Сверхмассивные чёрные дыры

Чёрной дырой называют область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не может даже свет. Разросшиеся до гигантских размером чёрные дыры образуют ядра большинства галактик. Сверхмассивная чёрная дыра — это чёрная дыра с массой около 105—1010 масс Солнца. По состоянию на 2014 год сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая наш Млечный Путь.

Самая тяжёлая сверхмассивная чёрная дыра за пределами нашей галактики находится в галактике в гигантской эллиптической галактики NGC 4889 в созвездии Волосы Вероники. Её масса — около 21 млрд солнечных масс!

На этом снимке — галактика NGC 4889 находится в центре. Где-то там притаился тот самый гигант.

Общепринятой теории образования чёрных дыр такой массы ещё нет. Существует несколько гипотез, наиболее очевидной из которых является гипотеза, описывающая постепенное наращивание массы чёрной дыры путём гравитационного притяжения материи (обычно газа) из космического окружающего пространства. Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме.

Спиральная галактика NGC 4845 (тип Sa) в созвездии Дева, находящаяся на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли. В центре галактики находится сверхмассивная чёрная дыра с массой около 230 000 солнечных масс.

Космическая обсерватория Chandra (Chandra X-ray Observatory, NASA) не так давно предоставила доказательства о том, что многие сверхмассивные черные дыры вращаются с огромной скоростью. Измеренная скорость вращения одной из черных дыр — 3.5 трлн. миль/час — это примерно половина скорости света, а её невероятная гравитация тянет за собой окружающее пространство на много миллионов километров.

Спиральная галактика NGC 1097 в созвездии Печь. В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая в 100 миллионов раз тяжелее нашего Солнца. Она засасывает в себя любую материю в окру́ге.

Мощнейший квазар в галактике Маркарян 231 может получать энергию от двух расположенных в центре черных дыр, которые кружатся вокруг друг друга. Согласно подсчетам ученых, масса центральной черной дыры превышает солнечную массу в 150 миллионов раз, масса черной дыры-спутника больше солнечной в 4 миллиона раз. Этот динамический дуэт поглощает галактическую материю и вырабатывает огромное количество энергии, вызывающее сияние в центре галактики, способное затмить сияние миллиардов звезд.

Квазары — самые яркие источники во Вселенной, свет которых ярче чем сияние их галактик. Есть гипотеза, что квазары представляют собой ядра далеких галактик на стадии необычно высокой активности. Квазара в центре галактики Маркарян 231 — это самый близкий к нам подобный объект и проявляет себя как компактный радиоисточник. Ученые оценивают его возраст всего в миллион лет. 

Гигантская эллиптическая галактика M60 и спиральная галактика NGC 4647 выглядят очень странной парой. Они обе находятся в созвездии Дева. Яркая M60, находящаяся на расстоянии около 54 миллионов световых лет от нас, имеет простую форму яйца, которая создаётся беспорядочно роящимися старыми звёздами. NGC 4647 (вверху справа), напротив, состоит из молодых голубых звёзд, газа и пыли, которые расположены в закрученных рукавах плоского вращающегося диска.

В центре М60 находится сверхмассивная черная дыра, имеющая 4,5 млрд солнечных масс.

Джеты далекой черной дыры показались в свечении ранней Вселенной

Рентгеновская обсерватория NASA "Чандра" обнаружила мощный джет, посланный черной дырой, когда возраст Вселенной составлял всего 2,7 млрд лет. В тот период жизни ранней Вселенной формировались сверхмассивные черные дыры, выбрасывающие мощные струи джетов в пространство.

При помощи космического телескопа "Чандра", просматривающего космос в рентгеновском диапазоне, ученым NASA удалось рассмотреть джет сверхмассивной черной дыры, которая выпустила струю материи в пространство на заре формирования Вселенной. На тот момент Вселенная прожила всего пятую часть ее современного возраста, хотя остаточное излучение было достаточно интенсивным, сообщается в официальном пресс-релизе NASA.

