Свръхмасивни черни дупки: галактически бегемоти

В центъра на нашата галактика има супермасивна черна дупка. Не може да се види директно през телескопи или с очите ни, но астрономите знаят, че е там. Всъщност има супермасивни черни дупки в сърцата на много галактики. Как астрономите знаят, че тези чудовища дебнат в галактическите ядра? Те използват различни методи за изследване на светлината, докато тя минава през черна дупка, а също така изучават района около черна дупка, за да разберат как тя влияе на близките облаци от газ, прах и дори звезди. В момента свръхмасивната черна дупка в Млечния път, наречена Стрелец А *, е доста тиха и астрономите я наблюдават в много светлинни дължини на вълната, за да разберат нейните действия.

Черни дупки са фаворит в историите на научната фантастика и медиите. Понякога те се използват като сюжетно устройство, за да се даде възможност за някакъв междузвезден трик за пътуване. Или се включват във пътуване във времето или в някой друг важен елемент от историята. Колкото и завладяващи да са тези приказки, реалността зад тези странни бегемоти е по-интригуваща, отколкото могат да си представят писателите. Какви са фактите около свръхмасивните черни дупки? Има ли някаква наука зад научната фантастика, изобразяващи свръхмасивни черни дупки? Нека разберем.

В общи линии, супермасивни черни дупки са точно това, което казва името им: наистина, наистина масивни черни дупки. Те измерват стотиците хиляди слънчеви маси (една слънчева маса е равна на масата на Слънцето) до милиарди слънчеви маси. Те притежават огромна сила и имат невероятно влияние върху своите галактики.

Повечето свръхмасивни черни дупки съществуват в сърцевините на галактики. Това централно местоположение им позволява да (поне отчасти) да помогнат за задържането на галактики заедно. Тежестта им е толкова огромна, поради невероятната им маса, че дори звезди на стотици хиляди светлинни години са обвързани в орбита около тях и галактическите ядра, които обитават.

Всеки път, когато астрономите говорят за черни дупки, основното свойство, което използват, което разделя черните дупки на разстояние други „нормални“ обекти в Вселената е плътност. Това е количеството "неща", опаковани в обема на черна дупка. Плътността в ядрата на черните дупки е толкова висока, че по същество става безкрайна. По-конкретно, обемът (количеството пространство, което черната дупка заема и нейната скрита маса) се доближава до нула. Това означава, че е малко повече от една малка точка в пространството, но тази мъничка точка, наречена сингулярност, съдържа невероятно количество маса. Това го прави невероятно гъст. Тази плътност е разпространена в целия регион на черната дупка, от сингулярността до хоризонт на събитията (което е точката, в която гравитацията на черната дупка е твърде силна, за да може да се направи нещо) противопоставям се.

Това звучи така, сякаш вътрешността на черната дупка (отвъд хоризонта на събитията) може да бъде невероятно смазана, без място. Интересното е, че има мислен експеримент, който казва, че средната плътност на свръхмасивните черни дупки всъщност може да бъде по-малка от самото въздух, който хората дишат. Всъщност, колкото по-голяма е масата, толкова по-малко плътна е свръхмасивната черна дупка, ако се вземе предвид целият обем на областта от сингулярността до хоризонта на събитията. Масата ще бъде разпределена през този регион, с по-голяма маса в единството, отколкото в „покрайнините“.

Ако това е вярно, тогава не само би било възможно да се доближи до свръхмасивна черна дупка, човек би могъл теоретично попадат в супермасивна черна дупка и оцеляват доста дълго време, докато се доближат до сингулярност. Има обаче един голям проблем: гравитацията. Толкова е силно, че всичко, което се промушва покрай хоризонта на събитията, ще бъде разкъсано от изключително гравитационното дърпане. Толкова за пътуване с червей!

Образуването на свръхмасивни черни дупки все още е една от загадките на астрофизиката. Нормалните черни дупки са основните остатъци, останали от свръхнова експлозия на масивна звезда. Колкото по-масивна е звездата, толкова по-масивна е черната дупка, останала след нея.

