Редактор «Гиктаймс»
875,4
рейтинг
16 июня 2014 в 17:03

Самая большая чёрная дыра в известной Вселенной



Чёрная дыра возникает в результате коллапса сверхмассивной звезды, в ядре которой заканчивается «топливо» для ядерной реакции. По мере сжатия температура ядра повышается, а фотоны с энергией более 511 кэВ, сталкиваясь, образуют электрон-позитронные пары, что приводит к катастрофическому снижению давления и дальнейшему коллапсу звезды под воздействием собственной гравитации.

Астрофизик Этан Сигел (Ethan Siegel) опубликовал статью «Крупнейшая чёрная дыра в известной Вселенной», в которой собрал информацию о массе чёрных дыр в разных галактиках. Просто интересно: где же находится самая массивная из них?

Поскольку наиболее плотные скопления звёзд — в центре галактик, то сейчас практически у каждой галактики в центре находится массивная чёрная дыра, образованная после слияния множества других. Например, в центре Млечного пути есть чёрная дыра массой примерно 0,1% нашей галактики, то есть в 4 млн раз больше массы Солнца.

Определить наличие чёрной дыры очень легко, изучив траекторию движения звёзд, на которые воздействует гравитация невидимого тела.



Но Млечный путь — относительно маленькая галактика, которая никак не может иметь у себя самую большую чёрную дыру. Например, недалеко от нас в скоплении Девы находится гигантская галактика Messier 87 — она примерно в 200 раз больше нашей.

Так вот, из центра этой галактики вырывается поток материи длиной около 5000 световых лет (на фото). Это сумасшедшая аномалия, пишет Этан Сигел, но выглядит очень красиво.



Учёные считают, что объяснением такого «извержения» из центра галактики может быть только чёрная дыра. Расчёт показывает, что масса этой чёрной дыры где-то в 1500 раз больше, чем масса чёрной дыры в Млечном пути, то есть примерно 6,6 млрд масс Солнца.

Но где же во Вселенной самая большая чёрная дыра? Если исходить из расчёта, что в центре почти каждой галактики имеется такой объект с массой 0,1% от массы галактики, то нужно найти самую массивную галактику. Учёные могут дать ответ и на этот вопрос.

Самая массивная из известных нам — галактика IC 1101 в центре скопления Abell 2029, который находится от Млечного пути в 20 раз дальше, чем скопление Девы.



В IC 1101 расстояние от центра до самого дальнего края — около 2 млн световых лет. Её размер вдвое больше, чем расстояние от Млечного пути до ближайшей к нам галактики Андромеды. Масса почти равняется массе всего скопления Девы!

Если в центре IC 1101 есть чёрная дыра (а она должна там быть), то она может быть самой массивной в известной нам Вселенной.

Этан Сигел говорит, что может и ошибиться. Причина — в уникальной галактике NGC 1277. Это не слишком большая галактика, чуть меньше нашей. Но анализ её вращения показал невероятный результат: чёрная дыра в центре составляет 17 млрд солнечных масс, а это аж 17% общей массы галактики. Это рекорд по соотношению массы чёрной дыры к массе галактики.



Есть и ещё один кандидат на роль самой большой чёрной дыры в известной Вселенной. Он изображён на следующей фотографии.



Странный объект OJ 287 называется блазар. Блазары — особый класс внегалактических объектов, разновидность квазаров. Они отличаются очень мощным излучением, которое в OJ 287 меняется с циклом 11-12 лет (с двойным пиком).

По мнению астрофизиков, OJ 287 включает в себя сверхмассивную центральную чёрную дыру, по орбите которой вращается ещё одна чёрная дыра меньшего размера. Центральная чёрная дыра в 18 млрд масс Солнца — самая большая из известных на сегодняшний день.



Эта парочка чёрных дыр станет одним из самых лучших экспериментов для проверки общей теории относительности, а именно — деформации пространства-времени, описанной в ОТО.

