През 1971 г. английските астрономи Доналд Линдън-Бел и Мартин Рийс предположиха, че в центъра на нашата Галактика на Млечния път се намира супермасивна черна дупка (SMBH). Това се основаваше на работата им с радио галактики, които показаха, че огромните количества енергия, излъчвани от тези обекти, се дължат на газ и материя, които се натрупват върху черна дупка в центъра им.
До 1974 г. са открити първите доказателства за тази SMBH, когато астрономите откриват масивен радиоизточник, идващ от центъра на нашата галактика. Този регион, който те кръстиха Стрелец А *, е над 10 милиона пъти по-масивен от нашето собствено Слънце. От откриването си астрономите са открили доказателства, че в центровете на повечето спирални и елиптични галактики в наблюдаваната Вселена има свръхмасивни черни дупки.
Описание:
Супермасивните черни дупки (SMBH) се различават от черните дупки с по-малка маса по много начини. За начало, тъй като SMBH имат много по-голяма маса от по-малките черни дупки, те също имат по-ниска средна плътност. Това се дължи на факта, че при всички сферични обекти обемът е пряко пропорционален на куба на радиуса, докато минималната плътност на черна дупка е обратно пропорционална на квадрата на масата.
Освен това приливните сили в близост до хоризонта на събитията са значително по-слаби за масивни черни дупки. Както при плътността, силата на приливите върху тялото на хоризонта на събитието е обратно пропорционална на квадрата на масата. Като такъв, обект няма да изпитва значителна приливна сила, докато не навлезе много дълбоко в черната дупка.
Образуване:
Как се формират SMBH остава обект на много научни дебати. Астрофизиците до голяма степен смятат, че те са резултат от сливането на черни дупки и натрупването на материя. Но откъде произлизат "семената" (т.е. потомците) на тези черни дупки, е мястото, където възниква разногласие. В момента най-очевидната хипотеза е, че те са останки от няколко избухнали масивни звезди, които са се образували при натрупването на материя в галактическия център.
Друга теория е, че преди първите звезди да се образуват в нашата галактика, голям газов облак се срути в „звезда на Кауси“, която стана нестабилна за радиални смущения. След това се превърна в черна дупка от около 20 слънчеви маси, без да се налага експлозия на свръхнова. С течение на времето тя бързо натрупва маса, за да се превърне в междинна, а след това и супермасивна черна дупка.
В още един модел, плътният звезден клъстер претърпя свиване на ядрото в резултат на разсейване на скоростта в сърцевината му, което се случи с релативистични скорости поради отрицателен топлинен капацитет. И последно, съществува теорията, че първичните черни дупки може да са били направени директно от външен натиск веднага след Големия взрив. Тези и други теории засега остават теоретични.
Стрелец A *:
Множество доказателства сочат към съществуването на SMBH в центъра на нашата галактика. Въпреки че не са правени преки наблюдения на Стрелец А *, неговото присъствие е заключено от влиянието, което оказва върху околните обекти. Най-забележителният от тях е S2, звезда, която протича елиптична орбита около радиоизточника на Стрелец A *.
S2 има орбитален период от 15,2 години и достига минимално разстояние от 18 милиарда км (11,18 милиарда мили, 120 AU) от центъра на централния обект. Само свръхмасивен обект би могъл да обясни това, тъй като никоя друга причина не може да се установи. И от орбиталните параметри на S2, астрономите успяха да направят оценки за размера и масата на обекта.
Например движенията на S2s накараха астрономите да изчислят, че обектът в центъра на орбитата му трябва да има не по-малко от 4,1 милиона слънчеви маси (8,2 × 10³³ метрични тона; 9,04 × 10³³ тона в САЩ). Освен това радиусът на този обект би трябвало да бъде по-малък от 120 AU, в противен случай S2 ще се сблъска с него.
Въпреки това, най-добрите доказателства към днешна дата бяха предоставени през 2008 г. от Института Макс Планк за извънземна физика и UCLAs Galactic Center Group. Използвайки данни, получени за 16-годишен период от много големия телескоп и телескопа Keck, ESO успяха не само да преценят точно разстоянието до центъра на нашата галактика (27 000 светлинни години от Земята), но и да проследят орбитите на звездите там с огромна точност.
