NASA випустило нову анімацію, щоб дати вам справжнє уявлення про простір, у якому панує надмасивна чорна діра. Це бегемоти Всесвіту; колоси, що знаходяться в центрах галактик; гравітаційні серця, навколо яких кружляють зірки в орбітальному танці, що вимірюється еонами. Вони починаються приблизно в 100 000 разів більші за масу Сонця, на нижньому кінці шкали, і можуть досягати максимум десятків мільярдів сонячних мас.
Ці абстрактні цифри — це добре, але важко уявити, наскільки ці речі насправді величезні. І це одна з найбільших загадок Всесвіту: хоча у нас є деякі ідеї, ми просто не знаємо, як вони виникли.
«Прямі вимірювання, багато з яких зроблено за допомогою космічного телескопа Хаббла, підтверджують наявність понад 100 надмасивних чорних дір », — каже астрофізик-теоретик Джеремі Шнітман з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA. «Як вони стають такими великими? Коли галактики стикаються, їхні центральні чорні діри зрештою також можуть злитися».
Насправді самі чорні діри можуть бути зовсім не дуже великими. Чорні діри – найщільніші об’єкти, які ми знаємо у Всесвіті. Вони настільки компактні, що ми можемо лише математично описати їх як сингулярність – одновимірну точку нескінченної щільності. Їхня щільність настільки надзвичайна, що простір-час гравітаційно деформується в те, що є фактично закритою сферою навколо них. У цій сфері навіть світло не має достатньої швидкості, щоб вирватися.
Це те, що ми маємо на увазі, коли говоримо про розміри чорної діри, її межі, відомі як горизонт подій. Чим масивніша чорна діра, тим більший радіус сфери, визначений горизонтом подій, відомий як радіус Шварцшильда. Наприклад, якби Сонце було чорною дірою, його радіус Шварцшильда становив би лише 2,95 кілометра (1,8 милі).
Наскільки нам відомо, найменші чорні діри мають масу приблизно в п’ять разів більшу за масу Сонця, тобто об’єкти, які утворилися з колапсу ядра масивної зірки наприкінці її життя. Це чорні діри зоряної маси.
Зоряна маса чорної діри має верхню межу приблизно в 65 разів більшу за масу Сонця, тому що надзвичайно великі зірки-попередники, які створили б ці більші об’єкти, закінчують своє життя спалахом парної нестабільної наднової, яка повністю знищує ядро, не залишаючи нічого для колапсу.
Однак ми бачили чорні діри зіркової маси, масивніші за 65 сонячних мас. Вони можуть утворюватися, коли чорні діри стикаються та зливаються, у результаті чого утворюється об’єкт зі спільною масою. Але шлях від них до надмасивних і надмасивних чорних дір — це великий порожній простір. Цілком буквально. Існує дивна нестача виявлених чорних дір у діапазоні мас між чорними дірами зіркової маси та надмасивними.
Але надмасивні чорні діри також мають величезний діапазон. Нова анімація NASA є досить приголомшливим поглядом на цей діапазон, починаючи з чорної діри в карликовій галактиці під назвою J1601+3113, яка містить чорну діру приблизно в 100 000 мас Сонця. Це дасть йому радіус Шварцшильда трохи менше половини розміру Сонця. Тінь від чорної діри поширюється на простір навколо горизонту подій, утворюючи темнішу область приблизно вдвічі більше, що означає, що на відео ця тінь виглядає приблизно такого ж розміру, як Сонце.
Ми також бачимо надмасивну чорну діру в центрі нашої власної галактики, Стрілець A* , із тактовою частотою близько 4,3 мільйона сонячних мас. Є також M87*, перша в історії чорна діра, яка має набагато більшу масу – 5,37 мільярда Сонць.
Є також дві чорні діри, які висять у центрі однієї галактики, NGC 7727. Колись NGC 7727 була двома галактиками. Зійшовши разом, дві чорні діри в галактичних ядрах — з тактовою частотою 154 мільйони і 6,3 мільйони сонячних мас відповідно — затонули в центр щойно об’єднаної галактики, де одного дня вони також зіллються.
Ці чорні діри є великою підказкою, яка, на думку астрономів, говорить нам про один із шляхів росту надмасивних чорних дір, а їхнє злиття має породжувати гравітаційні хвилі. Однак частота цих злиттів надто низька, щоб наші поточні інструменти могли виявити.
Однією з найбільших відомих нам чорних дір у Всесвіті є звір, відомий як TON-618. У 2004 році вчені виміряли його масу до колосальних 66 мільярдів сонячних мас. Одна теоретична верхня межа маси для чорних дір становить близько 50 мільярдів сонячних мас, але Всесвіт досить добре кидає виклик теоретичним прогнозам.
При такій масі чорна діра мала б радіус Шварцшильда понад 1300 астрономічних одиниць. Для контексту, орбіта Плутона розташована на відстані близько 40 астрономічних одиниць від Сонця. Ця штука поглине Сонячну систему сотні разів. На щастя, це дуже далеко; Вік його світла оцінюється в 10,8 мільярдів років, тому він не буде ховатися, щоб поглинути наш куточок космосу.
