Противоречит правилам. Самая большая черная дыра во Вселенной: какую тайну она скрывает

Большинство сверхмассивных черных дыр находятся в центрах галактик. И вокруг них вращаются все звезды. Если в центре Млечного Пути находится черная дыра, масса которой 4 млн раз больше массы Солнца, то это карлик по сравнению с самой большой известной черной дырой. Она называется TON 618 и ее масса в 66 млрд раз больше, чем масса Солнца. Чтобы понять, насколько огромной является черная дыра TON 618, можно представить себе массу всех звезд Млечного Пути, которые превратились в один комок материи. И даже в этом случае будет нахватать еще нескольких миллиардов масс Солнца. Так как же черная дыра TON 618 стала таким огромным космическим чудовищем? Об этом пишет Science Focus.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Что на самом деле произойдет, если приблизиться к черной дыре?

Черные дыры состоят из огромного количества материи, которая скопилась в одном месте и была сжата так плотно, что сильнейшая гравитация объекта не позволяет вырваться свету из ее недр. Но это не значит, что черные дыры поглощают все, что встречается им на пути. Вокруг самой массивной черной дыры в известной Вселенной TON 618 продолжают кружить миллиарды звезд и их не засасывает внутрь этого объекта. На самом деле вырастить черную дыру невероятно сложно.

Для начала, нужно, чтобы материя приблизилась очень близко к черной дыре, чтобы на нее подействовала гравитация черной дыры. Если материя окажется слишком близко, ее притянет гравитация черной дыры, и она резко возрастает по мере приближения.

Гравитация черной дыры увеличивается так быстро, что если бы вы приблизились к ней, то произойдет растяжение вашего тела в виде спагетти. Этот процесс еще называют спагеттификацией. Именно так закручивается материя из звезд и газовых облаков вокруг черной дыры, которые приближаются к ней.

После спагеттификации материя втягивается на орбиту вокруг черной дыры и попадает в закрученный вращающийся диск. Оказавшись в нем материя находится далеко от точки невозврата, то есть горизонта событий черной дыры. Это сфера вокруг черной дыры, которую используют ученые для определения ее размера.

В то время как материя внутри горизонта событий сжимается в бесконечно малое пространство, известное как сингулярность, размер черной дыры — это область пространства, из которой не выходит свет. Это расстояние от сингулярности, на котором нужно двигаться быстрее скорости света, чтобы избежать гравитации черной дыры. Иначе вы станете частью этого космического монстра.

Что на самом деле попадает в черную дыру?

Причина, по которой материя может пересекать горизонт событий, состоит в том, что происходят столкновения частиц в диске вокруг черной дыры. Частицы сталкиваются и передают энергию. Частица, которая получит всю энергию, получит импульс, отталкивающий ее дальше от черной дыры. Но частица, которая потеряет энергию, не может противостоять гравитации и пересекает горизонт событий, чтобы стать частью черной дыры.

Не каждое столкновение приведет к такому резкому обмену энергией. Только когда частица сталкивается в области, известной как самая внутренняя устойчивая круговая орбита (ISCO), она, наконец, пересечет горизонт событий.

ISCO находится примерно в три раза дальше горизонта событий и, как правило, показывает внутренний край вращающегося диска материи. Процесс столкновения частиц, обмена энергией и падения за горизонт событий занимает миллионы лет.

Сколько материи может упасть в черную дыру?

Существует также предел того, сколько материи может притянуть черная дыра за определенное время. Вселенная фактически не дает возможности расти черным дырам, если они становятся слишком прожорливыми.

Это происходит потому, что диск материи, вращающийся вокруг черной дыры, движется и сталкивается с такой невероятной скоростью, что начинает нагреваться из-за трения. Он нагревается до такой экстремальной температуры, что светится. Но это свечение настолько интенсивно, что оно оказывает давление наружу или давление излучения, которое не позволяет большему количеству материи падать внутрь черной дыры.

Существует тонкий баланс между размером черной дыры и количеством материи в ее диске, и когда достигается определенный порог, скорость, с которой она может накапливать материю, ограничивается.

Насколько большими могут стать черные дыры?

Что делает черную дыру TON 618 такой исключительной, так это огромное количество физических процессов, которые стоят на пути роста черной дыры до таких размеров. Хотя давление излучения накладывает ограничение на скорость роста черной дыры, известное как предел Эддингтона, до недавнего ученые не знали, есть ли предел тому, насколько массивной может стать черная дыра.

Насколько известно, предела нет. Теоретически, может происходить объединение черных дыр бесконечно. Но есть предел тому, насколько большими могут вырасти черные дыры с помощью накопления материи.

9 лет назад Эндрю Кинг из Университета Лестера смог оценить максимальную массу, которую может достичь черная дыра с помощью накопления материи – 50 млрд масс Солнца. В то же время Кинг обнаружили странность у гравитации черных дыры и в ее основе лежит положение ISCO, которое, как и горизонт событий, связано с тем, насколько массивна черная дыра. По мере увеличения массы черной дыры ISCO находится дальше.

Проблема для растущей черной дыры заключается в том, что ISCO выходит за пределы так называемого радиуса самогравитации. Расстояние, на котором радиус самогравитации находится вокруг черной дыры, является еще одним фактором, связанным с массой черной дыры, но оно также зависит от объекта, который к ней приближается.

Радиус самогравитации отмечает точку, в которой притяжение гравитации, удерживающее приближающийся объект вместе (самогравитация), сильнее, чем притяжение со стороны черной дыры. Именно поэтому можно увидеть целые галактики, окружающие сверхмассивные черные дыры. За пределами этого радиуса газ в галактике притягивается больше к себе, чем к черной дыре, которая находится в ее центре. Если бы это было не так, газ никогда бы не сжался под действием гравитации для образования звезд. Вместо этого все атомы были бы частью одного гигантского диска, вращающегося вокруг сверхмассивной черной дыры.

Нарушающая правила черная дыра

Именно Кинг указал, что когда черная дыра достигает массы в 50 млрд раз большей, чем у Солнца, ISCO выходит за пределы радиуса самогравитации. Это означает, что независимо от того, сколько столкновений произойдет, любые частицы в диске, вращающемся вокруг черной дыры, никогда не потеряют достаточно энергии, чтобы уменьшить свою орбиту таким образом, что это позволит им достичь ISCO и по спирали попасть в черную дыру. Вместо этого притяжение гравитации от всех других частиц в диске всегда будет сильнее, чем притяжение от черной дыры.

Вот почему черная дыра TON 618 так интересна астрономам, ведь она находится выше максимального предела массы для не вращающейся черной дыры. Большинство черных дыр вращаются, что увеличивает массу, которую они могут достичь, прежде чем переместят ISCO за пределы радиуса самогравитации, но это все равно означает, что TON 618 может приближаться к своей максимально возможной массе.

Как уже писал Фокус, редкий взрыв на Солнце привел к изменению магнитного поля Земли. Солнечный ветер оставил магнитосферу нашей планеты без ее привычного хвоста.