Както каза Райнхард Гензел, ръководителят на екипа от Института за извънземна физика Макс-Планк:
“Безспорно най-зрелищният аспект на нашето дългосрочно проучване е, че той представи това, което сега се счита за най-доброто емпирично доказателство, че наистина съществуват свръхмасивни черни дупки. Звездната орбита в Галактическия център показва, че централната концентрация на маса от четири милиона слънчеви маси трябва да бъде черна дупка, без никакво разумно съмнение. "
Друга индикация за присъствието на Стрелец А * беше на 5 януари 2015 г., когато НАСА съобщи за рекорден рентгенов пламък, идващ от центъра на нашата галактика. Въз основа на показанията от рентгеновата обсерватория в Чандра те отчитат емисии, които са 400 пъти по-ярки от обикновено. Смята се, че те са резултат от астероид, попадащ в черната дупка, или от заплитането на линиите на магнитното поле в газта, попадащ в нея.
Други галактики:
Астрономите също са открили доказателства за SMBH в центъра на други галактики в Местната група и извън нея. Те включват близката галактика Андромеда (M31) и елиптична галактика M32 и далечната спирална галактика NGC 4395. Това се основава на факта, че звездите и газовите облаци в близост до центъра на тези галактики показват забележимо увеличение на скоростта.
Друга индикация е Active Galactic Nuclei (AGN), където периодично се откриват масивни изблици на радио, микровълнова, инфрачервена, оптична, ултравиолетова (UV), рентгенова и гама-лъчи вълни, идващи от регионите на студена материя (газ и прах ) в центъра на по-големи галактики. Докато радиацията не идва от самите черни дупки, се смята, че влиянието на такъв масивен обект върху околната материя е причината.
Накратко, дискове за натрупване на газ и прах в центъра на галактиките, които обикалят около свръхмасивни черни дупки, като постепенно захранването им има значение. Невероятната сила на гравитация в този регион компресира материала на диска, докато достигне милиони градуси келвин, генерира ярка радиация и електромагнитна енергия. Корона от горещ материал също се образува над диска за натрупване и може да разпръсне фотони до рентгенови енергии.
Взаимодействието между въртящото се магнитно поле SMBH и акредиращия диск също създава мощни магнитни струи, които изстрелват материал над и под черната дупка с релативистични скорости (т.е. при значителна част от скоростта на светлината). Тези струи могат да се простират за стотици хиляди светлинни години и са втори потенциален източник на наблюдавана радиация.
Когато галактиката Андромеда се слее със нашата след няколко милиарда години, свръхмасивната черна дупка, която е в центъра й, ще се слее с нашата, произвеждайки много по-масивна и мощна. Това взаимодействие вероятно ще изгони няколко звезди от нашата комбинирана галактика (произвеждащи нечестиви звезди) и също така може да доведе до това нашето галактическо ядро (което в момента е неактивно) отново да стане активно.
Проучването на черните дупки все още е в начален стадий. И това, което научихме само през последните няколко десетилетия, беше едновременно вълнуващо и вдъхновяващо. Независимо дали са с по-ниска маса или свръхмасивни, черните дупки са неразделна част от нашата Вселена и играят активна роля в нейната еволюция.
Кой знае какво ще намерим, докато надникнем по-дълбоко във Вселената? Може би някой ден технологията и пълната дързост ще съществуват, така че да се опитаме да достигнем върха под завесата на хоризонта на събитията. Можете ли да си представите, че това се случва?
Тук сме писали много интересни статии за черните дупки в Space Magazine. Ето отвъд всяко разумно съмнение: Свръхмасивна черна дупка живее в центъра на нашата галактика, рентгенов отблясък разкрива свръхмасивен торус на черната дупка, как претегляте супермасивна черна дупка? Вземете нейната температура и какво се случва, когато се сблъскат супермасивни черни дупки?
Astronomy Cast също някои подходящи епизоди по темата. Ето епизод 18: Черни дупки големи и малки и Епизод 98: Квазари.
Още за разглеждане: Епизодите на Астрономията от ролите „Квазари“ и „Черни дупки“ големи и малки.
Източници:
- Уикипедия - Супермасивна черна дупка
- НАСА - Супермасивни черни дупки
- Университет Суинбърн: Космос - Супермасивна черна дупка
