8 самых больших черных дыр во Вселенной — Согласно их солнечным массам
Самый большой тип черных дыр — так называемые сверхмассивные черные дыры — имеют массы порядка от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца. Масса нашего Солнца составляет 1,989 x 10 30 кг, что примерно в 333 000 раз больше массы Земли.
Предполагается, что почти все большие галактики содержат сверхмассивную черную дыру, расположенную в центре галактики. На самом деле существует тесная связь между образованием черной дыры и самой галактикой.
Хотя во вселенной существуют миллионы сверхмассивных черных дыр, невероятно массивные из них редки, и на сегодняшний день идентифицировано лишь малое их количество.
Определить массу большой черной дыры крайне сложно
Чтобы измерить массу сверхмассивных черных дыр, ученые используют различные сложные методы, в том числе доплеровские измерения, отображение реверберации широкой эмиссионной линии, отношение M-сигма и дисперсию скорости.
Массы, полученные из этих методов, часто противоречат друг другу. Поэтому они все еще остаются в области открытых исследований.
Ниже мы собрали несколько самых больших черных дыр с известными массами, измеренными по крайней мере на порядок. Список далеко не полон, но он дает приблизительное представление о том, насколько сложна и обширна наша вселенная.
8. Центральная черная дыра кластера Феникс
Солнечная масса: 2 × 10 10
Кластер Феникса является одним из самых массивных из известных кластеров, большая часть его массы находится в форме темной материи и внутрикластерной среды.
Сверхмассивная черная дыра в центральной галактике скоплений качает энергию в систему. Считается, что он в 20 миллиардов раз массивнее Солнца, а его горизонт должен составлять порядка 118 миллиардов километров в диаметре.
Данные Чандры и различные наблюдения на других длинах волн показали, что эта черная дыра растет быстро со скоростью, в 60 раз превышающей массу Солнца каждый год. Но так как он уже очень велик, этот показатель не является устойчивым. Рост не может длиться более 100 миллионов лет.
7. NGC 4889
Самая яркая сфера около центра — галактика NGC 4889, в которой находится космический сюрприз | Предоставлено: НАСА.
Солнечная масса: 2. 1 × 10 10
Обнаруженный в 1785 году, NGC 4889 является самой яркой галактикой в северной части скопления комы, расположенной на среднем расстоянии 308 миллионов световых лет от Земли.
В основе NGC 4889 находится одна из самых больших черных дыр, которая нагревает внутрикластерную среду за счет трения, создаваемого падающей пылью и газами. Эта сверхмассивная черная дыра почти в 5200 раз массивнее центральной черной дыры Млечного Пути, и весит около 21 миллиарда солнечных масс.
Горизонт событий черной дыры имеет ширину от 20 до 124 миллиардов километров, что эквивалентно диаметру орбиты Плутона от 2 до 12 раз.
В настоящее время он дремлет, и вокруг него, кажется, остаются стабильные звезды. Тем не менее космический телескоп Хаббла обнаружил ионизированную среду вокруг сверхмассивной черной дыры, предполагая, что NGC 4889, возможно, был квазаром миллиарды лет назад.
Квазар — чрезвычайно яркое активное галактическое ядро, в котором сверхмассивная черная дыра окружена газообразным аккреционным диском. Он так сильно затягивает пыль и газ, что нагревает вещество до миллионов градусов, что приводит к огромным выбросам энергии.
6. APM 08279 + 5255
Солнечная масса: 2. 3 × 10 10
В 2002 году наблюдения Чандры показали, что высокоскоростные ветры уносят газы (до 40% скорости света) из сверхмассивной черной дыры, питающей квазар APM 08279 + 5255.
Квазар расположен в созвездии Рысь и имеет яркость, равную одному квадриллиону, яркости Солнца. Это яркий источник света практически на всех длинах волн, и он стал одним из наиболее исследованных отдаленных объектов.
Сверхмассивная черная дыра, питающая APM 08279 + 5255, весит 23 миллиарда солнечных масс (измеряется по скоростям молекулярного диска). Однако другой метод измерения, называемый реверберационным картированием, показывает, что черная дыра весит 10 миллиардов солнечных масс — огромная разница между обоими методами измерения.
Двойное изображение квазара вызвано гравитационным линзированием (изгибанием его света галактикой, попавшей в него). Этот эффект также усиливает свет квазара в 100 раз, что позволяет углубленно изучить его характеристики, даже если он находится на расстоянии 12 миллиардов световых лет.
