หลุมดำมวลมหาศาล

Article

May 22, 2022

หลุมดำมวลยวดยิ่ง (SMBH หรือบางครั้ง SBH) เป็นหลุมดำประเภทที่ใหญ่ที่สุด โดยมีมวลอยู่ในลำดับหลายล้านถึงหลายพันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ (M☉) หลุมดำเป็นวัตถุทางดาราศาสตร์ประเภทหนึ่งที่มีการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง เหลือไว้แต่บริเวณทรงกลมของอวกาศซึ่งไม่มีอะไรสามารถหลบหนีได้ แม้แต่แสง หลักฐานเชิงสังเกตบ่งชี้ว่าเกือบทุกดาราจักรขนาดใหญ่มีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ที่ศูนย์กลาง ตัวอย่างเช่น ทางช้างเผือกมีหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางกาแลคซีของมัน ซึ่งสอดคล้องกับแหล่งกำเนิดวิทยุ Sagittarius A* การรวมตัวของก๊าซระหว่างดาวบนหลุมดำมวลยวดยิ่งเป็นกระบวนการที่รับผิดชอบในการจ่ายพลังงานให้กับนิวเคลียสและควาซาร์ของดาราจักรที่แอคทีฟ หลุมดำมวลมหาศาลสองแห่งได้รับการถ่ายภาพโดยตรงโดยกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์: หลุมดำในดาราจักรวงรีเมสไซเออร์ 87 ขนาดยักษ์ และหลุมดำที่ ศูนย์กลางทางช้างเผือก.

คำอธิบาย

หลุมดำมวลยวดยิ่งถูกกำหนดอย่างคลาสสิกว่าเป็นหลุมดำที่มีมวลมากกว่า 0.1 ล้านถึง 1 ล้าน M☉ นักดาราศาสตร์บางคนได้เริ่มติดฉลากหลุมดำอย่างน้อย 10 พันล้าน M☉ ว่าเป็นหลุมดำมวลมหาศาล สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ (เช่น TON 618) เกี่ยวข้องกับควาซาร์ที่มีพลังพิเศษ แม้แต่หลุมดำที่มีขนาดใหญ่กว่านั้นก็ยังถูกขนานนามว่าเป็นหลุมดำขนาดใหญ่อย่างน่าทึ่ง (SLAB) ที่มีมวลมากกว่า 100 พันล้าน M☉ แม้ว่าพวกเขาจะตั้งข้อสังเกตว่าขณะนี้ยังไม่มีหลักฐานว่าหลุมดำขนาดใหญ่ที่น่าทึ่งเป็นของจริง แต่พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่าหลุมดำมวลมหาศาลนั้นเกือบจะมีอยู่จริง ผลการศึกษาบางชิ้นแนะนำว่ามวลสูงสุดที่หลุมดำสามารถเข้าถึงได้ในขณะที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเรืองแสงนั้นอยู่ที่ประมาณ 50 พันล้าน M☉ หลุมดำมวลมหาศาลมีคุณสมบัติทางกายภาพที่แยกความแตกต่างจากการจำแนกประเภทที่มีมวลต่ำกว่าอย่างชัดเจน อย่างแรก แรงไทดัลในบริเวณใกล้เคียงขอบฟ้าเหตุการณ์จะอ่อนลงอย่างเห็นได้ชัดสำหรับหลุมดำมวลมหาศาล แรงไทดัลบนวัตถุที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำนั้นแปรผกผันกับกำลังสองของมวลหลุมดำ: บุคคลที่อยู่ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำขนาด 10 ล้าน M☉ จะได้รับประสบการณ์เกี่ยวกับแรงน้ำขึ้นน้ำลงระหว่างหัวกับเท้าของพวกมันเหมือนกัน บุคคลบนพื้นผิวโลก ต่างจากหลุมดำมวลดาวฤกษ์ เราไม่สามารถสัมผัสกับพลังน้ำขึ้นน้ำลงได้จนกว่าจะลึกลงไปในหลุมดำ นอกจากนี้ ค่อนข้างจะขัดกับสัญชาตญาณที่จะสังเกตว่าความหนาแน่นเฉลี่ยของ SMBH ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ (หมายถึงมวลของหลุมดำหารด้วยปริมาตรของพื้นที่ภายในรัศมีชวาร์ซชิลด์) อาจน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ เนื่องจากรัศมีชวาร์ซชิลด์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของมัน เนื่องจากปริมาตรของวัตถุทรงกลม (เช่น ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำที่ไม่หมุน) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับลูกบาศก์ของรัศมี ความหนาแน่นของหลุมดำจึงแปรผกผันกับกำลังสองของมวล ดังนั้นจึงสูงขึ้น หลุมดำมวลรวมมีความหนาแน่นเฉลี่ยต่ำกว่า รัศมีชวาร์ซชิลด์ของขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำมวลยวดยิ่ง (ไม่หมุน) ประมาณ 1 พันล้าน M☉ เทียบได้กับกึ่งแกนเอกของวงโคจรของดาวเคราะห์ยูเรนัส ซึ่งมีค่าเท่ากับ 19 ออสเตรเลีย

ประวัติการวิจัย

เรื่องราวของการค้นพบหลุมดำมวลมหาศาลนั้นเริ่มต้นขึ้นจากการสืบสวนของมาร์เทน ชมิดต์จากแหล่งวิทยุ 3C 273 ในปี 1963 ตอนแรกคิดว่าเป็นดาวฤกษ์ แต่สเปกตรัมพิสูจน์แล้วว่าทำให้งง ถูกกำหนดให้เป็นเส้นการปล่อยไฮโดรเจนที่ถูกเลื่อนสีแดง แสดงว่าวัตถุกำลังเคลื่อนออกจากโลก กฎของฮับเบิลแสดงให้เห็นว่าวัตถุนั้นอยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง ดังนั้นจึงต้องเปล่งพลังงานออกมาเทียบเท่ากาแล็กซีหลายร้อยแห่ง อัตราความแปรผันของแสงของแหล่งกำเนิดที่ขนานนามว่าวัตถุกึ่งดาวหรือควาซาร์ บ่งชี้ว่าบริเวณที่เปล่งแสงมีเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งพาร์เซกหรือน้อยกว่า สี่แหล่งดังกล่าวได้รับการระบุในปี 1964 ในปี 1963 Fred Hoyle และ W. A. ​​Fowler เสนอการมีอยู่ของดาวฤกษ์มวลมหาศาลที่เผาไหม้ด้วยไฮโดรเจน (SMS) เพื่อเป็นคำอธิบายสำหรับคอมพ์