Аннотация: Загадка центра Галактики продолжает интриговать астрономов и физиков по всему миру
СЕРИЯ: НАША ГАЛАКТИКА
БОРИС КРИГЕР
ЗАГАДКА
ЦЕНТРА
ГАЛАКТИКИ
? 2023 Boris Kriger
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or transmitted in any form or by any means electronic or mechanical, including photocopy, recording, or any information storage and retrieval system, without permission in writing from both the copyright owner and the publisher.
Requests for permission to make copies of any part of this work should be e-mailed to krigerbruce@gmail.com
Published in Canada by Altaspera Publishing & Literary Agency Inc.
Центр нашей галактики, Млечный Путь, является объектом огромного научного интереса и множества космических загадок. Он скрыт от прямого наблюдения плотными облаками космической пыли и газа, которые поглощают и рассеивают видимый свет. Несмотря на это, астрономам удается изучать центральные области с помощью радио, инфракрасного, рентгеновского и гамма-излучения.
Самой заметной особенностью центра Галактики является сверхмассивная черная дыра, известная как Стрелец A*. Черная дыра - это астрономический объект с такой мощной гравитацией, что ничто, даже свет, не может покинуть его гравитационное поле после пересечения определенной границы, известной как горизонт событий. Масса нашей галактической черной дыры превышает массу Солнца в четыре миллиона раз, и именно она управляет динамикой близлежащих звезд и газовых облаков.
Загадка центра Галактики продолжает интриговать астрономов и физиков по всему миру. С каждым годом наши телескопы становятся все мощнее, и мы узнаем все больше о этом таинственном регионе космоса, который хранит ключи к пониманию многих фундаментальных процессов, лежащих в основе нашей Вселенной.
ЗАГАДКА ЦЕНТРА ГАЛАКТИКИ
Попытка осмыслить Вселенную с её звездами, планетами и галактиками через призму нашего повседневного опыта подобна попытке понять, что такое океан, глядя на каплю воды. Комета, мчащаяся через космос со своим хвостом из льда и пыли, может показаться нам малой и незначительной, но её реальные размеры зачастую превосходят города, в которых мы живем. Галактики же, с их сверкающими спиралями из миллиардов звезд, так велики, что даже свету требуется многие тысячи лет, чтобы пересечь их от одного края до другого.
Эта книга - ваш проводник в путешествие по необъятным просторам космоса к центру нашей галактики Млечный Путь, где расстояния измеряются не милями, не километрами, а световыми годами, а размеры - не в масштабах нашего привычного земного мира, а в пропорциях, охватывающих целые солнечные системы, скопления звёзд и галактики.
Прежде всего, давайте попробуем представить масштабы Вселенной, начиная с нашей планеты. Если уменьшить Землю до размеров точки, едва различимой на странице книги, то, спутник Земли, Луна будет практически невидимой пылинкой, на еле заметном расстоянии нескольких сантиметров от этой точки. Солнце превратится в апельсин, лежащий на расстоянии около пяти метров от нашей точкообразной Земли.
В таком масштабе, когда мы отходим от нашей Солнечной системы, мы обнаруживаем, что звезды, которые кажутся нам маленькими мерцающими точками, на самом деле могут быть огромными. Некоторые из них, как UY Щита - звезда (красный сверхгигант) в созвездии Щита, по сравнению с нашим Солнцем могут быть величиной с воздушный шар, который заполнил бы весь объем театрального зала. Вдумайтесь - апельсин и воздушный шар...
Млечный Путь - это галактика, в которой находится наша Солнечная система. С Земли этот массив звезд виден как светлая полоса, пересекающая ночное небо, которая содержит миллиарды звезд, расположенных так близко друг к другу, что, кажется, они сливаются в одно целое. Этот вид создается благодаря тому, что мы находимся внутри самой галактики и наблюдаем ее почти в проекции ее плоскости.
Название "Млечный Путь" происходит от латинского "Via Lactea" (Виа Лактэа), что в переводе означает "млечный путь". Это название в свою очередь является переводом из древнегреческого "Γαλαξίας Κύκλος" (Галаксиас Киклос), что буквально означает "молочный круг" или "молочное кольцо".
Согласно одной из древнегреческих легенд, которая повлияла на это название, Млечный Путь возник из молока богини Геры. В мифологии рассказывается, что Зевс принёс младенца Геракла (в римской мифологии Геркулеса) к спящей Гере, чтобы тот мог вскормиться ее божественным молоком, обретя бессмертие. Когда Гера проснулась и отшатнулась от неожиданного гостя, несколько капель ее молока разбрызгались по небу, образовав Млечный Путь.
Таким образом, название "Млечный Путь" имеет корни в древнегреческой мифологии и отражает вид галактики в ночном небе, который напоминает разлитое молоко или полосу из блестящей пыли.
Переходя к масштабам нашей галактики, Млечный Путь, а именно так называется наша Галактика, представляет собой огромный вихрь звезд, простирающийся на тысячи световых лет во всех направлениях. В центре этого вихря находится гигантская чёрная дыра, Стрелец A*, которая, несмотря на свои четыре миллиона солнечных масс, в масштабе, где Земля - точка, будет размером с маленький мраморный шарик, но с массой, способной притянуть к себе всё, в своём окружении.
В масштабе, где Земля - точка диаметром в 1 миллиметр, Млечный Путь будет иметь диаметр примерно в шесть раз больше, чем реальное расстояние от Земли до Луны. Вдумайтесь в это сравнение.
Если мы взглянем еще шире, то увидим, что ближайшие к нам галактики, такие как Андромеда, находятся на расстоянии, которое свет преодолевает за миллионы лет. Эти расстояния настолько велики, что они измеряются не в километрах или даже световых годах, а в мегапарсеках, где один парсек равен примерно 3.26 световых года.
Термин "парсек" происходит от сочетания слов "параллакс" (parallax) и "секунда" (second), и представляет собой единицу измерения расстояния в астрономии. Одна угловая секунда - это очень малый угол. Парсек как единица измерения так полезен, потому что позволяет астрономам использовать земную орбиту как "базовую линию" для измерения расстояний до звезд без необходимости выхода в космическое пространство. Другими словами, если бы можно было увидеть астрономическую единицу - расстояние от Земли до Солнца - под углом в одну угловую секунду, то это расстояние и было бы один парсек.
Вселенная, в которой мы живем, содержит миллиарды галактик, каждая из которых содержит миллиарды звезд. Наблюдаемая часть этой Вселенной - это сфера с радиусом около 46.5 миллиардов световых лет, что делает ее диаметр почти в 93 миллиарда световых лет. Это число настолько велико, что оно выходит за пределы нашего повседневного понимания расстояний и размеров.
Если мы представим Землю как точку на странице, то наблюдаемая Вселенная будет несравнимо огромной.
Точное сравнение затруднительно, потому что даже если бы мы представили Землю размером с миллиметр, наблюдаемая Вселенная все равно была бы больше, чем любая земная аналогия позволяет представить.
Если бы мы попытались уместить наблюдаемую Вселенную в земные масштабы, то даже самые большие объекты, с которыми мы знакомы, такие как планеты, горы или континенты, были бы ничтожно малы по сравнению с ней. Это подчеркивает, насколько велика Вселенная по сравнению с размерами объектов, существующих на Земле.
Значит Землю надо представить значительно меньшей, чем точка на странице. В масштабе, где Земля представлена, скажем, размером атома водорода, наша галактика Млечный Путь будет сопоставима с радиусом реальной планеты Земля. Вдумайтесь в это сравнение - атом и планета Земля - так соотносятся масштабы нашей планеты с размером галактики.
Теперь, когда мы в какой-то степени определились с масштабами, можно продолжить.
Центр нашей Галактики, Млечный Путь, является объектом огромного научного интереса и множества космических загадок. Он скрыт от прямого наблюдения плотными облаками космической пыли и газа, которые поглощают и рассеивают видимый свет. Несмотря на это, астрономам удается изучать центральные области с помощью радио, инфракрасного, рентгеновского и гамма-излучения.
Самой заметной особенностью центра Галактики является сверхмассивная черная дыра, известная как Стрелец A*. На русском языке астрономы произносят это название "Стрелец A*" как "Стрелец А со звездочкой".
На английском же это будет звучать как "Sagittarius A-Star" "Сагиттариус А стар"
Черная дыра - это астрономический объект с такой мощной гравитацией, что ничто, даже свет, не может покинуть его гравитационное поле после пересечения определенной границы, известной как горизонт событий.
Масса нашей галактической сверхмассивной черной дыры превышает массу Солнца в четыре миллиона раз, и именно она управляет динамикой звезд и газовых облаков в центре галактики. Вокруг черной дыры вращается ряд объектов, в том числе искривленные облака газа, которые, как полагают ученые, могут быть звездами, утратившими часть своего вещества из-за приливных сил Стрельца A*.