Следователно би могло да се предположи, че свръхмасивните черни дупки са създадени от колапса на свръхмасивна звезда. Проблемът е, че са открити малко такива звезди. Нещо повече, физиката ни казва, че те изобщо не трябва да съществуват. Те обаче го правят. Най-масивните звезди са десетки до сто пъти по-големи от масата на Слънцето. Няколко редки хипергиганти може да са до 300 звездни маси. Все пак дори тези чудовища са далеч от видовете маси, които биха били необходими за създаването на свръхмасивна черна дупка. Казано по-прямо: необходима е много повече маса, за да се направи супермасивна черна дупка, отколкото се съдържа дори в най-супермасивните звезди.

И така, ако тези обекти не са създадени по традиционния начин на други черни дупки, откъде идват черните дупки на чудовището? Водещата идея е, че те са образували колкото по-малки черни дупки, за да изградят големи. В крайна сметка натрупването на маса би довело до създаването на супермасивна черна дупка. Това е йерархична теория за изграждането на супермасивна черна дупка. Има някои проблеми с тази теория, тъй като тя изисква изследване на "междинна маса" супермасивни черни дупки. Те биха били "в b между стъпка" от по-малки черни дупки до супермасивните чудовища. Астрономите започват да откриват повече от тях и изучават техните особености, за да попълнят пропуските в йерархичната теория.

Друга водеща теория за създаването на свръхмасивни черни дупки е, че те са се образували в първите моменти след това Голям взрив. Разбира се, не всичко е напълно разбрано за условията през това време, за да се разбере как черните дупки играят роля и какво подтиква тяхното формиране.

Наблюденията на известните черни дупки на свръхмасивна и междинна маса предполагат, че теорията за сливанията вероятно е най-простото обяснение. Изследване на най-старите, най-отдалечените и масивни свръхмасивни черни дупки, квазари конкретно показва, че има доказателства, че сливането на много галактики изигра роля. Когато галактиките се сливат, изглежда, че и техните черни дупки също се правят. Сливанията играят роля при оформянето на галактиките, които виждаме днес, и затова има смисъл централните им черни дупки да се появят заедно и да растат заедно с галактиките. Интересното е, че когато тези черни дупки се слеят, те изпращат много енергия. Действието излъчва и гравитационни вълни, които астрономите едва сега могат да измерят.

Ако сливанията са отговорът, тогава те предоставят частично решение на междинния проблем с черната дупка. И в двата случая отговорът все още не е ясен. Трябва да се свърши много повече работа, за да се наблюдават и характеризират галактиките и техните черни дупки.

Връщайки се към научната фантастика и черните дупки, има свойства, които напълно огъват ума, които писателите са използвали. Истории на по-бързо от леко пътуване, междузвездно пътуване и пътуването във времето преплита романите от научната фантастика. Има дори теории, че черните дупки са шлюзове към алтернативни вселени.

Така че има ли доказателства в подкрепа на някоя от тези идеи? Всъщност да, макар и само при много екстремни обстоятелства. Идеята да използваме черните дупки като червейни дупки, които по някакъв начин ни свързват с другата страна на Вселената, съществува от десетилетия. Това е страхотна и причудлива фантазия, която вероятно няма да стане реалност скоро.

Възможностите дори са изчислени с помощта на сериозна физика и обща относителност. Така че теоретично тези неща биха могли да се случат, както беше показано във филма от 2014 г. Междузвездна. Физикът, който работи с създателите на филми, излезе с някои теоретични идеи, които подкрепиха филма и работеха научно. Въпреки това, необходимата технология все още не е налична и трябва да бъдат изпълнени различни специални условия. Но кой знае - голяма част от технологиите, които хората използват за полет днес, също веднъж се смятаха за невъзможни.

• Свръхмасивни черни дупки съществуват в сърцата на много галактики, включително Млечния път.
• Някои галактики, като например галактиката Андромеда, може да имат повече от едно от тези чудовища.
• Когато галактиките се сливат, техните черни дупки също могат да се слеят.
• Свръхмасивните черни дупки могат да имат до милиарди звездни маси, скрити вътре.
• Нашият собствен Млечен път има супермасивна черна дупка, наречена Стрелец A *

• Мохон, Лий. „Свръхмасивните черни дупки прерастват своите галактики.“ НАСА, НАСА, 15 февр. 2018 г., www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Саплакоглу, Ясемин. „Нулиране в начина на формиране на супермасивни черни дупки.“ Научен американец, 29 септември 2017, www.scientistamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• „Супермасивна черна дупка | COSMOS. " Център за астрофизика и суперкомпютри, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive черна дупка.

Редактиран и актуализиран от Каролин Колинс Петерсен.