Сверхмассивная черная дыра

Article

May 22, 2022

Сверхмассивная черная дыра (SMBH или иногда SBH) — это самый большой тип черной дыры, масса которой составляет от миллионов до миллиардов масс Солнца (M☉). Черные дыры — это класс астрономических объектов, подвергшихся гравитационному коллапсу, оставив после себя сфероидальные области пространства, из которых ничего не может вырваться, даже свет. Данные наблюдений показывают, что почти каждая большая галактика имеет в центре сверхмассивную черную дыру. Например, в Галактическом центре Млечного Пути есть сверхмассивная черная дыра, соответствующая радиоисточнику Стрелец А*. Аккреция межзвездного газа на сверхмассивные черные дыры — это процесс, ответственный за питание активных галактических ядер и квазаров. Две сверхмассивные черные дыры были получены непосредственно телескопом горизонта событий: черная дыра в гигантской эллиптической галактике Мессье 87 и черная дыра в Центр Млечного Пути.

Описание

Сверхмассивные черные дыры классически определяются как черные дыры с массой от 0,1 миллиона до 1 миллиона M☉. Некоторые астрономы начали отмечать черные дыры размером не менее 10 миллиардов M☉ как сверхмассивные черные дыры. Большинство из них (например, TON 618) связаны с квазарами исключительной энергии. Еще более крупные из них были названы колоссально большими черными дырами (SLAB) с массой более 100 миллиардов M☉. Хотя они отметили, что в настоящее время нет доказательств того, что невероятно большие черные дыры реальны, они отметили, что сверхмассивные черные дыры почти такого размера действительно существуют. Некоторые исследования показали, что максимальная масса, которую может достичь черная дыра, будучи ярким аккретором, составляет порядка ~ 50 миллиардов M☉. Сверхмассивные черные дыры обладают физическими свойствами, которые четко отличают их от классификаций с меньшей массой. Во-первых, приливные силы вблизи горизонта событий значительно слабее для сверхмассивных черных дыр. Приливная сила, действующая на тело на горизонте событий черной дыры, обратно пропорциональна квадрату массы черной дыры: человек на горизонте событий черной дыры с массой 10 миллионов M☉ испытывает примерно такую ​​же приливную силу между головой и ногами, как человека на поверхности земли. В отличие от черных дыр звездной массы, приливная сила не будет ощущаться очень глубоко в черной дыре. Кроме того, несколько нелогично отметить, что средняя плотность сверхмассивной черной дыры в пределах ее горизонта событий (определяемая как масса черной дыры, деленная на объем пространства в пределах ее радиуса Шварцшильда) может быть меньше плотности воды. Это потому, что радиус Шварцшильда прямо пропорционален его массе. Поскольку объем сферического объекта (например, горизонта событий невращающейся черной дыры) прямо пропорционален кубу радиуса, плотность черной дыры обратно пропорциональна квадрату массы и, следовательно, выше массовые черные дыры имеют меньшую среднюю плотность. Радиус Шварцшильда горизонта событий (невращающейся) сверхмассивной черной дыры ~ 1 миллиард M☉ сравним с большой полуосью орбиты планеты Уран, которая составляет 19 АУ.

История исследования

История открытия сверхмассивных черных дыр началась с исследования Мартином Шмидтом радиоисточника 3C 273 в 1963 году. Первоначально это считалось звездой, но спектр оказался загадочным. Было определено, что это линии эмиссии водорода, которые были смещены в красную сторону, что указывает на то, что объект удалялся от Земли. Закон Хаббла показал, что объект находится на расстоянии нескольких миллиардов световых лет и, следовательно, должен излучать энергию, эквивалентную сотням галактик. Скорость изменения света источника, названного квазизвездным объектом или квазаром, предполагала, что излучающая область имела диаметр в один парсек или меньше. К 1964 г. было идентифицировано четыре таких источника.