Итак, Стрелец A* (Саггиттариус A*) -название, данное компактному источнику интенсивного радиоизлучения, который расположен в центре нашей галактики, Млечного Пути. Этот объект находится в направлении созвездия Стрелеца, откуда и произошла первая часть его названия. Созвездие Стрелец известно тем, что через него проходит плоскость нашей галактики Млечного Пути, и оно содержит множество туманностей и звездных скоплений. Многие спиральные галактики, в том числе и Млечный Путь, напоминают внешне плоский блин с утолщением в центре. Это утолщение, часто называемое балджем (от англ. bulge балдж - "выпуклость"), содержит большое количество звёзд и часто окружает центральную сверхмассивную черную дыру. Блинчатая структура спиральной галактики образована её диском, который содержит большинство звезд, пыли и газа, распределённых в виде спиральных рукавов. Мы находимся как бы в плоской части этого блина. Наша Солнечная система находится примерно в двух третях от центра Млечного Пути и практически в плоскости галактического диска. Это означает, что когда мы смотрим на ночное небо в направлении галактического экватора, мы видим множество звёзд, пыли и газа, составляющих Млечный Путь - наш "галактический блин".
Буква "A" в обозначении объекта Стрелец A* указывает на то, что он является одним из самых ярких радиоисточников в этом регионе неба. В астрономической номенклатуре часто используются буквы латинского алфавита для ранжирования источников по яркости или порядку обнаружения в определенной области.
Звездочка в конце обозначения подчеркивает компактность и особую важность этого радиоисточника. В контексте Стрельца A она свидетельствует о том, что речь идет не просто о ярком радиоисточнике, а о чрезвычайно плотном и массивном объекте, который мы сегодня знаем как сверхмассивную черную дыру в центре галактики.
Таким образом, Стрелец A* обозначает компактную радиоизлучающую черную дыру в созвездии Стрельца, которая является одной из самых значимых особенностей нашей галактики и играет ключевую роль в понимании структуры и динамики Млечного Пути.
Чтобы найти созвездие Стрелеца на ночном небе, начните с выбора подходящего времени года - лучше всего с июня по сентябрь в Северном полушарии и зимой в Южном полушарии, когда созвездие поднимается высоко над горизонтом после наступления темноты. Ищите место с темным небом, подальше от городских огней, чтобы световое загрязнение не мешало вашим наблюдениям.
Стрелец находится в самой плотной и звездной части Млечного Пути, что делает его особенно приметным на фоне ночного неба. Если условия позволяют увидеть Млечный Путь, то Стрелец будет недалеко. Соседство с другим заметным созвездием - Скорпионом, который легко узнать по ярким звездам и характерной форме "жала", также поможет вам в ориентировании. Стрелец располагается непосредственно к востоку от Скорпиона.
Для дополнительной помощи в поиске и идентификации звезд и созвездий всегда можно использовать астрономические карты или мобильные приложения, которые показывают звездное небо в реальном времени и помогают ориентироваться среди звездных образований.
Другая интересная характеристика центра галактики - это так называемый галактический балдж (bulge), это выпуклость, состоящая из звезд, газа и пыли, которая тянется над и под галактическим диском. В балдже сосредоточено множество старых звезд и звездных скоплений, что делает его важной лабораторией для изучения звездной эволюции и химического состава ранней Вселенной.
Вдобавок, центр галактики обладает высокой концентрацией космических аномалий и экзотических объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры, а также источники мощного излучения, чье происхождение до конца не изучено. Интенсивное гамма-излучение, эмитируемое из центра Галактики, может свидетельствовать о процессах, происходящих вблизи горизонта событий черной дыры или об аннигиляции гипотетической темной материи.
Галактика удерживается от коллапса на свою центральную сверхмассивную черную дыру благодаря нескольким ключевым факторам. Во-первых, звезды, двигаясь по орбитам вокруг центра галактики, испытывают центробежную силу, которая противостоит гравитационному притяжению черной дыры. Этот процесс схож с тем, как Земля вращается вокруг Солнца, и не падает на него благодаря своему орбитальному движению.
Далее, гравитационное поле галактики формируется не только за счет черной дыры, но и благодаря совокупной массе всех звезд, планет, газов, пыли и, что особенно важно, темной материи, равномерно распределенных по ее объему. Так называемая гипотетическая темная материя играет значительную роль, так как она, как считается, составляет большую часть массы галактики и создает дополнительное гравитационное поле, которое помогает противодействовать гравитационному сжатию.
Галактика находится в состоянии динамического равновесия: гравитационные силы уравновешены силами, возникающими в результате движения звезд и газовых облаков. Если бы звезды стремились падать в центр, их скорость возрастала бы, увеличивая центробежную силу, которая в свою очередь сопротивляется гравитации.
Важную роль играет также угловой момент, которым обладают звезды и газовые облака.
Давайте представим угловой момент на примере, который понятен даже ребёнку: взяв в руки волчок и раскрутив его, мы наблюдаем, как он вращается на столе. У волчка есть угловой момент - это и есть мера его вращения.
Масса волчка и то, как быстро он крутится, вместе определяют его угловой момент. Если волчок вращается быстро, его сложно остановить - это показывает, что у него большой угловой момент. Если он вращается медленно, его легче остановить, и его угловой момент меньше.
Теперь представим, что волчок - это Земля, вращающаяся вокруг Солнца. Земля не останавливается и продолжает вращаться вокруг Солнца, потому что у неё есть угловой момент. Если бы на Землю не действовали другие силы (как если бы мы не трогали волчок, не было бы сопротивления воздуха, земной гравитации и силы трения - волчок бы не останавливался), так и Земля продолжает вращаться вокруг Солнца без остановки, потому что угловой момент сохраняется.
Это касается и других объектов в Галактике. Так же как волчок продолжает крутиться, пока его не остановишь, так и космические объекты продолжают своё вращение, пока на них не подействует какая-то внешняя сила.
Для падения на черную дыру масса должна сбросить значительную часть своего углового момента, что является процессом, требующим времени и происходящим не мгновенно, обычно через динамические взаимодействия или излучение.
Таким образом, черные дыры, даже очень гигантские, (а в нашей галактике далеко не самая большая) не могут просто поглощать всё вокруг, поскольку их способность "всасывать" материю ограничена законами физики, которые управляют движением и взаимодействиями внутри галактик.
Черные дыры в центрах галактик имеют огромную массу, но эта масса составляет лишь малую долю от общей массы галактики. Например, масса черной дыры в центре Млечного Пути, известной как Стрелец A*, составляет, как мы сказали, около 4 миллионов солнечных масс, тогда как масса всей галактики исчисляется триллионами солнечных масс.
Галактики вращаются не только из-за гравитационного притяжения их центральных черных дыр. В действительности динамика вращения галактики определяется распределением всей ее массы, включая гипотетическую темную материю, звезды, планеты, газ и пыль. Центральная черная дыра вносит вклад в гравитационный потенциал, но гораздо большее влияние оказывает распределенная масса галактики в целом.
Темная материя, которая, как считается, составляет значительную часть массы галактики, играет ключевую роль в создании гравитационного поля, которое удерживает галактику вместе и определяет кривую вращения галактики. Эта кривая показывает, что внешние регионы галактик вращаются с неожиданно высокой скоростью, что не соответствует ожидаемому вращению, если бы вся масса была сосредоточена в центре.
Если бы темной материи во Вселенной не существовало, это потребовало бы серьезного пересмотра наших современных теорий и понимания космологии. В таком мире астрофизики были бы вынуждены искать альтернативные объяснения для ряда астрономических наблюдений, которые сегодня мы связываем с влиянием темной материи, чью физическую основу нам так и не удалось обнаружить.
Одним из таких объяснений могла бы стать модифицированная ньютоновская динамика, или МОНД, теория, предлагающая изменения в законах движения на огромных масштабах. Эта теория могла бы предложить, что наше текущее понимание гравитации неполно и что законы Ньютона не работают должным образом в галактических и межгалактических масштабах.
Альтернативные теории гравитации, возможно, уходящие корнями в общую теорию относительности Эйнштейна, также могли бы предоставить рамки для объяснения гравитационных аномалий, обнаруживаемых на космических расстояниях. Некоторые из этих теорий, включая теории с дополнительными измерениями пространства, могли бы предложить совершенно новый взгляд на структуру пространства-времени.
Было бы также возможно, что галактики являются самосогласованными системами, которые не требуют дополнительной невидимой массы для их стабильности и вращения. Это предположение может означать, что механизмы формирования и эволюции галактик гораздо более сложны, чем мы предполагаем.
Другое предложение может заключаться в том, что существуют неизвестные формы материи и энергии, отличные от темной материи, которые до сих пор не были обнаружены, но которые могут играть ключевую роль в гравитационных процессах на универсальных масштабах.
И наконец, хотя это крайне маловероятно, существует теоретическая возможность, что современная интерпретация астрономических данных неверна, и это искажение приводит нас к ошибочному заключению о существовании темной материи.
Так или иначе, отсутствие темной материи ведет к научной революции, где поиск новых теорий и объяснений становится жизненно важным для понимания самой ткани нашей Вселенной.
Скорость, с которой Солнечная система вращается вокруг центра нашей галактики - Млечного Пути - зависит от суммарной массы всех объектов, которые находятся внутри нашей орбиты галактики. Это включает в себя массу всех звезд, планет, газов, пыли, а также темной материи, которая, согласно современным научным представлениям, составляет значительную часть общей массы галактики.
Движение Солнечной системы определяется гравитационным воздействием этой обширной массы, и эта сила гравитации уравновешивается центробежной силой, возникающей из-за орбитального движения. В результате Солнечная система вращается вокруг галактического центра по приблизительно круговой орбите.