В последнее десятилетие исследователи также обнаружили, что APM 08279 + 5255 имеет достаточно воды, чтобы заполнить океаны Земли более чем в 100 триллионов раз.
5. NGC 6166
Солнечная масса: 3 × 10 10
NGC 6166 — одна из самых ярких эллиптических галактик [с точки зрения рентгеновского излучения], расположенная на расстоянии 490 миллионов световых лет в созвездии Геркулеса. Около 39 000 шаровых скоплений вращаются вокруг галактики, что указывает на то, что гало NGC 6166 плавно смешивается с внутрикластерной средой.
В центре галактики есть сверхмассивная черная дыра, масса которой в 30 миллиардов раз больше массы Солнца. Ежегодно он поглощает около 200 солнечных масс газа, создавая большие релятивистские струи.
Ученые предположили, что центр галактики может также содержать несколько звезд O-типа; редкие сине-белые звезды с температурой более 30000 кельвинов.
4. H1821 + 643
Солнечная масса: 3 × 10 10
Сильно светящийся квазар, H1821 + 643, расположен в гигантском кластере с сильным охлаждающим потоком в созвездии Драко.
В 2014 году исследователи обнаружили H1821 + 643 как одну из самых массивных черных дыр и точно рассчитали ее массу, которая эквивалентна 30 миллиардам солнечных масс. Горизонт событий черной дыры имеет ширину 1150 а.е. (1 астрономическая единица равна примерно 150 миллионам километров), а его средняя плотность составляет 22 грамма на метр куба, что меньше, чем воздух на Земле.
Исследователи также обнаружили, что внутрикластерная среда вокруг квазара существенно отличается от других крупных скоплений галактик — энтропия и температура значительно ниже и имеют гораздо более крутые градиенты.
Недавно детальный анализ квазара доказал, что наша вселенная заполнена огромными количествами ионизированного водорода, сопровождаемого ионизированным кислородом.
3. IC 1101
Солнечная масса: (4-10) × 10 10
IC 1101, одна из самых больших и ярких галактик во вселенной, содержит в своем центре сверхмассивную черную дыру, масса которой в 40-100 миллиардов раз превышает массу Солнца.
Это эллиптическая галактика, расположенная на расстоянии 1,04 миллиарда световых лет от Земли. Галактика имеет массу около 100 триллионов звезд и простирается на 2 миллиона световых лет от ее ядра.
Как и другие массивные галактики, IC 1101 содержит большое количество богатых металлами звезд, некоторым из которых 11 миллиардов лет, и они имеют золотисто-желтый цвет.
2. S5 0014 + 81
Солнечная масса: 4 × 10 10
S5 0014 + 81 относится к наиболее энергичному типу активных ядер галактик — это блазар, расположенный вблизи области высокого склонения созвездия Цефея, на расстоянии около 12,07 миллиардов световых лет от Земли.
Это 6-й самый яркий квазар, известный на сегодняшний день, с яркостью более 10 41 Вт. Чтобы поместить это в перспективу, это в 25 000 раз ярче, чем все звезды в галактике Млечный Путь вместе взятых.
Центральная черная дыра блазара чрезвычайно жестока — она поглощает огромное количество материалов (более 4000 солнечных масс вещества) каждый год.
В 2009 году данные, полученные из Обсерватории Нила Герилса Свифта, позволили ученым рассчитать массу центральной черной дыры. Они обнаружили, что он в 40 миллиардов раз массивнее нашего Солнца, а его горизонт событий имеет ширину 236,7 миллиарда километров, что эквивалентно 40-кратному радиусу орбиты Плутона.
1. TON 618
Солнечная масса: 6,6 × 10 10
Тон 618 — это гиперлюминиевый квазар, расположенный в 10,37 миллиардах световых лет от Земли. Он содержит самую большую черную дыру [известную человечеству], вес которой в 66 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца.
Впервые он был обнаружен в 1957 году при съемке слабых голубых звезд, которые не лежат на плоскости Млечного Пути. Более детальное радиообследование, проведенное в 1970 году, определило TON 618 как квазар.
TON 618 считается аккреционным диском чрезвычайно горячего газа, циркулирующего вокруг массивной черной дыры в центре галактики. Это так ярко, что затмевает остальную часть галактики. Фактически, это один из самых ярких объектов во Вселенной со светимостью 4 × 10 40 Вт, что эквивалентно 140 000 миллиардов раз больше Солнца.
