень плотного вещества, обладающего малым угловым моментом . Обычно процесс аккреции включает перенос большого начального запаса углового момента наружу, и это, по-видимому, является ограничивающим фактором в росте черной дыры. Это основной компонент теории аккреционных дисков . Аккреция газа — наиболее эффективный и наиболее заметный способ роста черных дыр. Считается, что большая часть роста массы сверхмассивных черных дыр происходит за счет эпизодов быстрой аккреции газа, которые можно наблюдать как активные галактические ядра или квазары. Наблюдения показывают, что квазары встречались гораздо чаще, когда Вселенная была моложе, что указывает на раннее формирование и рост сверхмассивных черных дыр. Основным сдерживающим фактором для теорий образования сверхмассивных черных дыр являются наблюдения за далекими светящимися квазарами, которые указывают на то, что сверхмассивные черные дыры массой в миллиарды солнечных масс уже сформировались, когда Вселенной было менее одного миллиарда лет. Это говорит о том, что сверхмассивные черные дыры возникли во Вселенной очень рано, внутри первых массивных галактик.

Представление художника о звездах, рожденных ветром из сверхмассивных черных дыр.

Существует верхний предел того, насколько большими сверхмассивными черными дырами могут расти. Так называемые ультрамассивные черные дыры (UMBH), которые по крайней мере в десять раз больше большинства сверхмассивных черных дыр, имеют массу 10 миллиардов солнечных масс и более, по-видимому, имеют теоретический верхний предел около 50 миллиардов масс Солнца, как и все, что превышает этот предел. замедляет рост до минимума (замедление обычно начинается примерно при 10 миллиардах солнечных масс) и заставляет нестабильный аккреционный диск, окружающий черную дыру, сливаться в звезды, вращающиеся вокруг нее.

Далекие сверхмассивные черные дыры, такие как J0313–1806 и ULAS J1342+0928, трудно объяснить так скоро после Большого взрыва. Некоторые предполагают, что они могут возникнуть в результате прямого коллапса темной материи с самовоздействием. Небольшое меньшинство источников утверждает, что они могут быть доказательством того, что Вселенная является результатом Большого отскока, а не Большого взрыва, причем эти сверхмассивные черные дыры образовались до Большого отскока.

Активность и галактическая эволюция

Считается, что гравитация сверхмассивных черных дыр в центре многих галактик питает активные объекты, такие как сейфертовские галактики и квазары, а соотношение между массой центральной черной дыры и массой галактики-хозяина зависит от типа галактики . Эмпирическая корреляция между размером сверхмассивных черных дыр и дисперсией звездных скоростей галактической выпуклости называется соотношением M – сигма .

Активное галактическое ядро ​​(АЯГ) в настоящее время считается галактическим ядром, содержащим массивную черную дыру, которая аккрецирует вещество и демонстрирует достаточно сильную светимость. Ядерная область Млечного Пути, например, не имеет достаточной светимости, чтобы удовлетворить этому условию. Единая модель АЯГ — это концепция, согласно которой большой диапазон наблюдаемых свойств таксономии АЯГ можно объяснить с помощью небольшого числа физических параметров. Для исходной модели эти значения состояли из угла наклона тора аккреционного диска к лучу зрения и светимости источника. АЯГ можно разделить на две основные группы: излучательный режим АЯГ, в котором большая часть выходного сигнала находится в форме электромагнитного излучения через оптически толстый аккреционный диск, и струйный режим, в котором релятивистские джеты возникают перпендикулярно диску.

Взаимодействие пары галактик, принимающих сверхмассивные дыры, может привести к слиянию. Динамическое трение о размещенных объектах сверхмассивной черной дыры заставляет их опускаться к центру объединенной массы, в конечном итоге образуя пару с разделением менее килопарсека. Взаимодействие этой пары с окружающими звездами и газом постепенно сблизит СМЧД в гравитационно связанную двойную систему с расстоянием в десять парсек или меньше. Как только пара сблизится на 0,001 парсека, гравитационное излучение заставит их слиться. К тому времени, когда это произойдет, получившаяся галактика уже давно расслабится после события слияния, а первоначальная активность звездообразования и АЯГ исчезнут. Гравитационные волны от этого слияния могут увеличить скорость образовавшейся сверхмассивной черной дыры до нескольких тысяч км/с, оттолкнув ее от галактического центра и, возможно, даже выбросив из галактики.