Джет был замечен на удалении как минимум в 300 тысяч световых лет от Земли, данное излучение является одним из старейших, которое когда-либо могли наблюдать земные телескопы. В настоящий момент астрофизики продолжают исследовать процесс излучения джетами х-лучей, однако понятно ученым одно, что струи электронов путешествуют со скоростью света за сотни тысяч световых лет, чтобы донести до Земли свет далекой черной дыры.

В первые несколько миллиардов лет после Большого взрыва Вселенная была наполнена космическим микроволновым фоновым излучением большей интенсивности, чем сегодня. Обычно реликтовое излучение удается поймать только радиотелескопом, отмечают ученые. Изучение подобных реликтовых джетов может рассказать ученым о процессе эволюции черных дыр за миллиарды лет пути.

Астрофизики вычислили параметры величайшей черной дыры

С помощью орбитальных и наземных телескопов, включая космический телескоп «Хаббл», ученым удалось произвести точные замеры так называемого горизонта событий центральной черной дыры в эллиптической галактике NGC 4889.

Как сообщается на сайте «Хаббла», используя это устройство, ученые смогли определить пределы горизонта событий самой крупной черной дыры из известных в настоящее время науке, то есть фактически — вычислить ее диаметр.

Принято считать, что многие массивные галактики содержат в центральной части минимум одну сверхмассивную черную дыру. Пока остается загадкой, вследствие чего они образуются. На основе наблюдений за окружающим дыры искривленным пространством можно сделать вывод, что их масса обычно колеблется от миллиона до нескольких миллиардов масс Солнца.

Прежде звание крупнейшей черной дыры принадлежало центральному объекту галактики М87, входящей в созвездие Девы и удаленной от Земли на 53 миллиона световых лет. Теперь ее показатели побила черная дыра, принадлежащая галактике NGC 4889 из созвездия Волосы Вероники. Эта галактика расположена на расстоянии около 335 миллионов световых лет от Земли. По предыдущим данным, возможная масса черной дыры варьировалась от 9,8 миллиарда солнечных масс до 27 миллиардов. Препятствием при измерении массы является текущее «мертвое» состояние галактики NGC 4889. Причиной этого стало уничтожение черной дырой всех запасов холодного газа, служащего материалом для образования новых звезд. В настоящее время она «простаивает без дела», почти не захватывая космического вещества и не выделяя излучений в виде раскаленных частиц плазмы.

Последние замеры, осуществленные с применением «Хаббла» и комплекса других телескопов, дали возможность вычислить расположение горизонта событий этого объекта — участка сферы, в котором сосредоточена гравитационная мощь черной дыры. Пересекая его, материя и свет навсегда поглощаются. Диаметр сферы, именуемый физиками как «шварцшильдовский», это и есть, по сути, аналогичный параметр черной дыры, который позволяет точнее определить ее массу.

Судя по результатам исследования, данный объект действительно обладает гигантскими размерами: за границами ее горизонта без труда разместился бы десяток Солнечных систем, следующих одна за другой. Диаметр черной дыры равен 130 миллиардам километров. Для примера, черные дыры, которые породили недавно обнаруженные гравитационные волны, имели диаметр около 200 километров. Исходя из этого показателя, черная дыра обладает массой 21 миллиард солнечных масс, что чуть ниже максимальных предполагаемых ранее значений. Но все же это не исключает, что галактика NGC 4889 хранит в себе одну из самых огромных черных дыр.

Ученые создали аналог черной дыры

Исследователи из Гарвардского университета и компании Raytheon BBN Technology обнаружили, что заряженные частицы, обеспечивающие перенос электрического заряда по поверхности графена высокой степени чистоты, ведут себя подобно жидкости, обладающей некоторыми релятивистскими свойствами.

Данное открытие может привести к появлению новых технологий эффективного преобразования тепла в электрическую энергию и к более экзотическим вещам, к примеру, чипов, на поверхности которых можно смоделировать некоторые аспекты поведения сверхновых звезд, черных дыр и других астрономических объектов.

