Это огромный сюрприз, и он появляется в самых неожиданных местах!
«Вы не можете, по человеческому опыту, устремляться к свету. Вы должны пройти через сумерки в расширяющийся день, прежде чем наступит полдень и солнце осветит ландшафт». - Вудро Вильсон
Мы знаем, как образуется большинство черных дыр во Вселенной: в результате гибели очень массивных звезд (возможно, в 20 раз больше массы нашего Солнца и выше), что приводит к возникновению черных дыр, возможно, в три раза превышающих массу нашего Солнца. и вверх. Эти звезды сжигают свое топливо в своем ядре быстрее, чем все другие звезды - всего за несколько миллионов лет - и когда ядро больше не может гореть дальше, они коллапсируют. И ничто внутри, ни атомы, ни ядра, ни даже кварки и глюоны, не могут противостоять гравитационному коллапсу, если внутри достаточно массы!
К тому времени, когда масса звезды достигает примерно 100 масс Солнца или около того, внутри начинают происходить действительно странные вещи. В частности, самое внутреннее ядро звезды становится настолько горячим, что значительная часть находящихся там фотонов достигает энергии выше 511 кэВ, что является очень важным энергетическим порогом. В частности, она достаточно высока, чтобы два фотона, сталкиваясь друг с другом, могли спонтанно создавать электрон-позитронные пары!
В нормальной звезде внешнее давление давления и внутреннее притяжение гравитации уравновешивают друг друга, поддерживая звезду. Но это давление в основном создается фотонами, движущимися со скоростью света, и если эти фотоны внезапно спонтанно превращаются в (более медленно движущиеся) частицы материи и антиматерии, это давление будет drop, и он может катастрофически упасть.
В зависимости от массы звезды, все это может испытать безудержную реакцию синтеза, уничтожив всю звезду, или, для самых массивных звезд, огромная частьэтой массы может рухнуть в черную дыру! Это то, что мы ожидаем, заметьте, для ряда звезд в ближайшем к нам сверхмассивном звездном скоплении: R136 в туманности Тарантул.
Вселенная существует уже давно, и у нее было много возможностей для создания больших сверхмассивных звезд, которые живут, умирают и становятся черными дырами. В частности, в центрах галактик эти черные дыры имеют возможность сливаться и накапливаться. В результате со временем в большинстве галактик появляются сверхмассивные черные дыры, в том числе и в нашей собственной, у которой есть одна с массой в несколько миллионов солнц четыре миллиона солнц Мы можем измерить это почти напрямую, для нашей собственной галактики, наблюдая, как несколько хорошо идентифицированных звезд вращаются вокруг точки, из которой не излучается свет, но для существования этих орбит требуется масса в 4 000 000 Солнц!
Вы должны помнить, что в нашей галактике от 200 до 400 миллиардов звезд, а это означает, что наша черная дыра составляет около 0,1% от общей массы нашей галактики. Это небольшая доля, но огромная число, объективно. Теперь учтите, что наша галактика едва ли является одной из самых больших, а наша черная дыра на самом деле находится на меньшем конце сверхмассивной шкалы.
Там есть огромные галактические гиганты, и самый большой из них, относительно близкий к нам, - это Мессье 87, гигантская галактика в центре скопления Девы!
Это самая большая из близких к нам галактик с массой примерно в 200 раз больше нашей собственной. Вы можете подумать, что это странно, что из этого выходит «линия». Насколько мы можем судить, это релятивистская струя материи длиной около 5000 световых лет, выбрасываемая центром галактики! Единственное, что мы знаем о том, что может совершить такой подвиг, - это сверхмассивная черная дыра, и она намного больше, чем наша галактика.
На самом деле, если мы хотим измерить массу этой черной дыры, лучше всего смотреть в рентгеновском диапазоне вместе с Чандрой.
Последние измерения показывают, что здесь находится сверхмассивная черная дыра массой 6,6 миллиарда солнечной массы, феноменальное число и еще раз масса это в 1500 раз больше, чем центральный гигант нашего Млечного Пути! Мы можем подтвердить это, изучив выбросы по радио с VLA.
Что наиболее примечательно (для меня), так это то, что предыдущая наилучшая оценка массы центральной черной дыры была получена путем измерения вспышек в центре M87, и это дало нам оценку массы черной дыры в 6,4 миллиарда Солнц.. Другими словами, мы действительно понимаем, что здесь происходит!
Прежде чем вы подумаете, что Мессье 87 - это какая-то сумасшедшая аномалия, позвольте мне показать вам широкоугольный вид большой части скопления Девы.
В дополнение к M87 в той же окрестности космоса есть ряд других гигантских эллиптических галактик, включая M84, M49 и M60, каждая из которых имеет черные дыры, превышающие миллиард солнечных масс. В целом - хотя есть некоторые вариации - эллиптические и линзообразные галактики, как полагают, образуются в результате повторяющихся крупных слияний спиралей, их центральные черные дыры в конечном итоге сливаются, и та же приблизительная цифра 0,1% общей массы галактики можно найти в центральной черной дыре.
Итак, вы можете подумать, что если вам нужна черная дыра с самой большой возможной массой, вы должны искать галактику с самой большой из возможных масс. Что ж, можно попробовать!
Это скопление галактик Abell 2029, расположенное на расстоянии 1,07 миллиарда световых лет, или примерно в 20 раз дальше, чем скопление Девы. В центре этого находится самая большая известная галактика во Вселенной: IC 1101. Это галактика, которая простирается на 2 миллиона световых лет от своего центрального ядра. в своем наибольшем направлении, во много раз превышающем размер Мессье 87 и обладающую самой большой известной массой среди всех галактик во Вселенной. На самом деле, его протяженность почти в два раза превышает расстояние, отделяющее Млечный Путь от Андромеды! Включая темную материю, она имеет 100 триллионов солнечных масс, или почти массу всего скопления Девы вместе взятого.(Если вы выполните поиск изображений в Google по размеру этой галактики, вы найдете несколько ужасно диких преувеличений этой галактики; будьте осторожны.)