Свидетельство

Доплеровские измерения

Моделирование вида сбоку черной дыры с прозрачным тороидальным кольцом ионизированного вещества по предложенной модели для Sgr A* . Это изображение показывает результат отклонения света из-за черной дыры, а также показывает асимметрию, возникающую из-за эффекта Доплера из-за чрезвычайно высокой орбитальной скорости материи в кольце.

Одним из лучших доказательств существования черных дыр является эффект Доплера, согласно которому свет от материи, движущейся по близкой орбите, смещается в красную сторону при удалении и в синюю сторону при наступлении. Для материи, очень близкой к черной дыре, орбитальная скорость должна быть сравнима со скоростью света, поэтому удаляющаяся материя будет казаться очень слабой по сравнению с движущейся материей, а это означает, что системы с внутренне симметричными дисками и кольцами приобретут сильно асимметричный визуальный вид. Этот эффект был учтен в современных компьютерных изображениях, таких как представленный здесь пример, основанный на вероятной модели сверхмассивной черной дыры в Sgr A* в центре Млечного Пути. Однако разрешение, обеспечиваемое имеющимися в настоящее время телескопическими технологиями, по-прежнему недостаточно для прямого подтверждения таких предсказаний.

То, что уже наблюдалось непосредственно во многих системах, — это более низкие нерелятивистские скорости материи, движущейся по орбите дальше от того, что считается черными дырами. Прямые доплеровские измерения водных мазеров, окружающих ядра близлежащих галактик, выявили очень быстрое кеплеровское движение, возможное только при высокой концентрации вещества в центре. В настоящее время единственными известными объектами, которые могут упаковывать достаточно материи в такое маленькое пространство, являются черные дыры или объекты, которые эволюционируют в черные дыры в течение астрофизически коротких временных масштабов. Для более далеких активных галактик ширину широких спектральных линий можно использовать для исследования газа, вращающегося вокруг горизонта событий. Техника картирования реверберации использует изменчивость этих линий для измерения массы и, возможно, вращения черной дыры, питающей активные галактики.

Млечный Путь

Предполагаемые орбиты 6 звезд вокруг кандидата в сверхмассивные черные дыры Стрельца A * в галактическом центре Млечного Пути.

Астрономы уверены, что в центре галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра, в 26 000 световых годах от Солнечной системы, в регионе под названием Стрелец A*, потому что:

  • Звезда S2 следует по эллиптической орбите с периодом 15,2 года и перицентром (ближайшее расстояние) 17 световых часов (1,8 × 10 13 м или 120 а.е.) от центра центрального объекта.
  • По движению звезды S2 массу объекта можно оценить как 4,1 миллиона M , или около8,2 × 10 36 кг .
  • Радиус центрального объекта должен быть меньше 17 световых часов, иначе S2 столкнулся бы с ним. Наблюдения за звездой S14 показывают, что ее радиус составляет не более 6,25 световых часов, что примерно равно диаметру орбиты Урана .
  • Никакой известный астрономический объект, кроме черной дыры, не может содержать 4,1 миллиона M в этом объеме пространства.

Инфракрасные наблюдения яркой вспышечной активности вблизи Стрельца А* показывают орбитальное движение плазмы с периодом45 ± 15 мин на расстоянии в шесть-десять раз превышающем гравитационный радиус кандидата сверхмассивной черной дыры. Это излучение согласуется с круговой орбитой поляризованной «горячей точки» на аккреционном диске в сильном магнитном поле. Излучающая материя вращается со скоростью 30% скорости света сразу за самой внутренней стабильной круговой орбитой .

5 января 2015 года НАСА сообщило о наблюдении рентгеновской вспышки в 400 раз ярче, чем обычно, рекордной, от Стрельца A*. По мнению астрономов, необычное событие могло быть вызвано распадом астероида, упавшего в черную дыру, или запутыванием силовых линий магнитного поля в газе, втекающем в Стрелец А*.

Обнаружение необычно яркой рентгеновской вспышки от Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре галактики Млечный Путь .
Стрелец A*, полученный телескопом Event Horizon .

За пределами Млечного Пути

Представление художника о сверхмассивной черной дыре, разрывающей звезду. Внизу: сверхмассивная черная дыра, пожирающая звезду в галактике RX J1242−11 — рентгеновское (слева) и оптическое (справа).

