Черните дупки са най-големите неща във Вселената.
За разлика от звездите и планетите, те нямат физическо ограничение на размера
и могат да растат безкрайно. Макар и всъщност, конкретни неща трябва да се случат, за да се родят
различните видове черни дупки, от мънички такива до най-големите обекти във Вселената.
Та как растат черните дупки и колко големи са най-големите?
Това видео няма да обсъди как черните дупки работят и как се образуват, понеже разгледахме това в
поредицата ни за черните дупки и неутронните звезди, може да ги разгледате после. Сега се интересуваме
от това да намерим най-голямото нещо във Вселената. Нека започнем с най-малкия мащаб.
Първични черни дупки
Най-малките черни дупки може и да не съществуват. Ако съществуват, те са вероятно най-старите
обекти във вселената, по-стари дори от атомите. Те биха се образували едва след Големият взрив,
когато Вселената била толкова плътна с бушуваща енергия, че всяко малко късче
с малко по-голяма плътност от своите съседи би могло да създаде черна дупка.
Най-малката черна дупка, която може все още да съществува, би била около трилион
килограма, с масата на голяма планина. И въпреки това, не би била по-голяма от протон.
Първична черна дупка с масата на Земята би имала размера на монета, горе-долу.
Това ги прави много трудни за откриване, заради което все още не сме ги наблюдавали, но
ако съществуват, те може и да са загадъчната тъмна материя, която задържа галактиките.
Нека продължим с видовете черни дупки, които знаем със сигурност, че съществуват.
Звездни черни дупки
За да създадем черна дупка, трябва да притиснем материя толкова плътно, че да претърпи колапс.
После, колкото повече материя погълне, толкова повече расте. Във Вселената днес,
само най-бурните космични събития могат да създадат нужните условия, например сблъсъка
на неутронни звезди или когато в свръхнова, ядрото на огромни звезди претърпи колапс.
За да имаме мерна единица, ще използваме масата на Слънцето, около 2 квинтилиона кг. (с 30 нули)
Най-малката черна дупка, която познаваме, има 2.7 слънчеви маси,
което е сфера с диаметър около 16 км., достатъчно, за да покрие Париж.
Друга лека черна дупка е партньорът на червения гигант V723 Mon.
Тази звезда е 24 пъти по-голяма от нашето Слънце, с диаметър 30 милиона километра. Въпреки това,
тя е подмятана от мъничка черна дупка, широка едва 17.2 км. Това малко нещо, което тормози
звездата, е толкова малко, че едва можем да покажем сравние.
Сред най-големите звездни черни дупки, които познаваме, е M33 X-7. В момента прекарва дните си,
като поглъща син гигант със 70 слънчеви маси. Докато откраднатата материя се завърта около нея
като във водовъртеж, триенето нагрява материята дотолкова, че свети
500,000 по-ярко от Слънцето! Въпреки това, X-7 е „едва“ 15.65 слънчеви маси
и широка 92 км., едва достатъчно, за да засенчи Корсика.
За да пораснат повече, черните дупки трябва или да погълнат много звезди, или още по-добре:
да се слеят. Инструментите, с които долавяме тези сливания са съвсем нови, затова откриваме
много вълнуващи неща в момента. Например две масивни черни дупки, които доловихме
в галактика на 17 млрд. светлинни години от нас. Докато са се въртели една около друга, те излъчили
повече енергия под формата на гравитационни вълни, отколкото светлината на всяка звезда в Млечният път
за 4400 години. Новообразуваната черна дупка е с размера на Германия и 142 слънчеви маси.
И тук достигаме изненадващ скок в мащаба.
Има много черни дупки до 150 слънчеви маси. После, дълго време няма нищо.
Тогава изведнъж откриваме черни дупки, които са милиони пъти по-масивни.
Това е малко объркващо, защото имахме идеята, че черните дупки постоянно растат.
Но за най-масивните черни дупки, този процес не е достатъчно бърз, за да обясни
съществуването им днес. Вселената просто не е остаряла достатъчно, за да имат те времето
да се образуват чрез хранене със звезди или сливане. Трябва нещо друго да се е случило.
За да обясним как се е стигнало до най-големите черни дупки във Вселената, може би ни трябват
най-големите звезди, които някога съществували: Квазизвезди. За да представим размера им, ще ги
сравним с най-големите звезди, които съществуват днес. Слънцето е като песъчинка в сравнение с тях.
Не знаем дали квазизвездите наистина съществували, но са интересна коцепция, що се отнася до
развитието на големите черни дупки. Идеята е, че младата Вселена била толкова плътна,
че квазизвездите биха могли да пораснат хиляди пъти по-тежки от Слънцето. Ядрото на такава звезда
може да бъде смачкано дотолкова от цялата тежест, че да претърпи колапс в черна дупка
докато звездата още се оформя. За разлика от звездите днес, които биха се самоунищожили в
процеса, в квазизвездите може да се е появил баланс. Гравитацията притиска свръхмасивната
звезда, което храни черната дупка и нагрява материята дотолкова,
че радиационното налягане прави звездата стабилна. Така тези бързорастящи черни дупки може би се
хранели с квазизвездата в продължение на милиони години, растейки много повече от днешните звездни
черни дупки. Черни дупки, които са хиляди пъти по-масивни от Слънцето и по-широки от цялата Земя.
