Сверхмассивные черные дыры: Галактические Бегемоты

В центре нашей галактики есть сверхмассивная черная дыра. Его нельзя увидеть непосредственно через телескоп или нашими глазами, но астрономы знают, что это там. На самом деле, в сердцах многих галактик есть сверхмассивные черные дыры. Откуда астрономы знают, что эти монстры прячутся в ядрах галактик? Они используют различные методы для изучения света, проходящего мимо черной дыры, а также изучают область вокруг черной дыры, чтобы понять, как она влияет на близлежащие облака газа, пыли и даже звезд. В настоящее время сверхмассивная черная дыра в Млечном Пути, называемая Стрельцом А *, является довольно тихой, и астрономы наблюдают за ней на многих длинах волн света, чтобы понять ее действия.

Черные дыры являются фаворитом в научной фантастике и СМИ. Иногда они используются в качестве сюжетного устройства для включения какой-то хитрости межзвездного путешествия. Или они фигурируют в путешествии во времени или в каком-то другом важном элементе истории. Какими бы увлекательными ни были эти истории, реальность, стоящая за этими странными бегемотами, более интригующая, чем могут себе представить авторы. Какие факты окружают сверхмассивные черные дыры? Есть ли какая-либо наука за фантастическими изображениями сверхмассивных черных дыр? Давай выясним.

Обычно, сверхмассивные черные дыры это то, что говорит их имя: действительно, действительно массивные черные дыры. Они измеряют в сотнях тысяч солнечных масс (одна солнечная масса равна массе Солнца) до миллиардов солнечных масс. Они обладают огромной силой и обладают невероятным влиянием на свои галактики.

Большинство сверхмассивных черных дыр существуют в ядрах галактики. Это центральное расположение позволяет им (хотя бы частично) помогать удерживать галактики вместе. Их гравитация настолько огромна из-за их невероятной массы, что даже звезды за сотни тысяч световых лет находятся на орбите вокруг них и ядер галактики, которые они населяют.

Всякий раз, когда астрономы говорят о черных дырах, основное свойство, которое они используют, разделяет черные дыры на другие «нормальные» объекты в Вселенная это плотность. Это количество «материала», упакованного в объем черной дыры. Плотность в ядрах черных дыр настолько высока, что становится практически бесконечной. В частности, объем (объем пространства, занимаемого черной дырой и ее скрытой массой) приближается к нулю. Это означает, что это немного больше, чем крошечная точка в пространстве, но эта крошечная точка, называемая сингулярностью, содержит невероятное количество массы. Это делает его невероятно плотным. Эта плотность распространяется по всей области черной дыры, от сингулярности до горизонт событий (это точка, где гравитация черной дыры слишком сильна, чтобы что-либо сопротивляться.

Это звучит так, как будто внутренняя часть черной дыры (за горизонтом событий) может быть невероятно раздроблена, без места. Интересно, что есть мысленный эксперимент, который говорит, что средняя плотность сверхмассивных черных дыр на самом деле может быть меньше, чем сам воздух, которым дышат люди. На самом деле, чем больше масса, тем Меньше Плотной является сверхмассивная черная дыра, если принять во внимание весь объем области от сингулярности до горизонта событий. Масса будет распределяться через эту область, причем в сингулярности будет больше массы, чем на «окраинах».

Если это правда, то можно было бы приблизиться не только к сверхмассивной черной дыре, теоретически попадают в сверхмассивную черную дыру и выживают довольно долго, пока не приблизятся к особенность. Однако есть одна большая проблема: гравитация. Он настолько силен, что все, что пролетит мимо горизонта событий, будет разорвано сильным гравитационным воздействием. Так много для путешествия червоточины!

Образование сверхмассивных черных дыр до сих пор остается одной из загадок астрофизики. Нормальные черные дыры - это остатки ядра, оставленные позади сверхновая звезда Взрыв массивной звезды. Чем массивнее звезда, тем массивнее остается черная дыра.

Следовательно, можно предположить, что сверхмассивные черные дыры созданы в результате коллапса сверхмассивной звезды. Проблема в том, что таких звезд было обнаружено мало. Более того, физика говорит нам, что они вообще не должны существовать. Тем не менее, они делают. Самые массивные звезды в десятки-сотни раз больше массы Солнца. Несколько редких гипергигантов могут достигать 300 звездных масс. Тем не менее, даже эти монстры очень далеки от типов масс, которые необходимы для создания сверхмассивной черной дыры. Говоря прямо: для создания сверхмассивной черной дыры требуется намного больше массы, чем содержится даже в самых сверхмассивных звездах.

