Размеры черных дыр


Сверхмассивную черную дыру в галактике NGC 4889, которая принадлежит к сверхскоплению Волосы Вероники, американские астрономы обнаружили еще в 2011 году. Уже тогда ученые высказали предположение, что это самый тяжелый и крупный объект в видимой части Вселенной. Об этом свидетельствовал и окружающий пейзаж: NGC 4889 является по сути дела мертвой галактикой, поскольку ее черная дыра поглотила почти все запасы холодного газа, из которого образуются новые звезды.

Однако вычислить точные размеры гигантского образования удалось только сейчас. С помощью космического телескопа «Хаббл» ученые измеряли яркость, скорость и направление движения звезд, которые сохранились в окрестностях черной дыры. С помощью этих данных ученые определили, с какой силой дыра притягивала к себе звезды. А затем через силу вычислили вес объекта.

Он составил 21 миллиард солнечных масс. А диаметр дыры-рекордсменки — 130 миллиардов километров. Для сравнения среднее расстояние от Солнца до Плутона около 6 миллиардов километров. Значит в горизонте событий (это внешние границы черной дыры) могут совершенно спокойно уместиться 10 Солнечных систем, выстроенных по линии одна за другой.


Размеры супермассивной черной дыры потрясают. Для сравнения гравитационные волны, об открытии которых на прошлой неделе заявили астрофизики, были образованы слиянием двух черных дыр, масса которых лишь в 29 и 36 раз тяжелее Солнца.

Галактика NGC 4889 вместе со своей черной дырой находятся на расстоянии 335 миллионов световых лет от нашей планеты. Но есть похожие образования, хотя и менее масштабные, и поближе к Земле.

Согласно современным представлениям о Вселенной большие черные дыры находятся в центре большинства галактик. Есть такая штуковина и у нашей галактики Млечный Путь. Астрономы называют этот объект Стрелец А*. Можно сказать, что до него рукой подать, расстояние до «домашней» черной дыры составляет 26 тысяч световых лет. По сравнению с дырой-рекордсменкой, наша представляет собой изящную миниатюру. Ее масса – «всего» 3,7 миллиона масс. А диаметр около 7 миллиардов километров – около половины Солнечной системы.

Впрочем, пугаться этого соседства не стоит. Черные дыры не являются пожирателями галактик или планет. Они считаются обычными космическими объектами. Например, если бы вместо Солнца в центре нашей солнечной системы находилась черная дыра с аналогичной массой, то Земля продолжала спокойно вращаться по своей орбите – ее бы никуда не «засосало». Отличие черных дыр от других небесных тел в том, что они обладают очень сильной гравитацией.
пустим, если бы Земля стала черной дырой, то по своему размеру она была похожа на небольшой грецкий орех. А вся масса Солнца уместилась бы в шар диаметром 5 километров. Вернее, в этом случае надо говорить не «шар», а «горизонт событий». Астрофизики утверждают, что у черной дыры нет поверхности, в которую можно было бы «ткнуть пальцем». И чтобы попасть внутрь черной дыры надо очень сильно приблизиться к этой пограничной черте — горизонту событий.

Что находится внутри, мы представляем себе слабо. Предполагается, что гравитация там настолько сильна, что ни свет, ни любая другая материя не могут покинуть границы черной дыры. Все что попало за горизонт событий – пропадает навсегда.

Есть версия, что внутри сингулярности (это центр дыры, образованный предельным сжатием вещества) находится пространственно-временной тоннель, с помощью которого можно попасть в параллельную Вселенную. Но так это или нет, ученые не могут сказать наверняка. Их знания о черных дырах весьма скудны. Во многом это объясняется, тем, что сложно было изучать объект, который не испускает никаких сигналов. Существование черных дыр было известно лишь по их влиянию на другие объекты. Но теперь после открытия гравитационных волн должен произойти научный прорыв. Теперь доказано, что черные дыры являются источниками гравитационных волн, и процесс изучения этих таинственных объектов пойдет семимильными шагами.


