Потрясающая анимация НАСА раскрывает чудовищные масштабы черных дыр

НАСА выпустило новую анимацию, чтобы дать вам истинное представление о пространстве, в котором доминирует сверхмассивная черная дыра.

Это чудовища Вселенной; колоссы, находящиеся в центрах галактик; гравитационные сердца, вокруг которых вращаются звезды в орбитальном танце, измеряемом эонами. Они начинаются примерно в 100 000 раз больше массы Солнца, на нижнем конце шкалы, и могут достигать десятков миллиардов солнечных масс максимально.

Все эти абстрактные числа хороши, но это трудно представить, насколько огромны эти вещи на самом деле. И это одна из больших загадок Вселенной: хотя у нас есть некоторые идеи, мы просто не знаем, как они к этому пришли.

«Прямые измерения, многие из которых сделаны с помощью Космического телескопа Хаббла. Телескоп, подтвердите наличие более 100 сверхмассивных черных дыр», — говорит астрофизик-теоретик Джереми Шнитман из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. «Как они становятся такими большими? Когда галактики сталкиваются, их центральные черные дыры в конечном итоге тоже могут сливаться».

На самом деле сами черные дыры могут быть совсем не очень большими. Черные дыры — самые плотные из известных нам объектов во Вселенной. Они настолько компактны, что мы можем только математически описать их как сингулярность — одномерную точку бесконечной плотности. Их плотность настолько велика, что пространство-время становится гравитационно искривленным, превращаясь в замкнутую сферу вокруг них. Внутри этой сферы даже свет не имеет достаточной скорости, чтобы покинуть ее.

Это то, что мы имеем в виду, когда говорим о размерах черной дыры, ее границе, известной как горизонт событий. Чем массивнее черная дыра, тем больше радиус сферы, определяемый горизонтом событий, известный как радиус Шварцшильда. Если бы Солнце было, например, черной дырой, его радиус Шварцшильда был бы всего 2,95 км (1,8 мили).

Насколько нам известно, масса самых маленьких черных дыр примерно в пять раз превышает массу Солнца. Массивная звезда в конце своей жизни. Это черные дыры звездной массы.

Верхний предел черных дыр звездной массы примерно в 65 раз превышает массу Солнца, потому что чрезвычайно массивные звезды-предшественники, которые должны были произвести эти более крупные объекты, заканчивают свою жизнь в паре. -нестабильная сверхновая, которая полностью уничтожает ядро, не оставляя после себя ничего, что могло бы коллапсировать в черную дыру.

Однако мы видели черные дыры со звездной массой, более массивные, чем 65 масс Солнца. Они могут образовываться при столкновении и слиянии черных дыр, в результате чего образуется объект с объединенной массой. Но то, как мы перейдем от них к сверхмассивным и ультрамассивным черным дырам, — это большая пустота. В буквальном смысле. Существует любопытная нехватка обнаруженных черных дыр в диапазоне масс между черными дырами звездной массы и сверхмассивными.

Но сверхмассивные черные дыры также имеют огромный диапазон. Новая анимация НАСА представляет собой довольно ошеломляющий взгляд на этот диапазон, начиная с черной дыры в карликовой галактике под названием J1601+3113, в которой находится черная дыра массой около 100 000 масс Солнца. Это дало бы ему радиус Шварцшильда чуть меньше половины размера Солнца. Тень черной дыры распространяется на пространство вокруг горизонта событий, образуя более темную область примерно в два раза больше ее размера, а это означает, что на видео эта тень кажется примерно такого же размера, как Солнце.

Мы также видим сверхмассивную черную дыру в центре нашей собственной галактики, Стрелец A*, с массой около 4,3 миллиона солнечных. Есть также M87*, первая из когда-либо обнаруженных черных дыр, масса которой намного больше — 5,37 миллиарда масс Солнца.

Есть также две черные дыры, которые висят в центре одной и той же галактики, NGC 7727. Когда-то когда-то NGC 7727 состояла из двух галактик. Соединившись, две черные дыры в галактических ядрах, имеющие соответственно 154 миллиона и 6,3 миллиона масс Солнца, опустились в центр вновь объединенной галактики, где однажды они тоже сольются.

Эти черные дыры — важная подсказка, которая, по мнению астрономов, указывает нам на то, как растут сверхмассивные черные дыры, и их слияния должны вызывать гравитационные волны. Однако частота этих слияний слишком мала, чтобы наши современные инструменты могли их обнаружить.

Одна из самых больших черных дыр, известных нам во Вселенной, — это чудовище, известное как TON-618. В 2004 году ученые измерили его массу до колоссальных 66 миллиардов солнечных масс. Теоретический верхний предел массы черных дыр составляет около 50 миллиардов солнечных масс, но Вселенная довольно хорошо опровергает теоретические предсказания.

При такой массе черная дыра будет иметь радиус Шварцшильда более 1300 астрономических единиц. . Для контекста, Плутон имеет орбиту, которая находится примерно в 40 астрономических единицах от Солнца. Эта штука поглотила бы Солнечную систему сотни раз.

К счастью, она очень далеко; возраст его света оценивается в 10,8 миллиарда лет, так что он не будет прятаться и поглощать наш уголок космоса. Мы думаем, что говорим от имени всех, когда громко говорим: «Уф».