Тези черни дупки може да са станали семената на свръхмасивни черни дупки.
Свръхмасивни черни дупки
Сега, ние достигаме царете на нашата Вселена, най-големите тела, които съществуват.
В центъра на повечето галактики има свръхмасивна черна дупка. Те са чудовищни.
В Млечният път си имаме Сагитариус А*, свръхмасивна черна дупка с масата на
около 4 милиона слънца. Тя е спокойна и просто върши своите неща. Знаем че тя е там,
защото можем да видим няколко звезди, които са подхвърляни от празнота, на пръв поглед.
Въпреки невероятната си маса, радиусът ѝ е все още
едва 17 пъти колкото слънцето. По-малка от повечето големи звезди, но милиони пъти по-тежка.
Свръхмасивните черни дупки са много масивни и се намират в галактичните центрове, заради което
много хора си представят, че са като Слънцето в Слънчевата система. Котва, която
държи всичко останало в орбита. Това разбиране е погрешно. Докато
Слънцето представлява 99.86% от масата на всичко в Слънчевата система, свръхмасивните черни дупки са
0.001% от масата на галактиката си обикновено. Милиардите звезди в галактиките не са гравитационно
свързани с тях, вместо това гравитационният ефект на тъмната материя ги придържа.
Много свръхмасивни черни дупки не са нежни гиганти, особено ако се хранят с
прашните облаци в своите галактики. Тази в центъра на галактиката BL Lacertae galaxy поглъща
толкова много материя, че създава плазмени струи, ускорени до близо скоростта на светлината.
Ако Земята обикаляше това голямо тяло, то щеше да изглежда 115 пъти по-голямо от слънцето...
... и бързо щяхме да станем на въглен заради горещия акреционен диск.
Оттук насам, черните дупки стават толкова големи, че звездите изглеждат миниатюрни в сравнение с тях.
Галактиката Cygnus A има свръхмасивна черна дупка с 2.5 млрд. слънчеви маси и е широка 14.7 млрд.
километра, тоест ако заместеше слънцето ни, щеше да погълне всички планети и да се простре
наполовина до края на Слънчевата система. Поглъща толкова много маса и материя, че
изстрелва дисковете си в нещо като магнитна фуния, бълвайки гас и създавайки огромни 'радиоуши',
които се извисяват над галактиката, с диаметър половин милиона светлинни години, 2.5 Млечни пътя.
Друга много голяма свръхмасивна черна дупка седи в галактиката М87.
Има 6.5 млрд. слънчеви маси и беше първата черна дупка, която успяхме да снимаме.
Или по-скоро светещия газ около ръба на застрашителна сянка.
Тази сфера от тъмнина е толкова голяма, че покрива цялата Слънчева система.
И все пак, има мащаб дори над обекти като тези...
Ултрамасивни черни дупки
Сега достигаме най-масивните черни дупки, вероятно най-големите тела, които някога ще съществуват.
Тези черни дупки са поглъщали толкова много, че са пораснали до десетки милиарди слънчеви маси.
Гравитацията им е двигателя на квазари - акреционни дискове, светещи по-ярко от хиляди галактики,
пълни със звезди. Толкова масивни, че заслужават своя собствена титла - Ултрамасивни черни дупки.
Ултрамасивната черна дупка в центъра на галактиката OJ 287 е 18 млрд. слънчеви маси.
Толкова голяма е, че има свръхмасивна черна дупка, 40 пъти по-голяма от Сагитариус А* в
орбита около себе си! Те са просто невъобразими и е трудно да бъдат сравнени с нещо.
Можем спокойно да поберем три слънчеви системи в редица вътре.
Нека приключим тази луда надпревара с царя на царете.
TON 618, черна дупка, която наблюдаваме как поглъща маса, колкото цели галактики.
Свети с яркостта на сто билиона звезди, видима от 18 милиарда светлинни години.
Има впечатляващите 66 млрд. слънчеви маси. Черната дупка е толкова голяма, че светлината
трябва да пътува седмица, за да достигне от хоризонта на събитията до сингулярността. Около 11
Слънчеви системи в редица могат да се поберат вътре. Може наистина да е най-голямото
тяло във Вселената. Но всъщност, тя сигурно е още по-голяма.
Понеже TON 618 е много далеч, можем да видим само как е изглеждала преди 10 млрд. години.
Във всеки случай, черните дупки са страшни, загадъчни,
и колосални. Те ще продължат да съществуват, докато Вселената гасне, и ще растат все по-големи.
Сега, нека направим пътешествието отново. От най-малката черна дупка
до най-голямата...
[Всъщност, малко излъгахме. Не е възможно да сравняваме черните дупки така.]
[За разлика от звездите, има добра информация само за няколко черни дупки. Наблюдаването им е новост.]
[Можем само да наблюдаваме орбитата на близките им звезди и да получим маса чрез законите на Кеплер.]
[Неточностите са големи и нарастват, когато преобразуваме масите в размери.]
[Уравнението на Шварцшилд работи само за теоретични черни дупки, които не се въртят.]
[Някои от споменатите черни дупки може да имат много различен размер.]
[Използвахме различни източници и сметки, за да се доберем до стандартизиран лист. По-точно не може.]
[Повече информация в източниците ни в описанието. Скриптът бе написан със сълзите на експерти.]
[Изрязохме много неща от видеото, но успяхме да запазим част от информацията за стоките ни.]