Из-за релятивистских эффектов перигелий чёрной дыры, то есть ближайшая к центровой чёрной дыре точка орбиты, должен смещаться на 39° за один оборот! Для сравнения, перигелий Меркурия сместился всего на 43 арксекунды за столетие.
Анатолий Ализар @alizar
карма
682,6
рейтинг 875,4
Редактор «Гиктаймс»
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (52)

  • +4
    Замечательная статья на сон грядущий! Вот бы приснилось что-нибудь на тему горизонта событий.
    • +5
      Вот бы приснилось что-нибудь на тему горизонта событий

      … только не из одноимённого фильма конца 90х :)
    • –1
      Главное проснуться после этого сна.
  • +17
    Я бы так сказал про свой бумажник…
  • +4
    Это же с какой огромной скоростью оно движется, если при орбите с перигелием в 0.2 световых года оно совершает один оборот за 12 лет…
    • 0
      Если я не ошибся, на вскидку 54 млн км/ч… или 15 тыс км/с.
      • 0
        0.2 * 2 * Pi / 12 = 0.1 скорости света, около 30000 км/с
        • +5
          ИМХО, при таких скоростях (да еще с такими массами) пи не разу не три и четырнадцать.
  • +15
    Ещё забыли сказать, что, по современным представлениям:
    1) сверхмассивные ЧД образуются не коллапсом звзды, а экстенсивным путём, то есть накоплением гравитирующего материала
    2) средняя плотность таких ЧД (массой в несколько миллиардов солнечных)… ниже плотности воды и иногда даже сопоставима с плотностью газов
    3) приливные силы для таких ЧД начинают существенно действовать значительно позже прохождения горизонта событий. То есть гипотетический астронавт-исследователь не будет разорван градиентом гравитационного поля на подходе к горизонту событий — если он сумеет выжить в плазме аккреционного диска, то может падать ещё сотни и тысячи километров. И если не оглянется назад, то может и не заметить, что пересёк горизонт. Разве что повернёт голову и увидит лучи света, остановившегося у горизонта событий. Тем не менее, для него время замедлится настолько, что он увидит все события Вселенной в области ЧД до момента гибели либо ЧД, либо Вселенной )
    • +1
      > иногда даже сопоставима с плотностью газов
      в описываемых случаях плотность чёрных дыр куда меньше даже плотности воздуха при н.у.
    • +1
      Насколько я знаю, для него время будет идти нормально, а для внешнего наблюдателя он никогда не пересечет горизонт событий, а просто зависнет на нем, а потом постепенно начнет исчезать как Марти в «Назад в Будущее», потому что фотоны от него перестанут долетать. Как-то так вроде.
      • +1
        Для него время (его локальное) будет идти нормально всегда, а вот скорость течения наблюдаемых событий вдали от ЧД значительно ускорится, в соответствии с уравнениями общей теории относительности. Погуглите Парадокс Близнецов. Для него пройдёт час, а для соседней области галактики — может и миллион лет, в зависимости от массы ЧД. Визуально это может выразиться для него в том, что он успеет увидеть «конец света», если тот вообще наступит.
        • 0
          >может и миллион лет, в зависимости от массы ЧД.
          В зависимости от массы и расстояния до сферы. Вблизи чёрной дыры эффекты от массы не зависят, т.к. и любом случае это предел.
    • 0
      2) и 3) Не понимаю как такое может быть. По определению горизонта событий, уже на этом расстоянии притяжение велико настолько что не выпускает даже фотоны. Как при таком притяжении могут не существенно действовать «приливные силы»? Да и про плотность тоже как-то совершенно непонятно, вроде всё наоборот раньше объясняли.

      Ничего не понимаю =(
      • +5
        Дело не в силе притяжения самой по себе, а в её градиенте.
      • +2
        2) Парадоксально, но средняя плотность сверхмассивной чёрной дыры (вычисляемая путём деления массы чёрной дыры на её объём Шварцшильда) может быть очень мала (даже меньше плотности воздуха). Это объясняется тем, что радиус Шварцшильда прямо пропорционален массе, а плотность — обратно пропорциональна объёму (т. е. в данном случае плотность обратна пропорциональна радиусу Шварцшильда). Так как объём сферического объекта (например, горизонта событий невращающейся чёрной дыры) прямо пропорционален кубу радиуса, а масса растёт лишь линейно, то объём растёт быстрее, чем масса. В результате средняя плотность чёрной дыры уменьшается с увеличением её радиуса.