Известно, что графен является очень легким и прочным материалом, он имеет высокие показатели электрической и тепловой проводимости, он одновременно и прочен и гибок. Столь уникальный набор характеристик этого материала позволяет рассматривать его в качестве альтернативной замены кремнию в электронике или литию в аккумуляторных батареях. Кроме этого, тросы для первого космического лифта, когда он будет построен, могут быть изготовлены из графена или его ближайшего "родственника" - углеродных нанотрубок.

Исследователи, возглавляемые профессором Филипом Кимом (Prof. Philip Kim), нашли еще один способ получения высококачественных листов графена и использовали это для обнаружения еще одного примечательного свойства этого материала. Они выяснили, что при некоторых условиях частицы, переносящие электрический заряд по поверхности графена, ведут себя больше как жидкость, вместо того, чтобы отталкиваться друг от друга, эти частицы сталкиваются между собой триллионы раз в секунду.

Группа профессора Кима изолировала единственный слой графена, защитив его с обеих сторон слоями нитрида бора, прозрачного кристаллического материала, известного под названием "белый графен" из-за его подобных свойств и атомарного строения. Специально оставленные без защитного слоя концы листа графена были покрыты ионизированными заряженными частицами и, благодаря этому, ученым удалось наблюдать воочию за процессами движения электрических зарядов, которые возникали под воздействием приложенного извне электрического потенциала и потоков тепла.

Когда большинство из материалов подвергается воздействию электрического поля, отрицательно заряженные электроны и их антиподы, электронные дыры, движутся в противоположных направлениях. Однако, при некоторых условиях, к примеру, под воздействием тепла из внешнего источника, эти носители отрицательного и положительного зарядов начинают двигаться в одном направлении. Но в любом случае заряженные частицы в нормальных условиях практически не взаимодействуют друг с другом.

Однако, двухмерная природа и сотовидная структура графена высокой чистоты вынуждают заряженные частицы двигаться в одном и том же направлении, сталкиваясь между собой с большой частотой, формируя нечто вроде сильно взаимодействующей квазирелятивистской плазмы, известной под названием жидкости Дирака. "Физика, которую мы обнаружили, изучая черные дыры и теорию суперструн, была найдена и на поверхности графена" - рассказывает Эндрю Лукас (Andrew Lucas), один из исследователей, - "Это является первым образцом релятивистской гидродинамической системы в металлическом материале".

Обнаруженные на графене эффекты релятивистской гидродинамики могут быть использованы для создания чипов, работающих на несколько отличающихся от традиционной электроники принципах. Это, в свою очередь, позволит не только обеспечить высочайшее быстродействие этих чипов. Эти чипы могут быть использованы в качестве испытательных средств для экспериментов, раскрывающих суть сложных квантовых явлений, проявления которых до этого времени были найдены лишь в некоторых видах астрономических объектов.

Хаббл помог «рассмотреть» одну из самых больших черных дыр

Космический телескоп Хаббл дал астрономам возможность подробно рассмотреть галактику, внутри которой находится сверхмассивная черная дыра. Огромная черная дыра в галактике NGC 4889 – одна из нескольких в скоплении.

 Специалисты НАСА заявляют, что почти в каждой галактике в центре есть такие черные дыры «массой больше 1 миллиона солнц». Черная дыра в NGC 4889 достигает 130 миллиардов километров в диаметре, но увидеть ее на фото невозможно. И все же ученым удалось измерить ее габариты благодаря данным о скорости звезд, которые движутся вокруг нее. Ученые говорят, что эта черная дыра – одна из самых больших из всех известных сегодня. 

Ученые говорят, что этот объект разрушает гипотезу о том, что черные дыры всегда поглощают окружающую материю. Эта «заморожена» в течение миллиардов лет – вокруг нее спокойно формируются звезды из оставшегося от ее деятельности газа. Орбиты звезд вокруг черной дыры не нарушаются. Впрочем, столкновение с другой галактикой может «реактивировать» ее, считает Роланд ван дер Марел (Roeland van der Marel), глава миссии WFIRST, части проекта Хаббл в Балтиморе.