Важно отметить, что, когда мы говорим о гравитационном воздействии "всех объектов внутри нашей орбиты", мы имеем в виду не только физические объекты, такие как звезды и планеты, но и распределенную массу, включая темную материю, которая не наблюдается напрямую, но проявляет себя через гравитационное воздействие на видимые объекты и радиационные процессы в галактике.
Также следует упомянуть, что наблюдаемое вращение галактик, включая Млечный Путь, привело к одному из первых свидетельств существования темной материи: скорости вращения на больших расстояниях от центра галактик оказались выше, чем ожидалось на основе видимой массы. Это предполагает наличие дополнительной невидимой массы, которая способствует гравитационному воздействию, необходимому для поддержания наблюдаемых скоростей вращения.
Загадка центра Галактики продолжает интриговать астрономов и физиков по всему миру. С каждым годом наши телескопы становятся все мощнее, и мы узнаем все больше об этом таинственном регионе космоса, который хранит ключи к пониманию многих фундаментальных процессов, лежащих в основе нашей Вселенной.
О местонахождение центра Галактики в районе созвездия Стрельца было известно, но долгое время там не обнаруживалось никаких заметных космических объектов.
В начале тридцатых годов двадцатого века инженер Карл Янский, работая на испытательном полигоне телефонной компании Белл, занимался изучением источников помех для радиосвязи. Он построил специализированную антенну и заметил постоянный шум неясного происхождения, который менял свое положение в течение дня. Сначала Янский думал, что это связано с Солнцем, но позже понял, что источник шума находится в направлении центра нашей галактики. Таким образом, он невольно заложил основу для радиоастрономии.
Позже, в середине тридцатых, Ребер Гроут, любитель радио из Иллинойса, построил в саду своего дома первый радиотелескоп с параболическим зеркалом и с его помощью сделал карту неба в радиоволнах, где выделились яркие радиоисточники и центральные области Млечного Пути.
К началу шестидесятых годов было выяснено, что очень близко к галактическому центру находится мощный радиоисточник Стрелец А, и в середине шестидесятых подтвердилось, что в центре Галактики есть малое ядро, связанное с этим источником.
В начале семидесятых годов благодаря радионаблюдениям стало известно о сложной структуре радиоисточника в созвездии Стрельца. Исследователи обнаружили, что этот радиоисточник состоит из двух разных областей: одна из них излучает радиоволны не из-за тепла, а другая представляет собой облако из горячего газа. Более поздние исследования показали, что обе эти области окружены горячим газом, и одна из них, Стрелец A*, имеет вращающийся аккреционный диск.
До конца шестидесятых годов галактическое ядро было сложно исследовать, потому что плотные облака космической пыли блокировали видимый свет и затрудняли наблюдения в радиоволновом спектре.
С развитием инфракрасной астрономии, которая может "видеть" сквозь космическую пыль, стало возможно изучать центральные области Галактики. Первые попытки найти инфракрасные источники в этих регионах в сороковых и шестидесятых годах не принесли результатов. Но затем обнаружили объект, который по размерам и положению совпадал с радиоисточником Стрелец A. Позднее, был найден более сложный инфракрасный объект, который включал в себя несколько элементов, в том числе и звезды, расположенные близко к главному источнику.
В середине семидесятых годов начались исследования движения газов вокруг галактического центра, которые помогли оценить массу предполагаемого объекта в центре Галактики. Эти исследования показали, что газ движется симметрично с определенной скоростью, и была сделана одна из первых попыток вычислить массу центрального объекта нашей Галактики.
По мере того, как телескопы становились более мощными, астрономы смогли увидеть в облаке газа, которое окружает центр нашей Галактики, несколько маленьких инфракрасных источников света. В середине семидесятых годов прошлого столетия два астронома составили карту этой области, на которой они обозначили двадцать таких источников. Некоторые из этих точек света оказались теми же, что были обнаружены ранее с помощью радионаблюдений. Обсуждалось, что эти источники могли быть молодыми огромными звездами или даже целыми скоплениями звезд. Другие точки предположительно были плотными облаками газа и пыли, где также могли находиться звезды.
Измерения показали, что скорости движения этих источников были разными, но не превышали определенную величину, а размеры и массы также варьировались в определенных пределах. Расстояние до центра Галактики у них тоже было разным. Масса самого центра Галактики, где, как предполагалось, может находиться черная дыра, была оценена определенной величиной, но из-за возможных ошибок в расчетах существовала вероятность, что в центре может не быть никакого большого тела, а вся масса распределена в области вокруг центра.
Со временем техника наблюдений продолжала улучшаться, и к середине восьмидесятых стало понятно, что центральная черная дыра может находиться там, где расположен один из этих инфракрасных источников. Также было замечено два больших потока ионизированного газа в этом районе, один из которых двигался по круговой траектории вокруг центра Галактики, а другой - по траектории, напоминающей параболу. Исходя из скорости этих потоков, была сделана оценка массы центрального объекта, и она получилась достаточно большой.
В начале девяностых годов прошлого века начал функционировать инфракрасный детектор ШАРП I на большом телескопе Европейской южной обсерватории в Ла-Силла, Чили. Этот детектор мог улавливать изображения в инфракрасном диапазоне и обладал высокой четкостью, позволяя различать очень мелкие детали. Также на том же наблюдательном пункте был установлен спектрометр, который позволял получать трехмерные спектры объектов.
С применением этих передовых инфракрасных детекторов стало возможно рассмотреть отдельные звезды в центральной части нашей Галактики и исследовать их спектры. Было установлено, что многие из них являются молодыми звездами, возраст которых исчисляется лишь несколькими миллионами лет. Это открытие противоречило тогдашним представлениям, так как ранее считалось, что рядом с огромной черной дырой звездообразование невозможно. Ученые предполагают, что материал для создания новых звезд мог исходить из двух газовых колец, найденных в центре Галактики еще в восьмидесятых годах прошлого века. Но размеры этих колец слишком большие, чтобы они могли напрямую привести к рождению звезд вблизи черной дыры. Звезды, расположенные очень близко к черной дыре, имеют орбиты, ориентация которых не соответствует тому, что они могли образоваться из аккрецирующего материала этих колец. Существует предположение, что это звезды, которые изначально сформировались в других местах Галактики и затем переместились ближе к ее центру, потеряв свои внешние слои из-за воздействия сил притяжения черной дыры.
К середине девяностых было зафиксировано наличие более шестисот звезд вблизи радиоисточника Стрелец А*, который находится в центре Галактики. Примерно для трехсот из них ученые смогли точно определить скорости движения. Оценки показывали, что масса центрального тела - черной дыры - варьируется в пределах нескольких миллионов солнечных масс, а ее размер составляет примерно одну пятую светового года.
Вскоре стало возможно получать еще более детальные изображения с помощью инфракрасных детекторов, чья четкость достигла очень малых значений. Это позволило зарегистрировать движение более чем шести тысяч звезд в пределах одного парсека от центра Галактики.
Ученые вычислили точные траектории движения двадцати восьми звезд, которые находятся очень близко к центру нашей Галактики. Среди этих звезд выделяется звезда S2, которая за время наблюдений с начала девяностых годов до начала двадцать первого столетия совершила почти два полных оборота вокруг черной дыры в центре Галактики. Это помогло ученым точно определить характеристики ее орбиты. Звезда S2 облетает вокруг черной дыры за примерно пятнадцать лет, максимально приближаясь к черной дыре на расстояние, которое в сотни раз больше расстояния от Земли до Солнца. Траектории звезды S2 и некоторых других близких звезд похожи на орбиты, которые предсказывают законы Кеплера, но также заметны и отклонения из-за эффектов общей теории относительности. При этом не наблюдается дополнительной массы вблизи этих звезд, что указывает на то, что почти вся масса, влияющая на их движение, сконцентрирована в центральной черной дыре.
Очень точные измерения орбит этих звезд позволили ученым с большой точностью узнать массу этой центральной черной дыры. Ошибки в этих измерениях в основном связаны с трудностями измерения расстояния от нашей Солнечной системы до центра Галактики, который находится в созвездии Стрелец.
Гравитационный радиус черной дыры с такой массой намного меньше, чем расстояние, на которое звезда S2 максимально приближается к ней. Однако почти нет сомнений в среде ученых, что в центре Галактики находится именно черная дыра, а не какое-то другое скопление небесных тел.
В начале двухтысячных астрономы обнаружили группу из семи звезд, движущихся вокруг Стрелеца A* на расстоянии примерно трех световых лет, что, возможно, является остатком разрушенного массивного скопления звезд. Движение этих звезд по отношению друг к другу указывает на наличие черной дыры средней массы среди них.
Также заслуживает внимания звезда S62, которая приближается к центральной черной дыре настолько близко, что ее скорость при этом приближается к десяти процентам от скорости света.
Исследователи из России и США сотрудничали в рамках крупного научного проекта для исследования космического объекта Стрелец A*. С помощью сложной системы радиотелескопов, расположенных как на Земле, так и на орбите, ученые стремятся добиться высокой четкости изображения, чтобы увидеть структуру вещества в непосредственной близости от черной дыры. Эти технологии позволяют различить крайне малые объекты, сопоставимые с городскими районами, на фоне газово-пылевой среды вокруг черной дыры. Первоначальные результаты уже подтвердили способность системы визуализировать такие мелкие неоднородности, и ученые планируют продолжить наблюдения, чтобы получить еще более детальные изображения в будущем.
