Самые массивные чёрные дыры¶
Самая большая чёрная дыра — это сверхмассивная чёрная дыра TON 618, чья масса оценивается примерно в 40 миллиардов солнечных масс. Она расположена в созвездии Гончих Псов на расстоянии около 10,4 миллиардов световых лет от Земли и относится к числу наиболее массивных из известных астрономии объектов.
¶Определение и классификация
Чёрная дыра — область пространства-времени, гравитационное поле которой настолько сильно, что покинуть её не может ничто, включая свет. Масса чёрной дыры характеризуется единственным параметром наряду с зарядом и моментом импульса (теорема о «безволосости»).
Чёрные дыры делятся на три основные класса по массе:
- Сверхмассивные — от миллионов до десятков миллиардов масс Солнца, расположены в центрах галактик;
- Межзвёздные (stellar-mass) — от 3 до нескольких десятков масс Солнца, образуются при коллапсе массивных звёзд;
- Средней массы — от сотен до тысяч масс Солнца, долгое время оставались гипотетическими, первые кандидаты подтверждены наблюдениями в 2020-х годах.
¶TON 618
TON 618 была впервые зарегистрирована как яркий ультрафиолетовый источник в обзоре Бюрно-Паломар (Tonantzintla–Palomar Survey) в 1957 году и долгое время классифицировалась как квазар. Спектроскопические наблюдения показали чрезвычайно большое красное смещение z ≈ 2,219, что соответствует расстоянию около 10,4 млрд световых лет (в современной космологии — комовидное расстояние около 18,2 млрд световых лет).
Светимость TON 618 превосходит светимость Солнца примерно в 4×10¹³ раз. Оценка массы ядра — около 4×10¹⁰ солнечных масс — получена по соотношению Магаретт-Ричардсон, связывающему массу чёрной дыры с шириной эмиссионных линий в спектре. Радиус горизонта событий такой чёрной дыры составляет порядка 1300 астрономических единиц, то есть примерно в 40 раз превышает орбиту Нептуна.
¶Другие кандидаты на «самую большую»
¶Phoenix A
В 2022 году группа астрономов под руководством Йорга Дрекслера (Jörg Drexler) опубликовала оценку массы сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики Phoenix A (PHL 1811-BS) в созвездии Феникса, равную около 1×10¹¹ солнечных масс. Если эта оценка подтвердится, Phoenix A превзойдёт TON 618 по массе. Однако результат основан на моделировании эволюции галактики и требует независимого наблюдательного подтверждения.
¶Holm 15A*
Сверхмассивная чёрная дыра в центре гигантской эллиптической галактики Holm 15A, центрального объекта скопления Abell 85, имеет массу около 4×10¹⁰ солнечных масс по данным, полученным в 2019 году с использованием спектрографа MUSE на Очень большом телескопе (VLT). Это одно из наиболее надёжно измеренных значений среди сверхмассивных чёрных дыр.
¶Messier 87*
Первая чёрная дыра, фотография которой получена в 2019 году проектом Event Horizon Telescope (EHT). Её масса составляет около 6,5×10⁹ солнечных масс. Несмотря на то что M87* значительно уступает TON 618 по массе, она стала исторически важной как объект прямого визуального наблюдения горизонта событий.
¶Sagittarius A*
Сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного Пути, масса которой составляет около 4,3×10⁶ солнечных масс. В 2022 году EHT получил её первое изображение. Награда Нобелевской премии по физике 2020 года была присуждена Рейнхарду Генцелу и Андреа Гез за исследования орбиты звёзд вокруг Sgr A*, подтвердившие существование сверхмассивной чёрной дыры.
¶Механизмы формирования сверхмассивных чёрных дыр
Происхождение чёрных дыр массой в миллиарды солнечных масс остаётся предметом научных дискуссий. Основные гипотезы:
- Рост из «семян» — первые чёрные дыры массой в тысячи солнечных масс сформировались из коллапса сверхмассивных звёзд в ранней Вселенной и затем аккрецией и слияниями выросли до сверхмассивных значений.
- Прямой коллапс — гравитационный коллапс сверхмассивных газовых облаков без промежуточной стадии звёзд, что允许形成 сразу относительно массивные объекты.
- Слияния — многократные слияния чёрных дыр в плотных ядрах звёздных скоплений и галактик.
Наблюдения ранней Вселенной показывают, что сверхмассивные чёрные дыры существовали уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, что ограничивает модели их формирования.
¶Измерение масс
Прямое «взвешивание» сверхмассивных чёрных дыр невозможно, поэтому используются косвенные методы:
- Динамический — измерение скоростей звёзд или газа вблизи центра галактики (применён к Sgr A*).
- Релятивистский мазерный (метод Меган Деви и др.) — для галактики NGC 4258.
- Кинематический — по ширине эмиссионных линий в спектре квазаров (применён к TON 618 и Holm 15A*).
- Гравитационное линзирование — в редких случаях.
¶Интересные факты
- TON 618 примерно в 6 раз превышает по массе Sagittarius A*.
- Горизонт событий TON 618 по размеру сопоставим с расстоянием от Солнца до ближайших звёзд.
- Event Horizon Telescope — наземная сеть радиотелескопов, работающая в режиме интерферометра с базой, эквивалентной диаметру Земли.
¶Источники
- NASA/ESA, обзоры сверхмассивных чёрных дыр
- Материалы Event Horizon Telescope Collaboration
- Drexler J. et al. (2022), оценка массы Phoenix A
- Gebhardt K. et al. (2019), Holm 15A*
- Luminet J.-P. (1979), модель изображения чёрной дыры