Поскольку газ в аккреционном диске движется с очень высокой скоростью (около 7000 км / с), черная дыра создает исключительно сильную гравитационную силу. И горизонт событий такой массивной черной дыры будет 2600 а.е. в диаметре.
Источник
Ученые описали гипотетические гигантские черные дыры — для них создали отдельную категорию
Все мы слышали о сверхмассивных черных дырах; они находятся в центрах галактик. Но существуют еще и ультрамассивные черные дыры.
Могут ли эти дыры разрастись настолько, чтобы потребовалась еще одна категория? Да, утверждают астрономы в новом исследовании.
Эти гипотетические черные дыры массой больше 100 млрд солнечных авторы новой работы предлагают называть SLAB ( Stupendously LArge Black holeS ), в пер. невероятно большими черными дырами .
Пока что астрономы не нашли ни одной такой дыры, но расчеты показывают, что они вполне могут существовать даже в межзвездном пространстве, оказывая “любопытный эффект на наблюдения”.
Массы черных дыр
У черных дыр есть несколько принятых “размеров”. Во-первых, это дыры звездной массы (до 100 солнечных масс).
Во-вторых, дыры средней массы — тут оценка зависит от конкретного ученого, некоторые считают, что это дыры до 1000 солнечных масс, другие — до 10 000 и даже до миллиона солнечных масс. В любом случае дыры средней массы встречаются редко.
Ну и есть сверхмассивные черные дыры массой в миллионы и миллиарды солнечных. К этой категории относится и Стрелец А* в центре Млечного пути с массой около 4 миллионов солнечных масс.
В ультрамассивных черных дырах более 10 миллиардов солнечных масс (но меньше 100 миллиардов). К примеру, в центре галактики Holmberg 15A находится дыра, масса которой оценили в 40 миллиардов солнечных масс.
Но почему-то вопрос о существовании еще более крупных черных дыр почти не изучался. Этим и занялась команда астрономов из Лондонского университета королевы Марии.
Проблема с формированием гигантских дыр
Проблема в том, что ученые не знают, как на самом деле формируются и растут огромные черные дыры. Считается, что они возникают из умерших звезд, а потом растут, поглощая материю, и сливаясь с другими дырами.
Вот только у такой модели есть предел в районе 50 миллиардов солнечных масс. Для более крупных нужен аккреционный диск такой огромной массы, что он должен разрушиться под собственной силой притяжения.
И все же мы находим сверхмассивные дыры в молодой Вселенной с огромными массами, которую они просто не успели бы набрать по описанному выше сценарию — не хватило бы времени с рождения Вселенной.
Первичные черные дыры
В 1966 году ученые предложили идею первичных черных дыр. Согласно этой идее, так как молодая Вселенная имела неравномерную плотность (иначе бы не было никаких галактик, звезд и планет), некоторые области могли быть достаточно плотными, чтобы схлопнуться сразу в черную дыру.
Это могло породить, как мелкие дыры, так и по-настоящему огромные. Совсем мелкие с тех пор, скорее всего, “испарились” из-за излучения Хокинга. А вот крупные могли дожить до наших дней. ( Излучение Хокинга-Зельдовича удалось впервые подтвердить в условиях лаборатории )
Отталкиваясь от этой идеи, команда ученых в новом исследовании рассчитала, насколько крупными могли быть те первичные дыры. И у них получилось, что они могли иметь массу от 100 миллиардов до 1 квинтиллиона (18 нулей) солнечных масс.
Но главной целью работы было понять, как такие дыры влияли бы на пространство вокруг них. Потому что, может, мы и не можем наблюдать SLAB напрямую, но мы можем увидеть их по влиянию на окружающие объекты.
Как их искать?
Сильное притяжение искажает пространство-время, вынуждая искривляться и свет. Этот эффект можно использовать для поиска SLAB в космосе.
Эти дыры могут сыграть роль и в поиске темной материи. Вимпы, (слабовзаимодействующие массивные частицы, кандидат в состав темной материи) должны собираться в окрестностях SLAB в достаточной концентрации, чтобы начать сталкиваться и самоуничтожаться, создавая гало из гамма-излучения.
Да и сами первичные черные дыры могут быть тем, что мы называем темной материей.
Кстати, у черной дыры с массой 1 квинтиллион солнечных масс диаметр горизонта событий будет более 620 000 световых лет! Для сравнения, Млечный путь имеет диаметр всего в 105 700 световых лет!
Обсудить эту и другие новости лучше всего в чате нашего телеграм канала , кстати- подписывайтесь !
Научная статья была опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . DOI:10.1093/mnras/staa3651 Источник: Science Alert .