Астрономы, работая с космическим телескопом Европейского космического агентства, обнаружили, что одно из крупнейших облаков в нашей галактике излучает сильное рентгеновское излучение. Это явление указывает на то, что в центре Галактики, в области известной как Стрелец A*, недавно (по космическим меркам, в течение последних нескольких сотен лет) происходили более яркие и энергичные события по сравнению с нынешним временем. Эти открытия подтверждают, что Стрелец A* мог быть гораздо более активным и ярким в прошлом.
Кроме того, использование специализированного оборудования на так называемом "Очень большом телескопе" позволило зарегистрировать инфракрасное излучение близко к этому массивному объекту, что может указывать на сильные магнитные процессы около черной дыры. Во время этих наблюдений были зафиксированы необычно яркие вспышки, возможно вызванные материей, вращающейся вокруг черной дыры с огромной скоростью.
В 2002 году ученые открыли газовое облако, которое назвали G2, и оно движется в сторону черной дыры, известной как Стрелец A*. Это облако намного холоднее окружающих звезд и состоит в основном из водорода и гелия, имеет массу, примерно в три раза больше массы Земли. Оно светится из-за ультрафиолетового излучения от близлежащих горячих звезд.
Согласно расчетам траектории облака, к концу две тысячи тринадцатого года оно должно было подойти очень близко к черной дыре. За семь лет после его открытия скорость облака удвоилась и стала очень большой. Ученые имели разные мнения о том, что произойдет, когда облако приблизится к черной дыре, поскольку его поведение было трудно предсказать. Некоторые полагали, что внутри облака может быть звезда или даже черная дыра, что помогло бы ему противостоять воздействию приливных сил. Также предполагалось, что облако может взаимодействовать с окружением черной дыры и нейтронными звездами, что даст дополнительную информацию о регионе.
Несмотря на ожидания, во время и после приближения облака к черной дыре не произошло ничего зрелищного. Наблюдения показали, что облако не было повреждено и, возможно, в нем есть звезда или даже пара слившихся звезд.
Ученые из Японии объявили о нахождении в центре нашей Галактики еще одного очень тяжелого объекта, который, возможно, является черной дырой. Этот объект находится на расстоянии, которое свет преодолевает за двести лет, от самого сердца Млечного Пути. Этот объект с облаком расположен на пространстве с размером, который свет проходит за примерно треть года, и его вес не превышает сто тысяч весов Солнца. Пока неясно, действительно ли это черная дыра или что-то другое.
В последний год десятилетия ученые из Национальной астрономической обсерватории Японии обнаружили в центральной части Млечного Пути черную дыру, которая по размеру сопоставима с Юпитером, но весит приблизительно в тридцать две тысячи раз больше, чем Солнце. Обнаруженный объект, который находится недалеко от радиоисточника, известного как Стрелец A*, считается третьим примером черной дыры средней массы в центре Галактики после двух других известных случаев.
Райнхард Генцель и Андреа Гез были удостоены Нобелевской премии по физике в 2020 году за их открытие, связанное с объектом Стрелец A*. Их работа показала, что в центре нашей Галактики находится чрезвычайно плотный и массивный объект, для которого наиболее правдоподобным объяснением было предположение о черной дыре. В 2006 году я познакомился с докладами будущих лауреатов Нобелевской премии на конференции по Сверхмассивным Черным Дырам в Гарварде, где я присутствовал в качестве независимого научного писателя. Именно после этой и ряда других конференций я написал книгу "Неопределенная Вселенная. В поиске пределов человеческого познания.".
Открытие, удостоенное нобелевской премии, стало результатом многолетних наблюдений и исследований. Используя методы астрономии высокого разрешения, Генцель и Гез вместе со своими командами смогли отслеживать движение звезд в непосредственной близости от центра Галактики. Они заметили, что звезды движутся по орбитам, которые могут быть объяснены только наличием очень тяжелого, практически невидимого объекта, влияние которого заставляет их двигаться именно таким образом.
Такие характеристики объекта подходят под описание сверхмассивной черной дыры, и их работы предоставили сильные доказательства тому, что именно такой объект находится в центре Млечного Пути. Их открытие имеет огромное значение для астрофизики, так как позволяет лучше понять природу галактических центров и механизмы, управляющие их динамикой. Это также подтверждает существование черных дыр, которые до сих пор оставались одним из самых загадочных и сложных для понимания объектов во вселенной.
Недавно был сделан снимок чёрной дыры в центре нашей Галактики, Стрельца A*. Это стало возможным благодаря международному сотрудничеству под названием Event Horizon Telescope (произносится как "Ивэнт Хорайзон Тэлэскоп")- - сети радиотелескопов, разбросанных по всему миру, которые работали вместе, чтобы создать эквивалент одного огромного телескопа размером с Землю. Это сотрудничество позволило астрономам впервые получить изображение горизонта событий - границы, за которой материя и свет не могут уйти от гравитационного захвата черной дыры.
Снимок, который они получили, является важным подтверждением существующих теорий о природе черных дыр и общей теории относительности Эйнштейна. На изображении показан "силуэт" черной дыры, который представляет собой тень, создаваемую окружающим черную дыру светом, искаженным её мощным гравитационным полем.
Этот снимок - это не только доказательство того, что черные дыры действительно существуют, но и мощный инструмент для исследования физических процессов, происходящих в самых экстремальных условиях Вселенной. Он также открывает новые возможности для изучения гравитации, физики фундаментальных взаимодействий и формирования галактик.
С тех пор астрономы и физики продолжают наблюдения за объектом в центре галактики, пытаясь понять его природу и роль в динамике галактики. Изучение Стрельца A* способствовало тому, что мы сейчас знаем о черных дырах гораздо больше, и его открытие является одной из вех в понимании структуры Вселенной.
Черная дыра - это область в космическом пространстве с таким сильным гравитационным притяжением, что ничто, даже свет, не может покинуть ее пределы после того как пересечет границу, известную как горизонт событий. Скорость убегания вблизи горизонта событий черной дыры превышает скорость света, поэтому, согласно теории относительности, ничто не может из нее вырваться.
Понятия черной дыры, темной материи и темной энергии часто вызывают путаницу из-за схожести названий, но на самом деле они относятся к совершенно разным явлениям в астрономии и космологии.
Черная дыра - это астрономический объект с такой сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может покинуть ее пределы после пересечения горизонта событий. Черные дыры формируются из "обычного" вещества, например, когда массивная звезда коллапсирует под собственным весом в конце своей жизни.
Темная материя - это гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением и, следовательно, не может быть наблюдаемой напрямую через излучаемый или отраженный свет. Она была предложена для объяснения наблюдаемых гравитационных эффектов, которые не могут быть объяснены обычным веществом, таким как звезды и газы в галактиках и скоплениях галактик.
Темная энергия, в свою очередь, представляет собой таинственную силу, которая, как считается, вызывает ускорение расширения Вселенной. Она составляет большую часть общей энергии во Вселенной и работает противоположно гравитации, действуя на очень больших масштабах.
Таким образом, хотя все три понятия связаны с астрофизикой и космологией и имеют "темные" префиксы из-за их загадочного характера и сложности наблюдения, они описывают совершенно различные аспекты нашей Вселенной:
Черные дыры - это концентрации массы/энергии, влияющие на пространство-время локально.
Темная материя - это вещество, которое оказывает гравитационное воздействие на космическом масштабе, но не взаимодействует с электромагнитным излучением.
Темная энергия - это сила или свойство пространства, вызывающее ускорение расширения Вселенной.
Ясное разграничение и понимание этих концептов важно для правильного осмысления физических явлений во Вселенной
Термин "черная дыра" может ввести в заблуждение. Он намекает на отсутствие чего-то или на пустоту, тогда как на самом деле черные дыры являются областями очень сильной концентрации массы и гравитации. Название "черная дыра" появилось не из научного сообщества, а было популяризировано в средствах массовой информации и застряло в общественном сознании.
Научное понимание черных дыр подразумевает, что это не "дыры" в пространстве, а скорее крайне плотные точки массы, где гравитационное притяжение настолько велико, что ничего не может из них убежать после пересечения горизонта событий. Это скорее "черные сферы", если учитывать горизонт событий как внешнюю границу, или даже "черные звезды", как предлагали ранние теоретики, включая Джона Мичелла.
Митчелл был английским естествоиспытателем и ученым 18-го века, который внес значительный вклад в ряд научных областей, включая астрономию, геологию и сейсмологию. Он также считается одним из предшественников концепции черной дыры.
В 1783 году Мичелл представил гипотетическое предположение о существовании "темных звезд" - тел с такой мощной гравитацией, что даже свет не мог бы покинуть их поверхность. Идея Мичелла была основана на Ньютоновском понимании гравитации и света. Он рассуждал, что если бы звезда имела достаточную массу при достаточно малом радиусе, скорость убегания с её поверхности превысила бы скорость света, и таким образом, звезда была бы невидимой для далекого наблюдателя. Мичелл даже предложил метод поиска таких объектов по их гравитационному влиянию на видимые звезды.