        3) Как правильно заметили ниже, дело не в силе притяжения, приливные силы это градиент силы притяжения. Сама сила притяжения достаточна на горизонте событий, чтобы не выпускать даже фотоны, однако изменяется (усиливается) она достаточно плавно. Настолько плавно, что гипотетический наблюдатель сможет ещё достаточно долго погружаться по направлению к центральной сингулярности без риска быть разорванным.
        • 0
          А сколько гипотетический наблюдатель будет при этом весить?
          • +1
            Если мы говорим именно про вес — то ничтожно мало, приливные силы всё ещё недостаточно сильные. А так — это движение под воздействием сил гравитации — то бишь невесомость.
            Если рассмотреть массу, то нужно учитывать скорость падения (и, возможно, ещё что-то), тут я, к сожалению, не смогу грамотно ответить.
        • 0
          2) Но в центре-то плотность должна быть колоссальной, правильно?
          3) Спасибо, понятно.
          • 0
            Совершенно верно, чем ближе к центральной сингулярности — тем больше плотность. Выше описывалась лишь «средняя температура по больнице». Это примерно то же, как и Сатурн по средней плотности меньше плотности воды, поэтому он бы плавал в исполинском океане, хотя ядро у него очень и очень плотное.
            • +3
              Разве что-то известно про внутреннее строение черной дыры и про распределение ее плотности по объему?
              • +2
                Тут распределение плотности само по себе не важно, судя по логике. Важна масса (гравитация). Чем она сильнее — тем дальше горизонт событий от центра. То есть сразу за горизонтом, (опять же, чисто предположение) материи может вообще не быть, она где-то там, далеко в глубине уже будет.
                • 0
                  Вообще тяжело вести разговор о материи применительно к черной дыре, т.к. она принципиально нами ненаблюдаема. А банальная логика тут не работает, слишком лихо закрученное пространство-время, надо все считать.
                  • +9
                    Ну да, примерно как в том куске кода, который я сейчас разгребаю…
              • +1
                Классическая ОТО склоняется к сингулярности с бесконечной плотностью в центре и (по-видимому) вакуумом в основном объёме, теория струн — к тому, что всякая ЧД равномерно заполнена струнами в состоянии максимальной энтропии.
            • 0
              Вопрос чайника: а внутри такой черной дыры, возможны обыкновенные термоядерные процессы? Например внутри горизонта событий, там где плотность достаточно большая, можеть зажечься своя «внутренняя» звезда?
              • +4
                Там такая каша начинает происходить… всё смешалось, люди, кони пространство, время, то есть как-бы физические процессы начинают растягиваться во времени вплоть до бесконечности. Полная неопределённость. И название ей — сингулярность.
                • 0
                  Ну это там где плотность зашкаливает, нет? Тут же выше пишут что у сверхмассивных черных дыр вблизи горизонта событий ничего особенного, кроме очень сильного гравитационного поля не происходит.
              • 0
                Возможно, Вам будет интересно почитать про нейтронные, кварковые и преонные звезды
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +17
      > увидит лучи света, остановившегося у горизонта событий

      Простите, не понял как можно увидеть свет который где-то остановился, т.е. не попал в глаз или другой приемник?
      • 0
        извините, неточно выразился. увидит снизу, если свет «завёрнут» гравитационным полем и «отражается» от горизонта событий, либо «циркулирует» по нему, и ощутит вспышку света, если свет действительно остановлен гравитацией, в момент прохождения горизонта событий.
        • 0
          и ощутит вспышку света, если свет действительно остановлен гравитацией, в момент прохождения горизонта событий.

          Только если сам будет проходить горизонт со скоростью света, что невозможно. Иначе не увидит из-за смещения длины волны.
    • 0
      Даже обидно, что никто из нас не сможет никогда живьем попробовать все эти прелести путешествия через горизонт событий. Был-бы способ транспортировки к окрестностям сверхмассивных ЧД — было бы неплохим бизнесом, я думаю многие любопытствующие, под старость лет, захотели бы «на последок» взглянуть, что там внутри, когда по мед показаниям жить останется пару лет.
      • 0
        Насколько приятна перспектива «макаронизации»?
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • +1
            Макоронизация — фиг с ней. Меня лично больше смущает сверхжесткое гамма-излучение по макушке.
    • +1
      Если быть абсолютно точным на вопрос 1) сегодня у астрофизики нет ответа. Образующиеся при коллапсе звезд черные дыры просто не могут набрать массу средних сверхмассивных черных дыр, не говоря уже об описанных гигантах, время жизни Вселенной слишком мало для этого.

