С помощта на гравитационна леща и суперкомпютри астрономи идентифицират колосалната черна дупка, която е една от най-големите, откривани някога.

Колосалната черна дупка с маса 33 пъти тази на Слънцето, която се крие на 2,7 милиарда светлинни години от Земята в най-ярката галактика от галактичния куп Abell 1201, е била издадена от гигантска дъга от изкривена светлина от фонова галактика, разтеглена и размазана от огромното гравитационно поле на черната дупка.

Космическото чудовище съществува "на горната граница на това колко големи според нас теоретично могат да станат черните дупки", се казва в изявление на авторите на откритието. Но това би могло да бъде само първото от многото космически чудовища, които екипът би могъл да забележи по нощното небе с помощта на тази техника. Откриването на ултрамасивните черни дупки е само първата стъпка към изясняването на това как тези чудовища стават толкова големи, пишат изследователите в статия, публикувана на 28 март в списанието Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Общата теория на относителността на Айнщайн описва как масивни обекти изкривяват тъканта на пространство-времето.

Гравитацията на гигантски куп галактики е огънала и увеличила светлината на далечната спирална галактика Sp1149, правейки нейните спирални ръкави видими и достъпни за изследване от астрономите. Обикновено гравитационните лещи изкривяват структурите на далечни галактики до неузнаваемост. Вложката с надпис 'галактика' показва как би изглеждал Sp1149 без лещи. Кредит: Karen Teramura, University of Hawai'i Institute for Astronomy

Това изкривено пространство на свой ред определя правилата за движение на енергията и материята. Според едно от най-известните предсказания на Общата теория на относителността светлината, която преминава през изключително изкривена област на пространство-времето, се движи, може би без изненада, по крива линия - изкривява се, докато се появи като разтеглена дъга, наречена пръстен на Айнщайн. Астрономите могат да използват този ефект, известен като гравитационно линзиране, за откриване на бледи небесни обекти, които иначе не биха могли да се видят.

Тази черна дупка е огромна, но има ли и още по-големи от нея?

Най-големите чудовища във Вселената

TON 618: 40 милиарда слънчеви маси

Черните дупки са едни от най-масивните единични обекти в космоса, но коя е най-голямата съществуваща такава и колко големи могат да станат те?

Оказва се, че съществува теоретична граница за размера на черните дупки - небесни обекти, които са толкова масивни, че дори светлината не може да ги избегне. Най-голямата пряко наблюдавана черна дупка с потвърдена маса е точно около тази граница.

Това чудовище, наречено подобаващо TON 618, тежи около 40 милиарда слънчеви маси. TON 618 има радиус от над 1000 астрономически единици (AU), което означава, че ако черната дупка е разположена в центъра на Слънчевата система, когато стигнем до Плутон, ще се намираме на по-малко от 5% от пътя от центъра на черната дупка до нейния край.

TON 618 се намира на около 10,37 милиарда светлинни години от Земята. В нощното небе тя се намира на границата между съзвездията Ловджийски кучета (Canes Venatici) и Косите на Вероника (Coma Berenices). Астрономите я забелязват за първи път през 1957 г. при изследване от обсерваторията Тонантсинтла (TON 618 е съкратено от Tonantzintla 618) в Мексико, но не разбират какво представлява. Първоначално те решават, че това е бледба синя звезда, но наблюденията десетилетие по-късно показват, че астрономите са видели интензивно излъчване от материала, падащ в гигантската черна дупка.

TON 618 захранва квазар - един от най-ярките обекти в цялата Вселена с яркост колкото 140 трилиона слънца. Квазарите черпят светлина от гравитационната енергия на централната черна дупка. Материалът около черната дупка пада в нея, като при това се компресира и нагрява, освобождавайки огромни количества радиация. Въпреки че отделни събития като най-мощните свръхнови могат за кратко да засенчат квазарите, те продължават само няколко седмици. За разлика от тях квазарите могат да светят в продължение на милиони години.

Квазарите обаче са толкова далеч, че се появяват само като слаби петна видима светлина дори за най-мощните телескопи, и астрономите ги откриват първо чрез мощните им радиоизлъчвания.

Концепция на художник за квазар. Кредит: NASA

Квазарите всъщност са свръхмасивни черни дупки, които се хранят. Свръхмасивните черни дупки стават огромни чрез комбинация от сливане с други черни дупки и чрез постоянно хранене със заобикалящия ги материал.

Тази скорост на хранене определя границата на размера на черната дупка. Тези космически прахосмукачки могат да погълнат само определено количество материал за определен период от време. Когато материалът попадне вътре, той се нагрява и освобождава радиация (създавайки квазар), но тази радиация нагрява самия материал, като му пречи бързо да попадне в черната дупка. Тази саморегулация предотвратява твърде бързото разрастване на черните дупки. Астрономите могат да изчислят максималната маса на черната дупка, като вземат тази скорост на хранене и я умножат по известната възраст на Вселената, което дава приблизителна максимална маса от около 50 милиарда слънчеви маси.