А как же его черная дыра?
Если бы мы только знали; он слишком далеко, недостаточно активен, и наше нынешнее космическое оборудование недостаточно хорошо для измерения параметров, которые мы обычно измеряем с достаточной точностью. Возможно когда-нибудь! И если бы мне пришлось поспорить, я бы предположил, что именно здесь в настоящее время находится самая большая черная дыра в известной Вселенной.
Это была бы умная ставка, но я также не удивлюсь, если бы я был совершенно неправ на этот счет, и причина, по которой вы удивитесь!
Это скопление Персея, гораздо менее впечатляющее скопление галактик, чем Abell 2029. Большая активная галактика в центре абсолютно впечатляющая, но выделенная галактика очень неопределима: NGC 1277. Это скопление галактик находится относительно близко - на расстоянии немногим более 200 миллионов световых лет - и NGC 1277 очень типична для этого, на расстоянии 220 миллионов световых лет. Это не самая большая галактика, не самая эллиптическая, не самая массивная, не самая яркая. На самом деле, судя по находящимся там звездам, общая масса которых составляет около 120 миллиардов солнечных масс, это даже немного меньше, чем Млечный Путь!
Но если вы можете пространственно разрешить газ в ядре галактики (а это достаточно близко для нас, чтобы сделать это), вы можете измерить, как он движется, кинематически. Чем быстрее увеличивается скорость по мере вашего приближения, тем лучше вы можете реконструировать, какой должна быть его центральная масса - сконденсированная до точки - . (Подробнее здесь.)
Для этой галактики в центре должна быть черная дыра с ошеломляющей 17 миллиардами масс Солнца, или колоссальными 14% звездная масса галактики! Это беспрецедентное число; это не только самая массивная черная дыра, которую мы когда-либо находили, но и самое большое отношение массы черной дыры к массе галактики-хозяина, которое мы когда-либо видели! Есть и другие галактики с очень необычно большими отношениями - NGC 4486B и Henize 2-10 - , но это галактики меньшего размера.
Конечно, возможно, что самая большая галактика во Вселенной содержит самую большую черную дыру, но также возможно, что рекордсменом окажется неописуемая линзовидная галактика, которая просто имеет огромная черная дыра по причинам, которые мы до конца не понимаем!
С другой стороны - в пределах лучших погрешностей наших измерительных возможностей - есть еще один кандидат на звание крупнейшей черной дыры в известной Вселенной, и он сильно отличается от NGC 1277.
Видите выделенную выше точку света? Он известен как OJ 287, и это особый класс объектов, известный как Блазар, который представляет собой компактный внегалактический источник радиоизлучения, являющийся одним из самых энергичных объектов во Вселенной. Это особый тип квазара - активная галактика - , одна из мощных струй которой направлена прямо на нас!
Теперь вы должны вспомнить, как в целом работают такие объекты, как активные галактики: это сверхмассивные черные дыры, которые пируют на таких материалах, как звезды, газ и другие космические явления. Поскольку они разрывают структуры под действием гравитации и невероятно сильно ускоряют их, они очень грязные едоки. Хотя это один из основных способов роста черных дыр, это также основной способ, с помощью которого Вселенная предупреждает нас об их присутствии!
Яркость этого объекта меняется периодически - с периодом 11-12 лет - и испускает вспышки с узким двойным пиком, связанным с его максимальной яркостью. Его можно эффектно наблюдать как в радио, так и в рентгеновском излучении, и то, что мы находим, согласуется не только с существованием центральной сверхмассивной черной дыры необычайной величины, но и с другой, меньшей сверхмассивной черной дырой, на близкой орбите вокруг нее..
На расстоянии около 3,5 миллиардов световых лет эта галактика, по оценкам, содержит самую большую черную дыру, известную в настоящее время, массой 18 миллиардов масс Солнца (Хотя полосы погрешностей для этого и для NGC 1277 существенно перекрываются.) Но самая захватывающая часть этой галактики - и почему мы можем так много узнать о ее центральной области - , заключается в том, что есть черная дыра массой 100 миллионов солнечных (это в 25 раз больше, чем в ядре Млечного Пути), которая вращается вокруг еще большего!
С орбитой, которая более чем в 300 раз превышает орбиту Плутона вокруг Солнца, которая завершается всего за 12 лет, эта система - , если мы ее моделируем правильно - , обеспечит одно из величайших испытаний Общего Относительность всех времен. В то время как эллипс, который описывает орбита Меркурия вокруг Солнца, прецессирует со скоростью 43″ за столетие из-за релятивистских эффектов (где 1° равен 3600″), эта меньшая черная дыра должна прецессировать со скоростью 39. °-на орбиту, и должен вдохнуть в большую орбиту всего за несколько тысяч лет!
И эти две галактики, близкая (и маленькая) NGC 1277 и ультрадалекая OJ 287, содержат то, что мы знаем как самые большие черные дыры во Вселенной. Наверняка есть и более крупные, но нам потребуются и удачные конфигурации, и время - и более качественное радио- и рентгеновское телескопическое оборудование - , чтобы помочь нам найти их!
Update:NGC 1277, соседней маленькой галактики, над которой Ремко ван ден Бош проделал такую выдающуюся работу, связано с видео с ним, на который указал мне сам ван ден Бош! Посмотрите наслаждайтесь!