Гіганти порожнечі – 7 найнадмасивніших чорних дір Усесвіту (9 фото)

Чорні діри – одні з найзагадковіших об'єктів Усесвіту. Вони утворюються внаслідок загибелі масивних зір. Коли зоря добігає кінця свого життєвого циклу, вона колапсує під дією власної гравітації, спричиняючи вибух наднової. Ядро зорі продовжує стискатися, стаючи дедалі важчим та щільнішим, аж поки не залишається лише сингулярність – нескінченно мала точка з нескінченною щільністю, тобто чорна діра.





Чорні діри бувають кількох типів, залежно від зорі, з якої вони утворилися:

Чорні діри зоряної маси (ЧДЗМ) – виникають унаслідок загибелі масивних зір. Їхня маса коливається від 3 до 100 мас Сонця (приблизно 1,99×10 у 30-му ступені кг).

Чорні діри проміжної маси (ЧДПМ) – ці об'єкти вивчені погано; вважається, що вони утворюються внаслідок злиття чорних дір зоряної маси. Їхня маса варіюється від 100 до 1000 мас Сонця.

Надмасивні чорні діри (НМЧД) – розташовані в центрі майже кожної галактики. Їхня маса варіюється від мільйонів до сотень мільярдів мас Сонця.

Розгляньмо сім найбільших чорних дір у Всесвіті, кожна з яких має свої унікальні характеристики. Ця добірка впорядкована за їхньою масою (у перерахунку на масу нашого Сонця).

1. Phoenix A (Фенікс А)

Маса: 100 млрд мас Сонця

Розташування: скупчення Фенікса



Скупчення Фенікса – це масивне скупчення з тисяч галактик, пов'язаних гравітацією. Це робить його одним із найбільших відомих людству скупчень галактик.

У центрі цього скупчення лежить Phoenix A (Фенікс А) – центральна галактика, що містить активне галактичне ядро (АГЯ). Відомо, що надмасивні чорні діри «живлять» АГЯ та відіграють ключову роль у формуванні та еволюції галактик.

Надмасивна чорна діра в центрі Phoenix A має вирішальне значення для активности АГЯ. За теоретичними моделями, її маса сягає 100 млрд мас Сонця. Це означає, що вона може бути найбільшою серед усіх відомих на сьогодні чорних дір.

Її довжина кола настільки величезна, що для її подолання знадобиться 71 день і 14 годин – і це за руху зі швидкістю світла (299 792 км/с)!

Шварцшильдівський діаметр її горизонту подій становить приблизно 590,5 млрд км – цього з запасом достатньо, щоб затьмарити всю нашу Сонячну систему. Шварцшильдівський діаметр визначає теоретичну межу навколо чорної діри, що не обертається, звідки ніщо не може вирватися.

2. IC 1101

Маса: 40–100 млрд мас Сонця

Розташування: скупчення галактик Abell 2029





IC 1101 – це лінзоподібна галактика; за формою такі галактики посідають проміжне місце між спіральними та еліптичними. Вони мають дискову структуру, схожу на спіральні галактики, однак позбавлені спіральних рукавів. У таких галактиках зореутворення практично припинилося.

У центрі IC 1101 розташована чорна діра, маса якої за різними оцінками становить від 40 до 100 млрд мас Сонця.

Такий значний розкид пояснюється використанням різних теоретичних моделей та відповідних спостережних даних. Про наявність же чорної діри в галактиці судять за її гравітаційним впливом на довколишній газ.

3. TON 618 (ТОН 618)

Маса: 40,7 млрд мас Сонця

Розташування: поблизу сузір'їв Гончі Пси (Canes Venatici) та Волосся Вероніки (Coma Berenices)



TON 618 (ТОН 618) – це надяскравий квазар (які є надзвичайно важливими для розуміння процесів формування та еволюції галактик).

У центрі TON 618 лежить надмасивна чорна діра масою 40,7 млрд сонячних мас. Цю масу розрахували за емісійними спектрами квазара.

Вона в 140 трлн разів яскравіша за Сонце. Завдяки такій світності об'єкт надає науковцям цінні дані про поведінку надмасивних чорних дір (НМЧД) та їхнього акреційного диска – обертового диска з газу та пилу, що падають на чорну діру.

Квазар TON 618 також містить величезну кількість нейтрального водню – найпоширенішого елемента у Всесвіті. Він слугує базовим будівельним блоком для всіх космічних структур, а тому становить неабиякий інтерес для дослідників.

4. S5 0014+81

Маса: 40 млрд мас Сонця

Розташування: поблизу сузір'я Цефея



S5 0014+81 – це гіперсвітловий ширококутний квазар, або блазар. Його материнська галактика належить до типу FSRQ (радіоквазар із плоским спектром) і, як і TON 618, має активне галактичне ядро (АГЯ) з надмасивною чорною дірою (НМЧД) у центрі.