Термин "черная дыра" был предложен гораздо позже, в 1967 году американским теоретическим физиком Джоном Арчибальдом Уилером, и был связан уже с современной общей теорией относительности Эйнштейна, которая предсказала существование таких экстремальных гравитационных объектов в результате гравитационного коллапса. Уилер в своей лекции "Наша Вселенная: известное и неизвестное" популяризировал название "черная дыра" применительно к таким областям. Кто именно придумал это емкое и будоражащее воображение определение, доподлинно неизвестно, но с этого времени черные дыры заняли мысли многих. Однако именно исследования Мичелла заложили основу для последующих открытий в этой области.
Еще в 1915 году из предложенной Альбертом Эйнштейном "Общей теории относительности" были выведены уравнения Эйнштейна - Гильберта, описывающие гравитационные поля. В том же году одно из точных решений этих уравнений было получено Карлом Шварцшильдом. Из него следовало, что в космическом пространстве должны существовать такие области пространства-времени, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе кванты самого света). Тогда подобные астрофизические объекты называли "сколлапсировавшие звезды" или "застывшие звезды".
Термины "ловушка света" или "сверхмассивный объект" могли бы более точно отражать сущность черных дыр. Название "ловушка света" подчеркивает их уникальное свойство - способность удерживать внутри себя даже фотоны, которые движутся с максимально возможной скоростью в нашей Вселенной. "Сверхмассивный объект" акцентирует внимание на их огромной массе и гравитационной силе.
Научное сообщество часто использует термины, основанные на исторических названиях или на терминах, предложенных ведущими учеными, и не всегда эти названия максимально точно отражают свойства объекта. В случае с черными дырами, это название прижилось и широко используется, хотя оно и может вызывать некоторые недопонимания среди людей, не специализирующихся в физике.
Карл Шварцшильд был немецким астрофизиком, который внес значительный вклад в развитие общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Он известен прежде всего своим решением уравнений поля общей теории относительности, которое описывает гравитационное поле вокруг сферически симметричного, невращающегося массивного объекта, в частности вокруг черной дыры.
Это решение было найдено Шварцшильдом в 1916 году, вскоре после публикации самой теории Эйнштейна. Согласно этому решению, существует определенный радиус, теперь известный как радиус Шварцшильда, внутри которого гравитационное притяжение становится настолько сильным, что ничто, даже свет, не может покинуть эту область, что и становится определяющей характеристикой черной дыры.
Радиус Шварцшильда является критическим радиусом горизонта событий для невращающейся черной дыры, и для внешнего наблюдателя все, что пересекает этот радиус, кажется замороженным во времени и невидимым. Это решение стало одним из первых точных решений уравнений Эйнштейна и сыграло важную роль в последующем понимании гравитационных и релятивистских эффектов вблизи экстремальных масс.
В научном сообществе используются различные классификации черных дыр, например "звездные черные дыры" для тех, что образовались в результате коллапса звезд, и "сверхмассивные черные дыры", которые обычно находятся в центрах галактик и имеют массу в миллионы или даже миллиарды раз больше, чем масса Солнца. Такие термины более точно описывают объекты, но в повседневной жизни "черная дыра" остается наиболее распространенным и узнаваемым названием.
Важно понимать, что черные дыры - это не пустоты в пространстве. Они обладают огромной массой в очень компактном объеме, и их наличие может быть подтверждено по косвенным признакам, таким как гравитационное влияние на окружающие объекты, а также по излучению, возникающему при аккреции материи в их окрестностях.
Скорость убегания - это минимальная скорость, которую нужно придать объекту, чтобы он смог преодолеть гравитационное притяжение планеты или другого астрономического тела и не возвратиться обратно. Для Земли эта скорость составляет примерно 11.2 километров в секунду. Если объекту, например ракете, сообщить скорость, равную или превышающую эту величину, он сможет выйти на орбиту или покинуть земную гравитационную "яму", продолжая движение в космическое пространство.
Теперь, если мы перейдем к гораздо более массивным объектам, таким как звезды, скорость убегания будет значительно выше. И в определенный момент, если звезда достаточно массивна, после того как она исчерпает свое ядерное топливо, гравитационные силы могут стать настолько сильными, что приведут к коллапсу звезды. В результате этого процесса может образоваться черная дыра.
Термин "черная дыра" действительно стал частью популярной культуры и породил множество мифов и предположений, связанных с путешествиями во времени, кротовыми норами и порталами в другие вселенные. В физике эти идеи изучаются, но они остаются в основном в рамках теоретической физики и научной фантастики.
Согласно некоторым теоретическим моделям, сингулярность в центре черной дыры может служить "мостом" или "туннелем" к другой области пространства или времени, что часто ассоциируется с концепцией кротовых нор. Кротовые норы - это гипотетические топологические особенности пространства-времени, которые позволяют соединение двух удаленных точек пространства, как бы "короткий путь". Эти концепции вытекают из общей теории относительности, и уравнения, описывающие кротовые норы, были впервые получены решениями Керра и других.
Тем не менее, существование кротовых нор, их стабильность и возможность использования для путешествий - всё это остается предметом дебатов и исследований. Основная проблема заключается в том, что кротовые норы требуют наличия экзотической материи с отрицательной энергией для поддержания открытого состояния туннеля. Эта материя должна иметь такие свойства, которые пока не наблюдались в экспериментах и не описаны в рамках стандартной модели физики частиц.
Кроме того, условия внутри черной дыры, в частности в сингулярности, настолько экстремальны, что современные физические теории не могут адекватно их описать. Ожидается, что для полного понимания этих условий потребуется теория квантовой гравитации, которая сможет объединить общую теорию относительности и квантовую механику.
Предполагается, что в центре черной дыры находится точка бесконечной плотности, называемая сингулярностью, где известные законы физики перестают работать.
Чтобы понять природу сингулярностей, физики обращаются к теориям квантовой гравитации, которые пытаются совместить квантовую механику и гравитацию. Теория струн - одна из таких теорий. Она предлагает, что основные строительные блоки материи - это не точечные частицы, а одномерные струны, колебания которых определяют различные фундаментальные взаимодействия. Теория струн предполагает, что сингулярности могут быть сглажены в более высоких измерениях, которые она предсказывает.
Петлевая квантовая гравитация - это другой подход, который предполагает, что пространство-время состоит из бесконечно малых петель. Эти петли создают сеть, которая образует ткань пространства-времени. В петлевой квантовой гравитации возможность существования бесконечной плотности отрицается, и предполагается, что вместо сингулярности может существовать так называемый "большой отскок".
Также существуют различные модифицированные теории гравитации, которые изменяют Общую Теорию Относительности таким образом, чтобы избежать сингулярности внутри черных дыр. Эти теории предполагают различные внутренние структуры черных дыр, где области с очень высокой плотностью материи могут существовать без достижения бесконечности.
Квантовая космология расширяет эти исследования, пытаясь применить квантовые принципы к самой Вселенной в целом, что включает исследование сингулярностей. В рамках этого подхода исследуются возможные квантовые состояния Вселенной, которые могут заменить классическую сингулярность другими, менее экстремальными условиями.
Все упомянутые теории являются предметом интенсивных исследований и находятся на стадии разработки. Они предлагают различные объяснения и способы обхода проблемы сингулярности, но пока ни одна из них не стала общепринятой или не получила окончательного экспериментального подтверждения.
Черные дыры - это уникальные астрофизические объекты, которые демонстрируют ряд релятивистских свойств, поскольку они представляют собой экстремальные условия, где гравитация достаточно сильна, чтобы оказывать заметное влияние на пространство-время. Вот некоторые из этих релятивистских свойств:
Кривизна пространства-времени: Общая теория относительности предсказывает, что масса искривляет пространство-время вокруг себя. Черные дыры искривляют пространство-время настолько сильно, что даже свет не может избежать этого искривления, что и создает их знаменитый горизонт событий.
Горизонт событий - это граница вокруг черной дыры, за которой скорость, необходимая для убегания от гравитационного притяжения, превышает скорость света, что делает убегание невозможным. Это не физическая поверхность, а скорее математическая граница: для внешнего наблюдателя объекты, приближающиеся к горизонту событий, кажутся замедляющими свое движение и никогда фактически его не пересекающими.
В сильном гравитационном поле время течет медленнее. Вблизи горизонта событий черной дыры эффект настолько сильный, что для далекого наблюдателя время, кажется, замедляется почти до остановки.
Гравитационное красное смещение - это явление, когда свет, испускаемый из сильного гравитационного поля, теряет энергию, что проявляется в смещении его спектра в красную сторону. Это означает, что фотоны, испущенные изблизи черной дыры, будут казаться менее энергетичными (и, следовательно, более "красными"), чем они были при излучении.
Орбиты частиц или звезд вокруг черной дыры не являются простыми эллипсами, как в ньютоновской гравитации. Это явление получило название релятивистская прецессия орбит.
Релятивистская прецессия орбит, иногда называемая прецессией перигелия, является одним из явлений, предсказанных Общей теорией относительности Эйнштейна. Это изменение, или "прецессия", орбитального пути тела вокруг массивного объекта (как правило, звезды или черной дыры), которое вызывается кривизной пространства-времени вблизи этого массивного объекта.
Наиболее известным примером релятивистской прецессии является прецессия перигелия Меркурия. Орбита Меркурия не закрывается сама в себе, как предсказывают законы Ньютона для движения по эллипсу, а вместо этого постепенно сдвигается, так что положение ближайшей точки к Солнцу (перигелия) меняется с каждым оборотом. Перед появлением Общей теории относительности это наблюдаемое смещение орбиты не укладывалось в рамки классической механики Ньютона и оставалось нерешенной проблемой. Эйнштейн смог точно предсказать величину этой прецессии с помощью своей теории, что стало одним из первых и наиболее убедительных доказательств в пользу её правильности.
