Чрезвычайно большие чёрные дыры могут вырасти до поистине чудовищных размеров

Чёрная дыра
Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики. Авторы и права: ESO / L. Calçada.

Насколько большими могут стать чёрные дыры? Группа учёных предполагает, что чёрные дыры могут достигать колоссально больших размеров и обладать массой в 100 миллиардов Солнц или даже больше.

По словам исследователей, открытие таких гигантских чёрных дыр может пролить свет на природу таинственной тёмной материи, которая составляет до 80% всей материи Вселенной.

В центре большинства, если не всех, галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, масса которых в миллионы или миллиарды раз больше массы Солнца. Например, в центре нашей галактики Млечный Путь находится Стрелец A*, который имеет массу около 4,5 миллионов солнечных масс.

В настоящее время самая большая из известных чёрных дыр, питающая квазар TON 618, имеет массу 66 миллиардов солнечных масс. Огромная масса TON 618 заставила учёных задуматься о том, существуют ли ещё более крупные чёрные дыры и есть ли верхний предел их размеров.

Квазар
Древний квазар в представлении художника. Авторы и права: NASA.

В новом исследовании учёные назвали чёрные дыры размером 100 миллиардов солнечных масс или больше “колоссально большими чёрными дырами” или SLABs. Хотя они отметили, что в настоящее время нет доказательств того, что гигантские чёрные дыры реальны, они подчеркнули, что сверхмассивные чёрные дыры почти такого размера действительно существуют.

“Удивительно, что до сих пор мало внимания уделялось возможному существованию колоссально массивных чёрных дыр, хотя они вполне могут существовать”, – сказал соавтор исследования Флориан Кюнель, космолог из Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене.

Когда речь идёт об огромных чёрных дырах, ключевой вопрос заключается в том, могли ли они вообще образоваться? Однако, до сих пор, остаётся неясным, как рождаются даже обычные сверхмассивные чёрные дыры.

Общепринятая теория состоит в том, что сверхмассивные чёрные дыры в сердцах галактик, изначально образованные меньшими чёрными дырами, сливались и поглощали материю вокруг себя. Однако предыдущие исследования показали, что эта модель имеет проблемы, когда дело доходит до объяснения того, как чёрные дыры могли достигать сверхмассивных размеров во время, когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет.

Ещё один способ объяснить, как обычные сверхмассивные чёрные дыры превратились в колоссально большие чёрные дыры основывается на так называемых первичных чёрных дырах. В предыдущих работах предполагалось, что в течение секунды после Большого взрыва случайные колебания плотности в горячей, быстро расширяющейся новорожденной Вселенной могли собрать достаточно концентрированных карманов материи, чтобы они схлопнулись в чёрные дыры. Эти первичные чёрные дыры могли служить семенами для более крупных чёрных дыр, которые могли образоваться позже.

Модель Вселенной
Иллюстрация, показывающая эволюцию Вселенной, начиная от Большого Взрыва слева, и до появления космического микроволнового фона. После образования первых звёзд заканчиваются космические тёмные века, за которыми следует образование галактик. Авторы и права: CfA / M. Weiss.

Если первичные чёрные дыры действительно существуют, они могут помочь понять, что такое тёмная материя. Хотя считается, что тёмная материя составляет большую часть материи Вселенной, учёные не знают, из чего сделана эта странная материя, поскольку исследователи до сих пор её не видели; в настоящее время её можно изучать только через её гравитационное воздействие на нормальную материю. Природа тёмной материи в настоящее время является одной из величайших загадок науки.

“Большой интерес вызывает и то, могут ли первичные чёрные дыры небольшой массы питать тёмную материю”, – сказал соавтор исследования Лука Визинелли, астрофизик элементарных частиц из Амстердамского университета.

Один из способов обнаружить колоссально большие чёрные дыры – это гравитационное линзирование. Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, чем больше масса объекта, тем сильнее он искривляет пространство-время вокруг себя и, следовательно, тем сильнее гравитационное притяжение объекта. Гравитация также может искривлять свет, поэтому объекты, видимые через мощные гравитационные поля, например создаваемые чёрными дырами, оказываются линзированными. Исследователи заявили, что недавняя работа была сосредоточена на обнаружении эффектов гравитационного линзирования от более мелких тел, но они предположили, что такие исследования могут также помочь найти колоссально большие чёрные дыры.

Ещё один способ обнаружить колоссально большие чёрные дыры – это влияние, которое они будут оказывать на окружающую среду, например, гравитационно искажать близлежащие галактики. Эти чёрные дыры также могут генерировать тепло, свет и другое излучение, поскольку они потребляют материю, которую могут обнаружить астрономы.

Черная дыра
На этой иллюстрации изображена сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики. Синим цветом обозначен свет, излучаемый материалом, находящимся около чёрной дыры. Структура, окружающая чёрную дыру, состоящая из газа и пыли, называется тор и обозначена серым цветом. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.

Ещё одним способом объяснить тёмную материю, помимо первичных чёрных дыр, являются так называемые слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP). Если бы WIMP существовали, то они были бы невидимыми и в значительной степени нематериальными, но предыдущие исследования показали, что если два WIMP столкнутся, они уничтожат друг друга и сгенерируют гамма-лучи, давая учёным возможность косвенно их обнаружить. По словам Визинелли, мощные гравитационные притяжения гигантских чёрных дыр соберут вокруг себя ореол из WIMP, а высокоэнергетические гамма-лучи, которые могут возникнуть в результате аннигиляции WIMP, могут помочь учёным обнаружить колоссально большие чёрные дыры.

В общем, мы знаем, что чёрные дыры существуют в широком диапазоне масс, поэтому естественно спросить, существует ли для них какой-то естественный верхний предел. Некоторые люди могут скептически относиться к существованию SLAB из-за того, что их достаточно сложно (но не невозможно) сформировать. Однако люди также скептически относились к чёрным дырам средней массы и сверхмассивным чёрным дырам, пока они не были обнаружены.

Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.