Однозначные динамические доказательства сверхмассивных черных дыр существуют только в нескольких галактиках; к ним относятся Млечный Путь, галактики Местной группы M31 и M32 и несколько галактик за пределами Местной группы, например, NGC 4395 . В этих галактиках среднеквадратичные (или среднеквадратичные) скорости звезд или газа возрастают пропорционально 1/ r вблизи центра, что указывает на наличие массы центральной точки. Во всех других галактиках, наблюдаемых на сегодняшний день, среднеквадратичные скорости являются плоскими или даже падают к центру, что делает невозможным с уверенностью утверждать, что сверхмассивная черная дыра присутствует. Тем не менее общепризнано, что в центре почти каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Основанием для такого предположения является отношение М-сигма, тесное (с низким разбросом) соотношение между массой дыры в 10 или около того галактиках с надежным обнаружением и дисперсией скоростей звезд в балджах этих галактик. Эта корреляция, хотя и основана всего на нескольких галактиках, предполагает для многих астрономов сильную связь между образованием черной дыры и самой галактикой.

Фотография релятивистского джета Мессье 87 длиной 4400 световых лет,
сделанная космическим телескопом Хаббла .6,4 × 10 9 M сверхмассивная черная дыра в центре галактики

Близлежащая галактика Андромеды, удаленная от нас на 2,5 миллиона световых лет, содержит (1,1–2.3) × 10 8 (110–230 млн) M центральная черная дыра, значительно крупнее Млечного Пути. Самая большая сверхмассивная черная дыра в окрестностях Млечного Пути, по-видимому, принадлежит Мессье 87 (т. е. M87*) с массой(6,4 ± 0,5) × 10 9 (ок. 6,4 млрд) M☉ на расстоянии 53,5 млн световых лет. Сверхгигантская эллиптическая галактика NGC 4889, находящаяся на расстоянии 336 миллионов световых лет от нас в созвездии Волосы Вероники, содержит черную дыру размером2,1 × 10 10 (21 миллиард) М .

Массы черных дыр в квазарах можно оценить косвенными методами, которые подвержены значительной неопределенности. Квазар TON 618 является примером объекта с чрезвычайно большой черной дырой, оцениваемой в6,6 × 10 10 (66 миллиардов) М . Его красное смещение составляет 2,219. Другими примерами квазаров с большими оценочными массами черных дыр являются сверхсветящийся квазар APM 08279+5255 с оценочной массой2,3 × 10 10 (23 миллиарда) M , а квазар S5 0014+81 с массой4,0 × 10 10 (40 миллиардов) M , или в 10 000 раз больше массы черной дыры в Галактическом центре Млечного Пути.

Некоторые галактики, такие как галактика 4C +37.11, имеют в своих центрах две сверхмассивные черные дыры, образующие двойную систему . Если бы они столкнулись, событие создало бы сильные гравитационные волны . Двойные сверхмассивные черные дыры считаются обычным следствием галактических слияний . Двойная пара в OJ 287, находящаяся на расстоянии 3,5 миллиарда световых лет, содержит самую массивную черную дыру в паре с массой, оцениваемой в 18 миллиардов M . В 2011 году в карликовой галактике Henize 2-10, не имеющей балджа, была обнаружена сверхмассивная черная дыра . Точные последствия этого открытия для формирования черных дыр неизвестны, но могут указывать на то, что черные дыры образовались до вздутий.

28 марта 2011 года сверхмассивная черная дыра разорвала на части звезду среднего размера. Это единственное возможное объяснение наблюдений внезапного рентгеновского излучения в тот день и последующих широкополосных наблюдений. Источником ранее было неактивное галактическое ядро, и по результатам изучения вспышки галактическое ядро ​​оценивается как сверхмассивная ЧД с массой порядка миллиона солнечных масс. Предполагается, что это редкое событие является релятивистским истечением (материал выбрасывается в виде струи со значительной долей скорости света) из звезды, разрушенной приливом сверхмассивной ЧД. Ожидается, что значительная часть солнечной массы материала аккрецируется на СМЧД. Последующие долговременные наблюдения позволят подтвердить это предположение, если излучение джета будет затухать с ожидаемой скоростью массовой аккреции на СМЧД.