      Короче, вопрос образования сверхмассивных черных дыр — открытая загадка астрофизики.
  • +24
    У автора оригинальной статьи странности с арифметикой.
    Ладно он не знает, что большая часть массы Галактики сосредоточена не в звездах и составляет несколько триллионов масс Солнца.
    Но, даже предполагая, что в Галактике 400млрд. звезд = 400 млрд. масс Солнца, то черная дыра с массой 4 млн.масс солнца это всего 0.001% а не 0.1%.
    Ну и далее, числа дикие, похоже взяты самые большие числа из википедий :-)
    5000 световый лет джета в M87 — это только размер релятивисткого джета.
    Из фото мы видим, что сама струя (уже не релятивисткая) по размеру сравнима с размером всей галактики, т.е. сотни тысяч св.лет.
    Далее автор ошибочный коэф. 0.1% применяет ко всем галактикам, и конечно находит черные дыры любых масс :-)
    Даже если М87 в 200 раз тяжелее Галактики (что врядли, фактор примерно 10-20 масс Галактики, если более внимательно проанализировать википедию), а масса черной дыры 6млрд. масс солнца, то соотношение опять таки всего 6.^9 к 3^14 = 0.002%.
    Ну и конечно я несогласен, что Галактика это относительно маленькая галактика, с массой то в триллионы масс солнца.
    Всегда считалась большой галактикой.

    • 0
      Вы на имя автора-то посмотрите, после этого все «странности» перестанут восприниматься таковыми ;)
      • +2
        Я от любопытства даже в толкование имен залез. Все равно Вас не понял.
        • +2
          Автор обычно кратко и без технических подробностей пересказывает какую-нибудь новость или статью. При этом зачастую не обладет знаниями в нужной области. Ну и характерная черта — «желтые» заголовки статей. Эта статья — яркий тому пример.
          Пробегитесь по его публикациям и все поймете.
  • +1
    «Научная» статья не в рецензируемом журнале с историей?
    Я бы довольно осторожно подходил к этому материалу.
  • –1
    Спасибо, занимательно!
  • +2
    недалеко от нас в кластере Virgo находится гигантская галактика Messier 87


    Почему нельзя писать по-русски? Например так:

    недалеко от нас в скоплении Девы находится гигантская галактика Мессье 87


    А то выходит как у надмозгов с Дискавери — «облака гидрогена в созвездии саггитариуса»…
    • +2
      По тому, что автор, вероятно, читает англоязычные источники ( а почти вся наука даже русскими авторами сейчас делается в Инглиш-спикинг рецензируемых журналах), и это сложившаяся терминология. ИТ-ки (а Хабрахабр ИТ-ый ресурс) тоже чаще напишут «копипаст» вместо «копировать-вставить», и «кластер серверов» вместо «отказоустойчивая система ЭВМ».
      К тому же слово Virgo было знакомо еще советским школьникам: в большинстве нормальных атласов используются латинские названия, и в век интернета и Гугла такая унификация не зло, а добро. Нет ничего плохого в том, что бы узнать латинское название Девы.

      При чем тут популярные фильмы Дискавери?
      • 0
        Увы, я вырос на советских книжках по астрономии — там такой тарабарщины не было… А сейчас в русских текстах пишут «сиинг» вместо «видимость», бррр…
    • +5
      Если про деву я могу согласиться, то вот Мессье87 выглядит уже откровенно странно…
      • +1
        Согласен, лучше просто M87 написать.
      • 0
        Хорошо хоть не Мессир87, встречал и такой перевод :-)
        • 0
          Чую сей час Mithgol придет и скажет, как правильно именовать астрономические объекты.
          • –2
            Мицгол 87? :-)

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.