ГИГАНТЫ

В центре почти каждой крупной галактики находится сверхмассивная чёрная дыра. Их масса варьируется от миллионов до десятков миллиардов солнечных масс.

Например, дыра в центре галактики TON 618 имеет массу 66 миллиардов Солнц. Её горизонт событий настолько велик, что свету потребовалось бы несколько недель, чтобы просто пересечь его диаметр.

Когда сверхмассивная дыра активно поглощает газ и пыль, она превращается в квазар — самый яркий объект во Вселенной. Аккреционный диск вокруг такой дыры может светить ярче, чем тысячи галактик вместе взятых.

Джеты (струи плазмы), выбрасываемые квазарами, могут простираться на сотни тысяч световых лет, влияя на формирование звезд во всей галактике.

Идея о существовании массивных объектов в центрах галактик впервые появилась в 1960-х годах. Астрономы заметили, что некоторые галактики испускают необычно большое количество энергии из своих центров. В 1964 году Эдвин Салпетер и Яков Зельдович независимо предложили, что источником этой энергии могут быть аккрецирующие чёрные дыры.

Прорыв произошёл в 1990-х годах с запуском космического телескопа "Хаббл". Астрономы смогли измерить скорости звёзд и газа в центрах галактик и обнаружить, что они вращаются вокруг невидимых массивных объектов. В 1994 году было подтверждено существование сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики — Стрельца A*.

Современные исследования с помощью телескопа Event Horizon Telescope в 2019 году получили первое изображение тени чёрной дыры в галактике M87, подтвердив теоретические предсказания о структуре и свойствах этих объектов.

Существует две основные теории формирования сверхмассивных чёрных дыр. Первая — "снизу-вверх": массивные звёзды первого поколения (популяция III) коллапсируют в чёрные дыры массой 100-1000 солнечных, которые затем растут путём аккреции и слияний.

Вторая теория — "сверху-вниз": в ранней Вселенной напрямую коллапсируют огромные облака газа, образуя "семенные" чёрные дыры массой 10 000-100 000 солнечных. Это объясняет существование массивных квазаров уже через 800 миллионов лет после Большого взрыва.

Рост сверхмассивных чёрных дыр ограничен процессом Эддингтона — балансом между гравитационным притяжением и давлением излучения. При максимальной аккреции чёрная дыра может удвоить свою массу за 45 миллионов лет, но в реальности рост происходит медленнее из-за различных ограничивающих факторов.

Сверхмассивные чёрные дыры играют ключевую роль в эволюции галактик. Процесс "обратной связи" регулирует звездообразование: активные аккреционные диски генерируют мощные ветры и джеты, которые могут выдувать газ из галактики, останавливая рождение новых звёзд.

Интересно, что масса центральной чёрной дыры коррелирует с массой балджа галактики — примерно 0.1-0.5% от его массы. Это говорит о совместной эволюции чёрной дыры и её галактики-хозяина, хотя точный механизм этой связи до сих пор изучается.

В некоторых случаях сверхмассивные чёрные дыры могут полностью "убить" свою галактику, превратив её в "красную и мёртвую" эллиптическую систему без активного звездообразования. Этот процесс важен для понимания того, почему во Вселенной существует два основных типа галактик.

Стрелец A* — чёрная дыра в центре Млечного Пути, массой 4 миллиона солнечных. Относительно спокойная, но периодически поглощает газовые облака, вызывая кратковременные вспышки рентгеновского излучения.

M87* — сверхмассивная чёрная дыра в галактике Мессье 87, массой 6.5 миллиардов солнечных. Первый объект, чья тень была непосредственно наблюдена телескопом Event Horizon Telescope в 2019 году.

TON 618 — самый массивный известный объект, массой 66 миллиардов солнечных. Находится на расстоянии 10.4 миллиарда световых лет. Её аккреционный диск светит в 140 раз ярче, чем вся Млечная Путь.

Доплеровская спектроскопия измеряет скорости звёзд и газа вокруг центра галактики. По кривым вращения определяется масса невидимого объекта. Этот метод позволил открыть большинство известных сверхмассивных чёрных дыр.

Рентгеновская астрономия обнаруживает горячий газ в аккреционных дисках, который нагревается до миллионов градусов и излучает в рентгеновском диапазоне. Телескопы "Чандра" и "XMM-Newton" специализируются на таких наблюдениях.

Радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (VLBI) позволяет "увидеть" тень чёрной дыры. Телескоп Event Horizon Telescope объединяет данные со радиотелескопов по всей Земле, создавая виртуальный телескоп размером с планету.