Релятивистская прецессия имеет место не только в солнечной системе, но и в двойных звёздных системах и около черных дыр, где эффекты Общей теории относительности становятся особенно заметными из-за очень сильного гравитационного поля.
Релятивистские свойства являются предметом интенсивных исследований в области астрофизики, гравитационной физики и космологии, и они служат важным тестом для общей теории относительности Эйнштейна.
Область вокруг черной дыры, где гравитация еще не настолько сильна, чтобы запретить всякое излучение, называется аккреционным диском. В нем материя, вращаясь вокруг черной дыры и постепенно приближаясь к ней, нагревается из-за трения и излучает в широком диапазоне волн, включая видимый свет и рентгеновские лучи. Именно по такому излучению астрономы могут обнаруживать и изучать черные дыры, поскольку наблюдать саму черную дыру невозможно из-за ее "черноты".
Горизонт событий черной дыры - это граница вокруг нее, за которой невозможно наблюдать какие-либо события из-за силы гравитации, превосходящей скорость света. Говоря более технически, это поверхность, отделяющая область пространства-времени, из которой частицы и излучение могут еще убежать, от области, из которой убежать уже невозможно.
Это не физическая поверхность, которую можно потрогать, а скорее математическая граница. Важно отметить, что пересечение горизонта событий наблюдателем, движущимся вместе с падающим объектом, не сопровождается никакими особыми "ощутимыми" событиями. То есть если космонавт пересекает горизонт событий, он не почувствует ничего необычного в момент пересечения. Однако после этого момента он не сможет больше отправить информацию наружу, и его неизбежное падение к центру черной дыры, к сингулярности, станет необратимым.
Горизонт событий является критической границей: для внешнего наблюдателя время кажется замедляющимся по мере приближения объекта к горизонту и полностью останавливается на самом горизонте. Но это замедление времени - это не что-то, что испытывает сам объект, а скорее эффект, который видит наблюдатель. В собственной системе отсчета объекта время течет обычным образом, и если это космонавт, он пересекает горизонт событий без какого-либо заметного изменения в его окружении.
Спагеттификация - это процесс, который может происходить с объектами, попадающими в область сильной гравитации, такую как черная дыра. Это название происходит от слова "спагетти", потому что объект растягивается и сжимается вдоль одной оси в результате экстремальных гравитационных приливных сил. Суть явления в следующем:
Представьте объект, который приближается к черной дыре. Когда он достигает некоторой близости, разница в гравитационном притяжении между ближайшей к черной дыре и дальней от нее частями объекта становится значительной. Эта разница в силе создает так называемые приливные силы. В случае черных дыр, эти силы могут быть настолько огромными, что объект начинает интенсивно растягиваться в направлении к центру черной дыры и сжиматься в перпендикулярных направлениях. Если объект - звезда или планета, эта деформация может привести к ее полному разрушению.
Спагеттификация происходит из-за того, что гравитационное поле черной дыры неоднородно, то есть оно сильнее на ближнем к ней конце объекта и слабее на дальнем. Такое явление наблюдается вблизи любых массивных объектов, но только черные дыры могут создавать настолько сильные приливные силы, чтобы это явление было заметным и приводило к столь драматическим последствиям.
Спагеттификация особенно актуальна для черных дыр звездной массы, где приливные силы на горизонте событий гораздо сильнее, чем у сверхмассивных черных дыр, у которых эти силы могут быть настолько слабыми, что объект может пересечь горизонт событий, не испытывая значительной спагеттификации, до тех пор, пока не приблизится к самой сингулярности.
В теории нет абсолютного предела массы, который черная дыра не может превысить. Размер и масса черной дыры в принципе могут увеличиваться неограниченно по мере того, как она поглощает вещество и другие звезды, газ, пыль, а иногда и целые звездные системы или даже другие черные дыры.
Тем не менее, есть некоторые ограничения, обусловленные разными факторами:
Наиболее массивные черные дыры, обнаруженные в центрах галактик, называются сверхмассивными черными дырами, и их массы могут достигать миллиардов солнечных масс. Теоретически они могут расти еще больше, но их рост ограничен скоростью, с которой они могут поглощать вещество, и количеством доступного вещества в их окрестностях.
Когда материя падает на черную дыру, она нагревается и излучает энергию. Если материя падает слишком быстро, излучение может создать достаточное давление, чтобы оттолкнуть другую материю и замедлить рост черной дыры. Этот процесс известен как радиационно эффективное аккреционное ограничение, или ограничение Эддингтона.
Возможные космологические ограничения: Космология изучает Вселенную в целом, включая ее рост и развитие. Хотя существует гипотеза что черные дыры могут в конце концов испариться из-за квантового явления, известного как испарение Хокинга, в нынешней Вселенной такие явления не ограничивают рост черных дыр.
В настоящее время астрономы продолжают находить все более массивные черные дыры, что позволяет ученым уточнять теории о том, как черные дыры растут и как они влияют на свое окружение.
Терминология "звездная черная дыра" и "сверхмассивная черная дыра" относится к различным классам черных дыр, отличающихся прежде всего своей массой и, как следствие, различными свойствами и механизмами образования.
Звездные черные дыры формируются в результате гравитационного коллапса массивных звезд в конце их жизненного цикла. Когда звезда большой массы исчерпывает свое ядерное топливо, она не может поддерживать равновесие против собственной гравитации и коллапсирует, что может привести к образованию черной дыры. Массы звездных черных дыр обычно составляют от нескольких до нескольких десятков солнечных масс.
Сверхмассивные черные дыры, с другой стороны, имеют массы от миллионов до миллиардов солнечных масс и обычно расположены в центрах галактик. Их точный механизм формирования до конца не ясен, но существует несколько теорий, включая быстрое поглощение вещества в ранней Вселенной, коллапс больших облаков газа или объединение множества черных дыр меньшего размера.
Научное сообщество склоняется к мысли, что несмотря на различия в массе и процессах формирования, они все же являются одним и тем же явлением - черными дырами, которые описываются одними и теми же общими принципами релятивистской физики. Однако теоретически могут существовать определенные качественные различия, например, в магнитных полях или в способах аккреции вещества.
Понимание того, как формируются и растут сверхмассивные черные дыры, и то, как они связаны со своими галактиками, является активной областью исследований в астрономии и теоретической физике. Возможно, в будущем открытия могут изменить наше понимание этих экстремальных космических объектов и их классификации.
Изучение сверхмассивных черных дыр играет ключевую роль в современной астрофизике поскольку эти загадочные объекты находятся в центре практически всех крупных галактик и оказывают значительное влияние на их эволюцию и структуру. Сверхмассивные черные дыры, такие как Стрелец A* в центре нашей Галактики, управляют движением звезд и газа на галактических масштабах, и их активность может регулировать процесс звездообразования. Понимание процессов, происходящих в непосредственной близости от черных дыр, позволяет ученым составить представление о том, как растут галактики и как протекает аккреция вещества, то есть падение материи на черную дыру, что сопровождается излучением огромного количества энергии. Кроме того, сверхмассивные черные дыры могут служить уникальными лабораториями для проверки общей теории относительности Эйнштейна в условиях экстремально сильных гравитационных полей и выяснения свойств гравитационных волн и других аспектов фундаментальной физики, которые трудно исследовать экспериментально. И наконец, они могут играть роль в понимании темной материи, поскольку вокруг черных дыр могут происходить процессы аннигиляции частиц темной материи, что приводит к излучению, доступному для наблюдения, таким образом исследования сверхмассивных черных дыр несут в себе потенциал для ответов на самые фундаментальные вопросы о природе нашей Вселенной.
Сценарии образования Сагиттариуса А* предполагают что в центре нашей Галактики первоначально могли формироваться звезды и звездные скопления из которых затем слиянием и аккрецией вещества возникла сверхмассивная черная дыра.
Другая теория предполагает что сверхмассивная черная дыра могла образоваться непосредственно из плотного газового облака без промежуточных звездных стадий.
Также возможно что центральная черная дыра является результатом роста менее массивной черной дыры которая увеличивала свою массу за счет аккреции вещества и слияния с другими черными дырами в процессе динамического взаимодействия в плотно населенном звездном окружении центра галактики.
Все эти сценарии представляют собой объекты исследований и обсуждений среди астрономов поскольку точный процесс образования Сагиттариуса А* до сих пор остается не до конца понятым и открытым для новых открытий с учетом последних научных данных и наблюдений.
Для Стрельца A* радиус событий составляет 22 миллиона километров, что примерно в 120 раз больше радиуса Солнца, хотя эта цифра может варьироваться в зависимости от того, как черная дыра взаимодействует с окружающей средой и как быстро она вращается.
Развитие технологий для наблюдения центра нашей Галактики отмечено серьезными прорывами, одним из которых стало получение изображения черной дыры. Изначально наблюдения за центром Галактики велись в радио- и инфракрасных диапазонах из-за пыли и газа, препятствующих наблюдениям в видимом свете. Со временем, с увеличением чувствительности и разрешения телескопов, стали возможны более точные наблюдения. Важной вехой стало создание глобальной сети радиотелескопов под названием Event Horizon Telescope "Ивэнт Хорайзон Тэлэскоп".- виртуального телескопа размером с Землю, который использует метод очень длинной базовой интерферометрии (VLBI) для наблюдения объектов с невероятной детализацией.