Това обаче е само приблизителна оценка. Възможно е да има и други, по-екзотични начини за създаване на големи черни дупки, като например директен колапс на големи струпвания на тъмна материя в ранната Вселена. Така че все още е възможно да има още по-масивни черни дупки.

И това предположение се оказва вярно.

Феникс А: 100 милиарда слънчеви маси

Клъстерът Феникс е масивен галактически куп, разположен в едноименното му южно съзвездие Феникс. Това е един от най-масивните известни галактически клъстери, с маса от порядъка на 2 × 10¹⁵ слънчеви маси, и изглежда е най-големият познат източник на рентгенови лъчи във Вселената. Освен това не е известен друг куп, в който горещият газ в централните части да се охлажда толкова много.

Клъстерът се намира на 5,7 милиарда светлинни години (червено преместване z=0,596). Състои се от 42 идентифицирани и понастоящем изброени в астрономическата база данни галактики, въпреки че реалният брой може да достигне до 1000.

Клъстерът Феникс е докладван за първи път през 2010 г. в доклад на Р. Уилямсън и колеги по време на проучване от телескопа SPT (South Pole Telescope in Antarctica - телескоп на Южния полюс в Антарктида). Предполагаемият клъстер Феникс (все още идентифициран чрез числовия си каталожен запис SPT-CL J2344–4243) е отбелязан, че има "най-голямата рентгенова яркост от всеки клъстер", описан в проучването.

Изображение на художник на центъра на клъстера Феникс, показващо централната черна дупка и нейния акреционен диск, който захранва две мощни струи, излъчващи се от ядрото. Кредит: Bill Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Централната елиптична галактика на този клъстер, Феникс А (Phoenix A), има активно галактическо ядро с квазар и все още има несигурна морфология.

Феникс A също съдържа огромни количества горещ газ. Там присъства повече нормална материя от всички останали галактики в клъстера. Данните от наблюдения показват, че горещият газ се охлажда в централните региони със скорост от 3820 слънчеви маси годишно, най-високата, регистрирана някога.

Освен това е подложена на масивно звездно избухване, най-високото регистрирано в средата на галактически клъстер, превръщайки материя в звезди с изключително висока скорост от 740 слънчеви маси годишно.

Сравнение на размера на хоризонтите на събитията на черните дупки на TON 618 и Phoenix A. Орбитата на Нептун (бялото кръгче) е включена за сравнение. Кредит: Wikimedia Commons

Централната черна дупка на клъстера Феникс е двигателят, който задвижва както ядрото на галактиката Феникс А, така и релативистичните струи, които произвеждат вътрешните кухини в центъра на клъстера. Доказано е, че Феникс А има много по-екстремни характеристики, като адиабатните модели са близо до теоретичните ограничения.

Тези модели, както се предполага от статията, са показателни за централна черна дупка с изчислена маса от порядъка на 100 милиарда слънчеви маси, вероятно дори надвишаваща тази маса, въпреки че самата маса на черната дупка все още не е измерена чрез орбитална механика. Такава голяма маса я прави една от най-масивните черни дупки, известни във Вселената.

Черна дупка с такава маса има:

• 24 100 пъти масата на черната дупка в центъра на Млечния път (Стрелец A*)
• огромен хоризонт на събитията с диаметър на Шварцшилд от 590,5 милиарда километра (3900 астрономически единици), ако приемем, че е невъртяща се черна дупка, 100 пъти разстоянието от Слънцето до Плутон
• обиколка, която ще отнеме 71 дни и 14 часа, за да се измине със скоростта на светлината.

Такава висока маса може да я постави в предложената категория на изключително големи черни дупки (SLAB), черни дупки, които може да са били посяти от първични черни дупки с маси, които могат да достигнат 100 милиарда слънчеви маси или повече, по-големи от горната максимална граница за най-малко светещи нарастващи черни дупки, разположени в дискови галактики от около 50 милиарда слънчеви маси Централната черна дупка поглъща материя и нараства със скорост от 60 слънчеви маси всяка година.

Източници:

Gargantuan black hole 30 billion times the mass of the sun is one of the largest ever discovered, Live Science

What's the biggest black hole in the universe?, Live Science

Phoenix Cluster, Wikipedia.org

Още по темата

24/02/2023

Космос

"Джеймс Уеб" откри галактики, които не би трябвало да съществуват

24/02/2023

Космос

Това не са звезди. Това са черни дупки

05/01/2022

Космос

Едно и също ли са черните дупки и тъмната материя? Астрофизиците променят обясненията на учебниците

07/01/2021

Космос

Дали първичните черни дупки са породени от бебета вселени от мултивселената?