Источник: www.kp.ru

Чёрная дыра́ — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света.

Граница этой области называется горизонтом событий, а её радиус (если она сферически симметрична) — гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически-симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда:

Существование чёрных дыр следует из точных решений уравнений Эйнштейна, первое из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1916 году. Сам термин был придуман Джоном Арчибальдом Уилером в конце 1967 года и впервые употреблён в работе [1]. Ранее подобные астрофизические объекты называли в англоязычной научной литературе «сколлапсировавшие звёзды» , а в русскоязычной — «застывшие звёзды» или «коллапсары» . Концепция массивного тела, гравитационное притяжение которого настолько велико, что скорость, необходимая для преодоления этого притяжения (вторая космическая скорость) равна или превышает скорость света впервые была высказана в 1784 году Джоном Мичеллом в письме, которое он послал в Королевское общество. Письмо содержало расчёт, из которого следовало, что для тела с радиусом в 500 солнечных радиусов и с плотностью Солнца вторая космическая скорость на его поверхности будет равна скорости света. Таким образом, свет не сможет покинуть это тело, и оно будет невидимым. Мичелл предположил, что в космосе может существовать множество таких недоступных наблюдению объектов.


1796 году Лаплас включил обсуждение этой идеи в свой труд «Exposition du Systeme du Monde», однако в последующих изданиях этот раздел был опущен. На протяжении XIX века идея тел, невидимых вследствие своей массивности, не вызывала большого интереса у учёных. Это было связано с тем, что в рамках классической физики скорость света не имеет фундаментального значения. Однако в конце XIX — начале XX вв. было установлено, что сформулированные Дж. Максвеллом законы электродинамики, с одной стороны, выполняются во всех инерциальных системах отсчёта, а с другой стороны, не обладают инвариантностью относительно преобразований Галилея. Это означало, что сложившиеся в физике представления о характере перехода от одной инерциальной системы отсчёта к другой нуждаются в значительной корректировке.

В ходе дальнейшей разработки электродинамики Г. Лоренцем была предложена новая система преобразований пространственно-временных координат (известных сегодня как преобразования Лоренца) , относительно которых уравнения Максвелла оставались инвариантными. Развивая идеи Лоренца, А. Пуанкаре предположил, что все прочие физические законы также инвариантны относительно этих преобразований.

В 1905 А. Эйнштейн использовал концепции Лоренца и Пуанкаре в своей специальной теории относительности (СТО) , в которой роль закона преобразования инерциальных систем отсчёта окончательно перешла от преобразований Галилея к преобразованиям Лоренца. Классическая (галилеевски-инвариантная) механика была при этом заменена на новую, лоренц-инвариантную релятивистскую механику. В рамках последней скорость света оказалась предельной скоростью, которую может развить физическое тело, что радикально изменило положение чёрных дыр в теоретической физике.


Однако ньютоновская теория тяготения (на которой базировалась первоначальная теория чёрных дыр) не является лоренц-инвариантной. Поэтому она не может быть применена к телам, движущимся с околосветовыми и световыми скоростями. Лишённая этого недостатка релятивистская теория тяготения была создана, в основном, А. Эйнштейном (сформулировавшим её окончательно к концу 1915 года) и получила название общей теории относительности (ОТО) . Именно на ней и основывается современная теория чёрных дыр.

По своему характеру ОТО является геометрической теорией. Она предполагает, что гравитационное поле представляет собой проявление искривления пространства-времени (которое, таким образом, оказывается псевдоримановым, а не псевдоевклидовым, как

Источник: otvet.mail.ru

Размеры черных дыр

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

Размеры черных дыр

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

Размеры черных дыр
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

Размеры черных дыр

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

Размеры черных дыр

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


Размеры черных дыр

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

Размеры черных дыр

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

Размеры черных дыр

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

Размеры черных дыр

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: new-science.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.