Сегодня переводная статья. Есть канал Dr.Becky на Youtube с очаровательной ведущей и на нем сравнительно свежее видео: про пять типов черных дыр. Из тех, что я люблю: со ссылками на журнальные статьи, на хорошем уровне, с юмором — и ведущая привлекательная. Я его перескажу, а в конце дам ссылку на материал, который видео прекрасно дополняет.
Зовут ведущую Becky Smethurst.
Она сначала выделяет четыре типа черных дыр по массе: первичные, звездных масс, сверхмассивные черные дыры и квазары. Немного рассказывает о том, что из-за горизонта не вырваться, потому что нужна скорость выше световой, а это невозможно. И о том, что масса не имеет значения, важна только плотность. Упакуй микрограмм в достаточно малый объем — и всё получится.
Сейчас это сложно проделать, но в ранней Вселенной условия для таких событий были. Флуктуации плотности приводили к неоднородностям, а их усиливала гравитация. Всего 10% неоднородности хватит, чтобы черная дыра сформировалась. Расчеты показывают, что их масса была порядка нескольких микрограмм. Дана ссылка на статью Хокинга, который в этой теме отметился.
Есть предположение, что такие мелкие черные дыры могут быть той самой темной материей. Впрочем, на канале SpaceTime недавно обсуждали наблюдения, которые сильно сужают диапазон возможных масс и, таким образом, исключают много вариантов. У самой Беки тоже есть видео на эту тему. Также она показывает статью 2019 года, в которой обсуждается такая черная дыра как девятая планета Солнечной системы. И говорит, что очень хотела бы, чтобы это оказалось правдой. Я тоже хотел бы, но не очень верю.
Далее речь идет о черных дырах звездной массы. Гравитационный коллапс→сверхновая→коллапс остатка. Солнцу не хватит массы для такого, а у звезд потяжелее в 20 раз и более — именно такая судьба. В итоге получается черная дыра массой от трех до нескольких десятков Солнц.
В отличие от гипотетических первичных, такие черные дыры многократно наблюдались. Обычно в двойных системах, в которых черная дыра может отбирать вещество у напарницы, и это вещество начинает излучать в ренгеновском диапазоне. Ну и гравитационные волны, которые уже вовсю регистрируются в проекте LIGO-VIRGO. Наконец, когда черная дыра проходит перед звездой, это тоже заметно из-за линзирования. Примеры в видео приведены.
Переходим к сверхмассивным черным дырам. Они живут в центрах галактики имеют массы от миллионов Солнц до сотен миллиардов. Об их происхождении до сих пор ведутся дебаты. Один вариант — черная дыра в ранней галактике, которая часть этой галактики и поглотила. Или первичная черная дыра оказалась крупной и притом в большом газовом облаке, и поглотила его — а потом обзавелась галактикой. Пока неясно.
Мы знаем о черной дыре в центре нашей галактики, потому что наблюдали за движением звезд вблизи центра. Они вращаются вокруг невидимого центра со скоростями в 8% от скорости света. Знаем мы и о том, что в центрах большинства галактик есть такие черные дыры. Недавно было получено изображение черной дыры в центре другой галактики в проекте EHT (Event Horizon Telescope). Изображение — это с натяжкой, ибо там радиодиапазон.
Наконец, квазары. Это тоже сверхмассивные черные дыры, но вокруг них много вещества, которое падает, образует аккреционный диск и светится. Светится так, что квазар может быть самым ярким объектом во всей Вселенной. Название происходит от quasi-stellar object, "почти-звездный объект".
Теперь пятый класс: черные дыры промежуточных масс. Звездные массы — это от 3 до 100 Солнц, сверхмассивные от миллиона и больше; а между что? В этом диапазоне надежно ничего не наблюдалось, хотя такие черные дыры должны были бы существовать.
Еще есть корреляция между размером галактики и массой черной дыры в ее центре, так что в мелких карликовых галактиках могут быть искомые объекты. Но их сложно обнаружить: отдельные звезды не видны, а газ светится недостаточно ярко.
Однако дается ссылка на статью 2005 года, в которой предположительно обнаружена черная дыра массой в несколько сот тысяч Солнц в центре карликовой галактики. Но такую можно считать мелкой сверхмассивной... Другая статья (2020) сообщает об обнаружении (LIGO-Virgo) слияния двух черных дыр в одну, массой 142 Солнца, что формально относится к промежуточным, но можно счесть немного тяжелой черной дырой звездной массы.
Ищут их и в шаровых скоплениях, в которых тесно и черные дыры могли бы слиться в промежуточную. Их находили, потом опровергали, Беки приводит ряд примеров.
Недавно найдена черная дыра в 55 тысяч Солнц новым методом:по линзированию гамма-всплесков. См. также материал по ссылке, там же указано, что предварительно обнаружены черные дыры в 50 тысяч Солнц и в 20 тысяч тоже (разными методами). Это еще не слишком надежно, но работа ведется.
Очень много интересного происходит, на самом деле. И это замечательно.
(Все скриншоты из видео по ссылке выше)