Источник
Самая гигантская чёрная дыра во Вселенной
Когда мы пытаемся представить себе размеры различных космических объектов, нам зачастую кажется, что это невозможно: с трудом получается вообразить соотношение, к примеру, Земли и Юпитера, планет Солнечной системы и самого Солнца. Но наше Солнце, в свою очередь, тоже может оказаться лишь небольшой крупинкой по сравнению с другими объектами космоса, ну а о людях уж и говорить – то нечего, ведь убедитесь сами: насколько мы малы по сравнению вот с этим вселенским «монстром» — чёрной дырой Ton 618, проживающей в 10 миллиардах световых лет от нас в созвездии Гончих псов!
Сейчас в науке нет единого мнения о том, как чёрные дыры могут образовываться в пространстве. Так, считается, что существуют первичные чёрные дыры – это примерные «ровесники» нашей Вселенной, которые сформировались незадолго после Большого взрыва из-за неоднородного распределения материи – там, где её было слишком много, и родились древние «монстры». На протяжении миллиардов лет, «пожирая» материю вокруг себя, они к настоящему времени «разъелись» до невероятных размеров. Также чёрные дыры могли родиться и спустя долгое время после Большого взрыва в результате взрыва сверхмассивных быстро вращающихся звёзд, которые вышли из равновесия и из-за мгновенного коллапса не успели высвободить всё вещество, поэтому их вес не потерялся, и звезда сжалась настолько, что превратилась в чёрную дыру. На основании этого учёные делают вывод о том, что в центре каждой крупной галактики может существовать сверхмассивная чёрная дыра, причём, даже не одна. В «сердце» Млечного Пути тоже есть такой объект, имя ему – Стрелец А*, её масса составляет 4,3 миллиона солнечных масс, а диаметр примерно равен 44 млн км. Но и это ещё не предел!
Наш рекордсмен, известный науке на сегодняшний день, — чёрная дыра Ton 618. Её нашли в 1957 году в рамках исследования белых карликов. Ton 618 расположена в центре квазара. Квазары – это активные ядра галактик на начальном этапе их развития, в которых сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск. Этот диск является источником излучения огромной мощности, которая может в сотни раз превышать суммарную мощность всех звёзд в галактиках, аналогичных Млечному Пути. На фотографиях 70-метрового телескопа Шмидта объект казался фиолетовым.
В 1970 году институт радиоастрономии в Болонье зарегистрировал радиоизлучение, исходящее от недавно открытого объекта. Учёные предположили, что имеют дело с одним из ярчайших известных на тот момент квазаров.
Сейчас чёрная дыра Ton 618 считается самой огромной чёрной дырой во Вселенной. Её масса – 66 миллиардов солнечных масс, а диаметр – 400 триллионов километров! Предполагается, что у квазара TON 618 имеется аккреционный диск горячего газа, вращающегося вокруг гигантской чёрной дыры в центре галактики. Галактика, в середине которой находится квазар, не видна с Земли из-за яркости самого квазара. Абсолютная звёздная величина квазара равняется − 30,7, его светимость превышает солнечную в 140 триллионов раз!
Эмиссионные линии в спектре Ton 618 необычно широкие, что означает, что газ в аккреционном диске перемещается с очень высокой скоростью, около 7000 км/с.
Учёные предлагают называть объекты, подобные Ton 618, ультрамассивными чёрными дырами. Они могут образовываться, скорее всего, в результате столкновения с более мелкими галактиками. Их ядра, где находятся чёрные дыры, сливаются, образуя собой вот таких гигантов. Через 4 миллиарда лет, когда Млечный Путь столкнётся с Андромедой, обе галактики сольются в одну гигантскую эллиптическую галактику, а их центральные чёрные дыры объединятся и будут представлять собой подобного «монстра».
Процесс слияния чёрных дыр в одну сопровождается появлением гравитационных волн . Они впервые были зафиксированы 14 сентября 2015 года на двух детекторах-близнецах лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO, расположенных в Ливингстоне (штат Луизиана) и Хэнфорде (штат Вашингтон) в США. Возмущения были вызваны парой черных дыр (в 29 и 36 раз тяжелее Солнца) в последние доли секунды перед их слиянием в более массивный вращающийся гравитационный объект (в 62 раза тяжелее Солнца). За доли секунды примерно три солнечных массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной. Слияние черных дыр произошло 1,3 миллиарда лет назад (столько времени гравитационное возмущение распространялось до Земли), и это не единственный случай.
Источник