Через високу яскравість масу НМЧД визначили за емісійними спектрами материнської галактики. Вона становить 40 млрд сонячних мас, що еквівалентно масі чотирьох Великих Магелланових Хмар (найбільшої та наймасивнішої галактики-супутника Чумацького Шляху).

Шварцшильдівський діаметр цієї чорної діри сягає 240 млрд км – це вдвічі менше, ніж у Phoenix A. Згідно з еволюційними моделями, її материнська галактика сформувалася у ранньому Всесвіті приблизно через 1,6 млрд років після Великого вибуху й існуватиме ще 1,3×10 у 99-му ступені років!

5. Abell 1201 BCG

Маса: 32,7 млрд мас Сонця

Розташування: скупчення галактик Abell 1201



Abell 1201 BCG – найяскравіша галактика у скупченні Abell 1201, розташована неподалік його центра.

Згідно з дослідженням 2023 року, у цій галактиці міститься надмасивна чорна діра масою 32,7 млрд сонячних мас.

Завдяки колосальним розмірам і гравітаційному впливу ця чорна діра працює як гравітаційна лінза, викривляючи шлях світла від галактики, розташованої далі за нею. Ефект викривлення створює характерні спотворення форми зображення фонової галактики, які й використовують для оцінювання маси НМЧД.

Розподіл темної матерії також позначається на гравітаційному лінзуванні, тому ця галактика має величезне значення для вивчення властивостей темної матерії.

6. NGC 4889

Маса: 21 млрд мас Сонця

Розташування: північне скупчення Волосся Вероніки (Abell 2634)



Розташована в північній частині сузір'я Волосся Вероніки (одному з найбагатших і найщільніших скупчень галактик у північній півкулі неба), материнська галактика NGC 4889 є надгігантською еліптичною галактикою, яка прихистила у своєму центрі НМЧД.

За теоретичними моделями, маса цієї надмасивної чорної діри становить від 6 до 37 млрд сонячних мас. Найбільш точна розрахункова оцінка – близько 21 млрд мас Сонця.

Наразі ця чорна діра перебуває у стані спокою: вона не акреціює матерію (процес нарощування маси) та не випромінює радіації. Це ускладнює вимірювання її маси, однак саме такий спокійний стан дає вченим змогу краще зрозуміти, як масивні чорні діри еволюціонують в активні квазари. Такі надмасивні чорні діри визначають динаміку й еволюцію як самих галактик, так і їхнього оточення.

7. Messier 87 (M 87)

Маса: 6,5 млрд мас Сонця

Розташування: сузір'я Діви



Messier 87, або M 87, як і NGC 4889 – це надгігантська еліптична галактика в сузір'ї Діви. У її центрі лежить єдина НМЧД, яку людям вдалося безпосередньо сфотографувати.

У 2019 році світ побачив першу в історії світлину цієї надмасивної чорної діри, отриману завдяки даним Телескопа горизонту подій (Event Horizon Telescope). Ці ж дані дали змогу оцінити її масу у 6,5 млрд сонячних мас.

НМЧД у галактичному центрі є головним рушієм активного галактичного ядра (АГЯ) цієї системи. Чорну діру оточує обертовий диск іонізованого газу, перпендикулярний до релятивістського струменя – вузького потоку плазми, що виривається з околиць центра.

Сам релятивістський струмінь простягається на понад 5 тис. світлових років у довжину – це приблизно дорівнює відстані від Землі до центра молекулярних хмар Оріона. Відносна близькість M 87 та виразні риси цієї НМЧД мають виняткове значення для вивчення динаміки та еволюції чорних дір. До того ж наявність АГЯ робить цю галактику ідеальним об'єктом для дослідження загальної еволюції галактик.

Навколишнє міжзоряне середовище галактики збагачене елементами, що утворилися в процесі еволюції зір. За даними спостережень, зовнішня структура M 87 формується під впливом взаємодії із сусідніми галактиками.

Теоретична межа для НМЧД

Ви могли помітити, що в цій добірці, окрім Phoenix A (Фенікс А), усі надмасивні чорні діри мають масу меншу за 100 млрд мас Сонця – і цьому є причина.



Існує теоретична верхня межа маси чорної діри (ЧД). Вона зумовлена радіаційними ефектами, що спроможні сповільнювати як зростання самих чорних дір, так і зореутворення в їхніх акреційних дисках, які теж регулюють приріст маси ЧД.

Згідно з теоретичними моделями, з огляду на вік Усесвіту та кількість матерії у ньому, гранична маса НМЧД становить до 270 млрд мас Сонця. Це підкреслює складну динаміку формування й еволюції чорних дір, а також те, наскільки непросто оцінити їхню масу в таких щільних і складних середовищах, як галактичні скупчення.