Этот подход позволил синтезировать данные, собранные синхронно различными телескопами, расположенными в разных частях мира, что привело к возможности наблюдать горизонт событий черной дыры и получить первое в истории изображение такого объекта. Изображение показало светящийся кольцообразный участок вокруг тени черной дыры, где гравитация искривляет свет от аккрецирующего материала. Технологическое развитие в области программного обеспечения для обработки данных, усовершенствования самих телескопов и создание новых наблюдательных инструментов все это продолжает расширять наши возможности по изучению центра Галактики и пониманию фундаментальных процессов, протекающих в его пределах.
В новом исследовании, опубликованном астрофизиком Раджибулом Шейхом из Сеульского национального университета науки и технологий, была затронута увлекательная тема возможных "двойников" черных дыр. Используя недавние наблюдения сверхмассивного объекта в центре нашей галактики, Стрельца A*, которые провел телескоп Event Horizon Telescope (Ивэнт Хорайзон Тэлэскоп), ученые пытались понять, действительно ли это черная дыра, или может существовать что-то другое, что создает подобное изображение.
"Тень", которую мы видим на изображениях - это не просто темное пятно на космическом полотне, это область, где гравитация настолько велика, что свет не может из нее уйти. Вокруг этой темной области виден свет, который изгибается из-за гравитационного влияния, создавая эффект кольца.
Теперь вот что интересно: предполагается, что такие же тени могут создавать и другие космические объекты, не являющиеся черными дырами. Авторы исследования сосредоточились на двух таких потенциальных "двойниках" и сравнили тени, которые они могут создавать, с тенью Стрельца A*. Результаты показали, что по крайней мере один из рассматриваемых объектов мог бы создавать тень, похожую на ту, которую мы наблюдаем. Однако для другого объекта параметры были такими, что его тень не соответствует наблюдаемой.
Это открытие не опровергает теорию о черной дыре в центре галактики, но заставляет нас с большим вниманием относиться к изучению космических теней. Ученые надеются, что дополнительные данные в будущем помогут уточнить их выводы и, возможно, даже более строго ограничить характеристики этих загадочных космических объектов.
Команда астрофизиков из Гарвардского университета планируют отслеживать перемещение области высокой температуры - так называемого "горячего пятна" - вблизи черной дыры Стрелец А*. Это пятно представляет собой область, где газ нагревается до экстремальных температур из-за энергичных космических процессов.
Используя новый алгоритм визуализации, ученые надеются воссоздать динамичные изображения того, как горячее пятно движется и деформируется на протяжении своей орбиты вокруг черной дыры. Для улучшения точности и детализации изображений исследователи предлагают использовать расширенную сеть телескопов Event Horizon Telescope (Ивэнт Хорайзон Тэлэскоп) и ее следующее поколение.
Предварительные результаты, полученные с помощью компьютерного моделирования, указывают на то, что новые телескопы существенно повысят способность наблюдения за фазами движения и изменения формы горячего пятна. Это, в свою очередь, даст более четкое понимание физических процессов в непосредственной близости от черной дыры.
Такие исследования могут оказать существенное влияние на наше понимание фундаментальных аспектов астрофизики, включая поведение материи в экстремальных условиях и механизмы гравитационного взаимодействия вблизи черных дыр.
Обнаружение черных дыр это сложный процесс, так как они не излучают свет и не могут быть увидены непосредственно с помощью традиционных телескопов методы обнаружения черных дыр включают в себя косвенные наблюдения такие как анализ движения звезд и газа в окрестностях предполагаемой черной дыры, если звезды движутся с необычно высокими скоростями, это может указывать на присутствие черной дыры сильное гравитационное воздействие которой влияет на их орбиты.
Также черные дыры могут быть обнаружены через их взаимодействие с окружающим веществом материя, падающая на черную дыру, образует аккреционный диск, который нагревается до высоких температур и излучает интенсивно в рентгеновском и иногда в гамма-диапазоне, такие излучения могут быть зарегистрированы спутниками и космическими обсерваториями.
Еще один метод обнаружения это наблюдение за гравитационным линзированием, когда свет от звезды или другого светила искривляется под воздействием сильной гравитации черной дыры, что приводит к появлению характерных изображений в виде дуг или кольцевых структур.
Последние достижения в области астрофизики, включая историческое получение изображения черной дыры с помощью Event Horizon Telescope (Ивэнт Хорайзон Тэлэскоп), демонстрируют возможность наблюдения тени черной дыры созданной изогнутым светом вокруг нее, открывая новую эру в изучении этих невероятных космических объектов.
Излучение от сверхмассивных черных дыр происходит не от самой черной дыры, поскольку они не излучают свет, а от вещества в аккреционном диске, который формируется, когда звезды, газ и пыль попадают в область сильного гравитационного притяжения черной дыры в процессе аккреции, или притяжения, материал нагревается из-за трения и других энергетических процессов до очень высоких температур из-за чего начинает интенсивно излучать в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, кроме того, часть материи может выбрасываться назад в космос в форме мощных джетов или струй, которые также могут излучать в радио-, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах, в зависимости от их скорости и состава. Эти джеты могут распространяться на тысячи световых лет, влияя на окружающее межзвездное пространство и даже на формирование галактик. Наблюдение за этими излучениями позволяет ученым изучать физические процессы возле черных дыр и составлять модели аккреции вещества, а также понимать, как энергия от аккреции влияет на более крупные масштабы, такие как галактическое окружение и эволюция самой галактики.
Сверхскоростные звезды выброшенные черной дырой Сагиттариуса А* представляют собой уникальный астрофизический феномен. Эти звезды приобретают свою невероятную скорость в результате динамических взаимодействий в непосредственной близости от сверхмассивной черной дыры в центре галактики, когда звездный объект попадает в сильное гравитационное поле черной дыры, он может быть разогнан до такой высокой скорости что пересекает пороговую скорость, необходимую для преодоления гравитационного притяжения галактики и выбрасывается в межгалактическое пространство. Этот процесс иногда называют гравитационной катапультой и он может происходить, например, во время близкого прохождения двух звезд вблизи черной дыры, когда одна звезда отбрасывается наружу. Обнаружение и изучение сверхскоростных звезд помогает ученым понять сложные гравитационные процессы происходящие в центре галактик и динамику звезд в этих экстремальных условиях.
Аккреция вещества на черные дыры процесс крайне важный для понимания их роста и излучения когда звезды газовые облака или пыль подходят на определенное расстояние к черной дыре их материя начинает постепенно притягиваться к ней из-за огромной гравитации и этот процесс может привести к формированию аккреционного диска. Это структура похожа на плоский вращающийся блин, состоящий из материала который падает по спирали к центру под действием гравитации и в процессе этого движения вещество в диске в результате трения нагревается до высоких температур и начинает интенсивно излучать энергию в основном в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах. Именно благодаря этому излучению аккреционные диски и можно обнаружить в космосе. Они ярко светятся на фоне окружающего темного пространства. Детальное изучение процесса аккреции дает астрономам информацию о массе и размере черных дыр, а также об их окружении, и может помочь понять как сверхмассивные черные дыры влияют на свои галактики в целом.
Аккреция вещества на сверхмассивную черную дыру может быть чрезвычайно энергетическим процессом. Когда газ и звезды падают в аккреционный диск вокруг черной дыры, они разогреваются до чрезвычайно высоких температур и испускают огромное количество излучения в результате трения и других процессов в диске.
Как бы это невероятно не звучало, эффективность преобразования массы в энергию в аккреционных дисках вокруг черных дыр намного выше, чем в процессах термоядерного синтеза, которые происходят в звездах. Термоядерный синтез, такой как синтез водорода в гелий, который происходит в ядрах звезд, в лучшем случае может преобразовать около 0.7% массы в энергию (по формуле Эйнштейна - энергия равна масса умноженная на скорость света в квадрате), в то время как теоретически аккреция на черную дыру может преобразовать до примерно 10% эквивалента массы падающего вещества в энергию.
Однако, важно понимать, что в процессе аккреции на самом деле масса вещества не исчезает и не превращается непосредственно в энергию; масса просто падает в черную дыру и добавляется к ее общей массе. Преобразование относится к высвобождению гравитационной энергии в процессе аккреции, в виде излучения.
Это особенно справедливо для сверхмассивных черных дыр и даже в большей степени для вращающихся черных дыр Керра. Их особенности впервые раскрыл ученый Рой Керр в 1963 году. Отличие черных дыр Керра от простых черных дыр (которые называются черными дырами Шварцшильда и не вращаются) в том, что у них есть два ключевых параметра: масса и вращение.
Масса определяет, насколько сильно черная дыра притягивает к себе вещество, а вращение означает, что черная дыра может крутиться вокруг своей оси, как Земля. Это вращение влияет на пространство вокруг черной дыры, заставляя его двигаться вместе с ней.