Газовое облако, масса которого в несколько раз превышает массу Земли, движется с ускорением к сверхмассивной черной дыре в центре Млечного Пути.

В 2012 году астрономы сообщили о необычно большой массе примерно 17 миллиардов M☉ для черной дыры в компактной линзовидной галактике NGC 1277, которая находится на расстоянии 220 миллионов световых лет в созвездии Персея . Предполагаемая черная дыра имеет примерно 59 процентов массы выпуклости этой линзовидной галактики (14 процентов от общей звездной массы галактики). Другое исследование пришло к совершенно иному выводу: эта черная дыра не является особенно массивной, по оценкам, она составляет от 2 до 5 миллиардов M , при этом 5 миллиардов M является наиболее вероятным значением. 28 февраля 2013 года астрономы сообщили об использовании спутника NuSTAR для первого точного измерения вращения сверхмассивной черной дыры в NGC 1365, сообщив, что горизонт событий вращается почти со скоростью света.


В сентябре 2014 года данные различных рентгеновских телескопов показали, что чрезвычайно маленькая, плотная, ультракомпактная карликовая галактика M60-UCD1 содержит в своем центре черную дыру массой 20 миллионов солнечных, что составляет более 10% от общей массы галактики. галактика. Открытие весьма удивительно, поскольку черная дыра в пять раз массивнее черной дыры Млечного Пути, несмотря на то, что масса галактики меньше пятитысячных массы Млечного Пути.

В центре некоторых галактик отсутствуют сверхмассивные черные дыры. Хотя большинство галактик без сверхмассивных черных дыр являются очень маленькими, карликовыми галактиками, одно открытие остается загадочным: сверхгигантская эллиптическая галактика cD A2261-BCG не содержит активной сверхмассивной черной дыры, несмотря на то, что эта галактика является одной из крупнейших известных галактик. ; в десять раз больше и в тысячу раз больше массы Млечного Пути. Поскольку сверхмассивная черная дыра будет видна только во время аккреции, сверхмассивная черная дыра может быть почти невидимой, за исключением ее влияния на звездные орбиты.

В декабре 2017 года астрономы сообщили об обнаружении самого далекого из известных в настоящее время квазаров, ULAS J1342+0928, содержащего самую далекую сверхмассивную черную дыру, с зарегистрированным красным смещением z = 7,54, что превышает красное смещение 7 для ранее известного самого далекого квазара. УЛАС J1120+0641 .

Сверхмассивная черная дыра и черная дыра меньшего размера в галактике OJ 287
Сравнение больших и малых черных дыр в галактике OJ 287 с Солнечной системой
Вспышки диска черной дыры в галактике OJ 287
(1:22; анимация; 28 апреля 2020 г.)
Сверхмассивная черная дыра NeVe 1 ответственна за извержение сверхскопления Змееносца — самое мощное из когда-либо обнаруженных извержений.
От: Рентгеновская обсерватория Чандра

В феврале 2020 года астрономы сообщили об открытии извержения сверхскопления Змееносца, самого мощного события во Вселенной, когда-либо обнаруженного со времен Большого взрыва . Это произошло в скоплении Змееносца в галактике NeVe 1, вызванное аккрецией вещества массой почти 270 миллионов солнечных масс ее центральной сверхмассивной черной дырой. Извержение длилось около 100 миллионов лет и высвободило в 5,7 миллиона раз больше энергии, чем самый мощный известный гамма-всплеск . В результате извержения были выпущены ударные волны и струи высокоэнергетических частиц, которые пробили среду внутри скопления, создав полость шириной около 1,5 миллиона световых лет, что в десять раз больше диаметра Млечного Пути .

В феврале 2021 года астрономы впервые опубликовали изображение с очень высоким разрешением 25 000 активных сверхмассивных черных дыр, покрывающих четыре процента северного небесного полушария, на основе сверхнизких радиоволн, обнаруженных низкочастотным массивом . (ЛОФАР) в Европе.

Излучение Хокинга

Излучение Хокинга — это излучение черного тела, которое, по 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 испарятся за счет излучения Хокинга, сверхмассивная черная дыра с массой 10 11 (100 миллиардов) M испарится примерно через 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 испарятся за время до 10 106 лет.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Прослушать эту статью ( 22 минуты )
Разговорный значок Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 20 марта 2017 г. и не отражает последующих правок. ( 20 марта 2017 г. )