В центре Млечного Пути скрывается гигантская черная дыра, масса которой в несколько миллионов раз превышает массу Солнца. Как и все черные дыры, это сверхмассивное чудовище — Стрелец А* — поглощает все, что подбирается слишком близко, включая свет. Однако поглощение материи — лишь один из способов достичь ошеломляющего веса и астрономических размеров. Ученые часто говорят о черных дырах, как о гигантских объектах. Важно понимать, что чаще всего они имеют в виду массу, а не физический размер. Возникает очевидный вопрос: сколько места занимают различные типы черных дыр?
Весовые категории черных дыр
Чаще всего черная дыра образуется, когда массивная звезда (более 8 солнечных масс) достигает конца своей жизни. После истощения запасов горючего вещества собственная гравитация звезды заставляет ее быстро схлопнуться. Оставшаяся материя падает к ядру, после чего отскакивает обратно. Этот эпический взрыв называется сверхновой. Результатом этого процесса, в зависимости от массы звезды на момент взрыва, может быть нейтронная звезда или черная дыра.
Однако происхождение сверхмассивных черных дыр, масса которых может достигать от миллионов до миллиардов масс Солнца (таких как Стрелец А*), остается неизвестным. Астрономы знают, что чаще всего объекты подобной массы и размера находятся в центрах галактик. Но остается неизвестным — это гиганты формируют вокруг себя галактики, или галактики растят их в своем центре.
Таким образом, ясно, что разные типы черных дыр могут сильно отличаться по массе. Менее очевидно, насколько они отличаются по размеру.
Что, если Солнце и Земля были бы черными дырами
Прежде чем обратиться к размерам черных дыр, давайте сначала рассмотрим два астрономических объекта, с которыми мы больше знакомы: Солнце и Землю.
Наша планета имеет массу примерно 60 в 24 степени килограмма. Это очень внушительное число. Но, в сравнении с любой черной дырой, эта величина ничтожна.
Чтобы создать черную дыру нам понадобится масса, достаточная для того, чтобы гравитация объекта преодолела любые внешние силы, препятствующие коллапсу. Именно поэтому черные дыры массой с Землю не могут существовать — им просто не хватило бы энергии, чтобы провалиться в самих себя.
Считается, что в центре черной дыры находится бесконечная гравитационная яма в ткани пространства-времени, называемая сингулярностью. Плотность этой ямы абсолютна, и все, что ее достигает, остается там навсегда. Граница черной дыры на ее внешнем краю, за которой ничто не может преодолеть ее гравитационного притяжения, в том числе и свет, называется горизонтом событий. Место, где начинается горизонт событий для объектов разных масс, впервые было определено немецким астрономом Карлом Шварцшилом в 1916 году и названо гравитационным радиусом. Гравитационный радиус показывает, насколько сильно нужно сжать любой астрономический объект, чтобы он стал черной дырой.
Например, чтобы превратить Землю в черную дыру, всю ее массу необходимо уместить в сферу с радиусом около 2 см. Можете себе представить все, что есть на земле в спичечном коробке? Если солнце превратить в черную дыру, то ее диаметр составит чуть более 6 километров.
Самые маленькие черные дыры
Ученым сложно найти черные дыры. Они, в отличие от звезд, поглощают свет, попавший в горизонт событий. Однако некоторые черные дыры обладают аккреционным диском — скоплением излучающих свет частиц. Именно благодаря этому свечению астрономы могут обнаружить невидимые иначе объекты.
Еще один способ найти в бескрайнем космосе черную дыру — заметить ее влияние на другие видимые объекты, включая звезды. Например, предположение о наличии в центре нашей галактики сверхмассивной черной дыры (Стрелец А*) было выдвинуто после того, как траектории движения семи звезд, находящихся там, не получилось объяснить без наличия еще одного невидимого массивного тела.
С помощью этих методов астрономическое сообщество обнаружило множество кандидатов в черные дыры, включая и самую маленькую из известных на данный момент. Она расположена в двойной системе под названием GRO J1655-40. Видимая звезда в этой системе отбрасывает газ в черную дыру, отдавая достаточно энергии для питания микроквазара.
Диаметр GRO J1655-40 составляет чуть больше 30 км.
Размеры черных дыр
Стрелец А* расположен примерно в 26 000 световых годах от нашей системы. Ее размер в 17 раз превышает размеры Солнца. И, не смотря на то, что она весит 4 миллиона солнечных масс, размеры сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути малы в сравнении с некоторыми другими сверхмассивными, находящимися в центрах других галактик.
Самая большая, из известных на данный момент черных дыр, находится в скоплении Abell85. В основе скопления находится галактика Holmberg 15A. Вот ее центр поражает воображение, даже находясь за 700 миллионов световых лет от нас.
Сверхгигант обладает 40 миллиардами солнечных масс, или примерно 2/3 массы всех звезд Млечного Пути. Ее диаметр равен диаметру солнечной системы. Это поразительный размер, который не укладывается в сознании. Но мы можем найти объекты и еще больше. Радиус наблюдаемой Вселенной составляет 46,5 миллиардов световых лет. И астрономы только недавно приступили к активному изучению черных дыр. Всего полтора года назад мы впервые, благодаря телескопу Event Horizon, получили первое изображение черной дыры. А с новыми телескопами, строящимися на поверхности и готовящимися к подъему на орбиту, невозможно сказать, сколько еще подобных или гораздо больших гигантов мы сможем обнаружить уже в ближайшее десятилетие.
