НАСА выпустило видео, в котором наглядно сравнило размеры чёрных дыр. Анимация демонстрирует 10 сверхмассивных объектов, которые занимают центральное место в своих галактиках, включая Млечный Путь и M87. На видео чёрные дыры сравнивают с различными структурами в нашей Солнечной системе. Их масса как минимум в 100 000 раз больше массы Солнца, а максимально достигает десятков миллиардов солнечных масс.
«Прямые измерения, многие из которых были сделаны с помощью космического телескопа “Хаббл”, подтверждают наличие более 100 сверхмассивных чёрных дыр», — говорит астрофизик-теоретик Джереми Шнитман из Центра космических полетов имени Годдарда.
Однако не все чёрные дыры имеют такие массы. Поскольку это самые плотные из известных нам объектов во Вселенной, то они настолько компактны, что мы можем только математически описать их как сингулярность — одномерную точку бесконечной плотности. Она настолько велика, что пространство-время искривляется, превращаясь в замкнутую сферу. Внутри этой сферы даже у света нет достаточной скорости, чтобы вырваться наружу.
Размеры чёрной дыры определяются как горизонт событий. Чем массивнее чёрная дыра, тем больше радиус сферы, определяемой горизонтом событий, известным как радиус Шварцшильда. Например, если бы Солнце было чёрной дырой, его радиус Шварцшильда составлял бы всего 2,95 км.
Самые маленькие черные дыры примерно в пять раз больше массы Солнца. Верхний предел чёрных дыр звёздной массы примерно в 65 раз превышает массу Солнца.
Объекты со звёздной массой, превышающей 65 масс Солнца, могут образовываться при столкновении и слиянии чёрных дыр. Далее сразу следуют сверхмассивные и ультрамассивные объекты. Диапазон между чёрными дырами звёздной массы и сверхмассивными остаётся неисследованным.
Теперь же НАСА попыталось выяснить диапазон сверхмассивных чёрных дыр. Он начинается с объекта в карликовой галактике под названием J1601+3113, в которой находится чёрная дыра массой около 100 000 масс Солнца и радиусом Шварцшильда чуть меньше половины размера Солнца. Тень объекта распространяется на пространство вокруг горизонта событий, образуя более тёмную область примерно в два раза больше его размера, а на видео эта тень кажется примерно такого же размера, как Солнце.
Сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей галактики, Стрелец A*, имеет массу около 4,3 млн солнечных. Диаметр её тени составляет примерно половину диаметра орбиты Меркурия.
Первая из обнаруженных чёрных дыр, M87*, имеет массу 5,37 млрд масс Солнца. Её тень настолько велика, что даже лучу света, движущемуся со скоростью 1 млрд км/ч, потребуется около двух с половиной дней, чтобы пересечь её.
Две чёрные дыры в центре галактики NGC 7727 имеют соответственно 154 млн и 6,3 млн солнечных масс. Расположенные на расстоянии около 1600 световых лет друг от друга, они могут слиться в течение следующих 250 млн лет.
Одна из крупнейших известных нам чёрных дыр во Вселенной — это TON-618. В 2004 году учёные измерили её массу, которая достигает 66 млрд солнечных. Теоретический верхний предел этого показателя составляет около 50 млрд. При такой массе чёрная дыра будет иметь радиус Шварцшильда более 1300 астрономических единиц. Для сравнения — Плутон имеет орбиту, которая находится примерно в 40 астрономических единицах от Солнца. Таким образом, чёрная дыра могла бы поглотить Солнечную систему. Её тень настолько большая, что лучу света потребовались бы недели, чтобы пересечь её. Однако возраст её света оценивается в 10,8 млрд лет.
«С 2015 года обсерватории гравитационных волн на Земле обнаруживают слияния чёрных дыр с массой в несколько десятков солнечных благодаря крошечной ряби в пространстве-времени, которую вызывают эти события», — отмечает астрофизик Айра Торп. По его словам, слияния сверхмассивных чёрных дыр будут производить волны гораздо более низких частот, которые можно будет обнаружить с помощью космической обсерватории, «в миллионы раз большей, чем её земные аналоги».
С этой целью НАСА сотрудничает с Европейским космическим агентством для разработки миссии LISA, космической антенны лазерного интерферометра, запуск которой ожидается в следующем десятилетии. LISA будет включать созвездие из трёх космических кораблей в треугольнике, которые будут направлять лазерные лучи вперед и назад на миллионы км, чтобы точно измерить расстояние между ними. Это позволит обнаруживать проходящие гравитационные волны от слияния чёрных дыр с массой до нескольких сотен миллионов масс Солнца.
Ранее астрономы получили изображение тени чёрной дыры в центре галактики Messier 87 (M87) и мощную струю-джет, вылетающую из неё. Благодаря новому снимку учёные смогут лучше понять, как чёрные дыры могут запускать такие энергичные струи.