Итак, если эти объекты не созданы традиционным способом из других черных дыр, откуда берутся черные дыры монстров? Основная идея заключается в том, что они образовали как можно более мелкие черные дыры, чтобы построить большие. В конце концов, накопление массы приведет к созданию сверхмассивной черной дыры. Это иерархическая теория построения сверхмассивной черной дыры. Есть некоторые проблемы с этой теорией, потому что она требует изучения сверхмассивных черных дыр "средней массы". Они были бы «между шагами» от маленьких черных дыр до сверхмассивных монстров. Астрономы начинают обнаруживать больше из них и изучать их конкретные характеристики, чтобы заполнить пробелы в иерархической теории.

Другая ведущая теория о создании сверхмассивных черных дыр заключается в том, что они образовались в первые моменты после Большой взрыв. Конечно, не все полностью понято об условиях в то время, чтобы выяснить, как черные дыры играли роль и что стимулировало их формирование.

Наблюдения за известными сверхмассивными и промежуточными массами черных дыр позволяют предположить, что теория слияния, вероятно, является наиболее простым объяснением. Исследование самых старых, самых отдаленных и массивных сверхмассивных черных дыр, квазары в частности, показывает, что есть доказательства того, что слияние многих галактик сыграли свою роль. Когда галактики сливаются, кажется, что и их черные дыры тоже. Слияния играют определенную роль в формировании галактик, которые мы видим сегодня, и поэтому имеет смысл, что их центральные черные дыры могут появиться и прокатиться вместе с галактиками. Интересно, что когда эти черные дыры сливаются, они посылают много энергии. Действие также испускает гравитационные волны, которые астрономы теперь могут измерить.

Если слияния являются ответом, то они обеспечивают частичное решение промежуточной проблемы черной дыры. В любом случае ответ пока не ясен. Намного больше работы нужно сделать, чтобы наблюдать и характеризовать галактики и их черные дыры.

Возвращаясь к научной фантастике и черным дырам, есть свойства, которые полностью смещают мысли, которыми пользовались авторы. Истории о путешествие быстрее света, межзвездное путешествие и путешествия во времени пронизывают научно-фантастические романы. Есть даже теории, что черные дыры являются воротами в альтернативные вселенные.

Так есть ли доказательства в поддержку какой-либо из этих идей? На самом деле, да, хотя только в очень экстремальных обстоятельствах. Идея использовать черные дыры в качестве червоточин, которые каким-то образом связывают нас с другой стороной вселенной, была известна десятилетиями. Это большая и фантастическая фантазия, которая, вероятно, не станет реальностью в ближайшее время.

Возможности были даже рассчитаны с использованием серьезной физики и общая теория относительности. Таким образом, теоретически, такие вещи могут произойти, как было показано в фильме 2014 года Interstellar. Физик, который работал с создателями фильма, выдвинул некоторые теоретические идеи, которые поддерживали фильм и работали с научной точки зрения. Однако требуемая технология по-прежнему недоступна, и необходимо соблюдать ряд особых условий. Но кто знает - большая часть технологий, которые люди используют для полетов сегодня, когда-то считалась невозможной.

• Сверхмассивные черные дыры существуют в сердцах многих галактик, включая Млечный Путь.
• Некоторые галактики, такие как Галактика Андромеды, могут иметь более одного из этих монстров.
• Когда галактики сливаются, их черные дыры тоже могут сливаться.
• Сверхмассивные черные дыры могут содержать до миллиардов звездных масс, спрятанных внутри.
• У нашего Млечного Пути есть сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А *

• Мохон, Ли. «Сверхмассивные черные дыры перерастают свои галактики». НАСАНАСА, 15 февраля 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Саплакоглу, Ясемин. «Обращаем внимание на то, как образовались сверхмассивные черные дыры». Ученый американец29 сентября 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• «Сверхмассивная черная дыра | КОСМОС «. Центр астрофизики и суперкомпьютинга, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive черная дыра.

Отредактировано и обновлено Кэролин Коллинз Петерсен.