Таким образом метрика Керра - это решение уравнений поля общей теории относительности Эйнштейна, которое описывает внешнее гравитационное поле вокруг вращающейся незаряженной черной дыры. Это решение является обобщением метрики Шварцшильда, которая описывает гравитационное поле вокруг невращающейся и незаряженной черной дыры. Метрика Керра учитывает вращение черной дыры и, таким образом, она более полно описывает реальные черные дыры во Вселенной, так как большинство из них, вероятно, вращаются.
У черных дыр Керра нет обычной сингулярности - точки, в которой вся масса сжата в бесконечно малый объем. Вместо этого у них есть сингулярность в форме кольца. Вокруг этого кольца находится горизонт событий, это такая граница, перейдя которую, ничто уже не может вернуться обратно, потому что тяготение слишком сильное.
Еще одна зона вокруг черной дыры Керра - эргосфера, уникальное образование, которое существует вокруг вращающихся черных дыр Керра. Она находится снаружи горизонта событий и представляет собой область, где пространство-время буквально втягивается во вращение черной дыры.
В эргосфере пространство-время искажено и движется так, как если бы оно было прикреплено к поверхности вращающегося объекта. Это значит, что всё, что находится в эргосфере, включая свет, обязано вращаться вокруг черной дыры в том же направлении, что и сама черная дыра. Даже если объект в эргосфере попытается остаться на одном и том же месте относительно далеких звезд, он не сможет этого сделать, потому что пространство, которое его окружает, движется вместе с черной дырой.
Многие астрономы считают, что черные дыры в центрах галактик являются именно черными дырами Керра, так как они активно вращаются и часто поглощают окружающее их вещество.
Итак, аккреция вещества на черные дыры является одним из самых энергоэффективных процессов во Вселенной, уступая лишь аннигиляции вещества и антивещества, где 100 процентов массы превращается в энергию.
Например, активные галактические ядра, включающие квазары и другие типы активных ядер галактик, излучают чрезвычайно мощное излучение за счет аккреции вещества на сверхмассивные черные дыры в их центрах. Эти объекты могут быть настолько яркими, что перекрывают свет от остальной части галактики, в которой они находятся.
Необходимо упомянуть излучение Хокинга, теоретически предсказанный процесс в квантовой теории поля в изогнутом пространстве-времени, согласно которому черные дыры могут испускать частицы и таким образом терять массу. Этот процесс противоречит классическому пониманию черных дыр как объектов из которых ничто не может вырваться, но в рамках квантовой механики возможно возникновение пар частица-античастица из вакуума у горизонта событий черной дыры. Если одна из частиц попадает за горизонт, а другая улетает в космос то уносит с собой часть энергии черной дыры что ведет к ее уменьшению. Этот эффект чрезвычайно слаб и его еще не удалось наблюдать экспериментально.
Суть излучения Хокинга можно описать с использованием концепции квантового туннелирования. В квантовой механике частицы обладают волновыми свойствами и могут преодолевать потенциальные барьеры, даже если классически у них недостаточно энергии для этого. Применительно к черным дырам, представляется, что виртуальные частицы, которые постоянно возникают и исчезают в вакууме (в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга), могут иногда возникать парами возле горизонта событий черной дыры.
Одна из частиц может случайно оказаться захваченной гравитацией черной дыры и попадает внутрь, в то время как ее партнер может ускользнуть, если это происходит достаточно близко к горизонту событий. Если ускользающая частица уходит в пространство, то она становится реальной частицей, и этот процесс представляется как излучение. Чтобы сохранить законы сохранения энергии, частица, падающая в черную дыру, должна иметь отрицательную энергию (с точки зрения наблюдателя извне), что означает, что общая масса-энергия черной дыры уменьшается. Таким образом, излучение Хокинга приводит к постепенному испарению черной дыры.
Туннелирование в контексте излучения Хокинга - это квантовый процесс, при котором виртуальная частица "проникает" через гравитационный барьер и становится реальной частицей, способной покинуть окрестности черной дыры. Это объяснение является упрощенным и попыткой приблизить очень сложные квантовые явления к пониманию в рамках классической физики. На самом деле, точное математическое описание этих процессов требует глубокого понимания квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени.
Излучение Хокинга до сих пор не наблюдалось в астрономических масштабах, поскольку его очень трудно обнаружить из-за его слабости. Теоретическое предсказание основано на объединении общей теории относительности и квантовой механики, и несмотря на отсутствие прямых астрономических наблюдений, существует косвенное подтверждение теории.
Одно из таких подтверждений приходит из физических экспериментов, имитирующих условия, близкие к горизонту событий черной дыры. Например, эксперименты с использованием звуковых волн в жидкости (аналоговые черные дыры) показали наличие излучения, подобного излучению Хокинга, хотя и в другом контексте. Эти эксперименты носят название "аналоговая гравитация" и они позволяют исследовать квантовые эффекты в контролируемых лабораторных условиях.
Также существует теоретическое обоснование в виде термодинамических аналогий, в частности, аналогия между законами черной дыры и законами термодинамики, где черным дырам приписываются такие свойства, как температура и энтропия. Это дополнительно укрепляет доверие к существованию излучения Хокинга как к феномену, который должен существовать согласно нашему текущему пониманию физических законов.
Наконец, недавние успехи в области волновой астрономии и возможность изучения гравитационных волн также предоставляют новые инструменты для изучения свойств черных дыр, которые потенциально могут привести к обнаружению эффектов, связанных с излучением Хокинга. Но пока что прямое наблюдательное подтверждение этого эффекта остается одной из целей современной астрофизики.
Джеты или струи - это совершенно другое явление, связанное со сверхмассивными черными дырами. Они представляют собой мощные потоки заряженных частиц выбрасываемых из активных галактических ядер и областей вокруг черных дыр. Эти джеты могут формироваться, когда материя аккреционного диска попадает в магнитные поля, которые вращаются вместе с черной дырой и это вращение создает достаточно мощные магнитные силы чтобы направить часть вещества и излучения вдоль оси вращения черной дыры, выбрасывая их в космос на огромные расстояния.
Сверхмассивная черная дыра Сагиттариус А* находящаяся в центре нашей Галактики оказывает существенное влияние на окружающее звездное население. Сила притяжения черной дыры удерживает звезды в очень плотном и быстро вращающемся звездном скоплении известном как звезды S-класса. Эти звезды имеют высокие скорости и очень эллиптические орбиты. Некоторые из них приближаются к черной дыре настолько близко что оказываются подвержены мощным приливным силам. Кроме того аккреционный диск вокруг черной дыры может активно взаимодействовать с проходящими мимо газовыми облаками, что приводит к ускорению процессов звездообразования в этой области. Также, как мы уже упоминали, гравитационное притяжение черной дыры может вызывать выбросы сверхскоростных звезд, которые при определенных условиях могут быть вытолкнуты из галактического центра и даже их галактики на высоких скоростях.
Эти и другие процессы под воздействием сверхмассивной черной дыры формируют уникальные условия для динамики и эволюции звезд в галактическом ядре и важны для понимания как происходит обмен веществом и энергией между центральной черной дырой и окружающим ее космическим окружением.
Газовые облака в центре галактики находятся под воздействием огромных гравитационных сил исходящих от сверхмассивной черной дыры Сагиттариус А* и других массивных объектов в этом районе. Их движение характеризуется высокими скоростями и сложными траекториями которые могут быть нелинейными и зависят от столкновений и взаимодействий с другими объектами галактического центра, включая звезды и звездные скопления. Гравитационное влияние черной дыры может привести к образованию аккреционных потоков, в которых газовые облака направляются в сторону черной дыры что увеличивает плотность и температуру материи и может способствовать звездообразованию или наоборот разрушению звезд.
Кроме того, движение газов в этой области играет ключевую роль в распределении углового момента и поддержании аккреционных процессов которые обеспечивают рост черной дыры и ее активность. Таким образом газовые облака являются не просто пассивными участниками галактической динамики, но и активно формируют структуру и эволюцию центральной области галактики.
Нужно отметить, что сверхмассивная черная дыра в центре Галактики Сагиттариус А* безусловно оказывает значительное влияние на близлежащие звёздные скопления.
Этот эффект обусловлен как гравитационным притяжением самой черной дыры, так и динамикой аккреционных потоков и излучением возникающим вблизи горизонта событий.
Эти взаимодействия могут приводить к тому что орбиты звёзд в скоплениях искажаются, а скопления в целом могут терять свои внешние слои звёзд.
Под влиянием приливных сил звёздные скопления могут также испытывать процессы динамической релаксации, в результате чего наиболее массивные звёзды перемещаются к центру скопления, в то время как менее массивные звёзды могут быть выброшены из скопления в результате сложных гравитационных взаимодействий.
Кроме того, процессы аккреции могут привести к тому, что часть материи из звёздных скоплений попадёт на аккреционный диск черной дыры. Это, в свою очередь, может усилить излучение вблизи центра галактики и оказать воздействие на условия звездообразования в окружающем межзвёздном пространстве. Таким образом, звёздные скопления и центральная черная дыра участвуют в сложном цикле взаимодействий, который играет ключевую роль в эволюции галактического центра.
Измерение массы Сагиттариуса А* путём анализа динамики звёзд является одним из самых прямых и достоверных методов определения параметров сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Исследователи следят за движением звёзд, описывающих орбиты в непосредственной близости от черной дыры, и применяют законы Кеплера и общей теории относительности для моделирования их траекторий. Анализ изменений в положениях и скоростях этих звёзд позволяет учёным вычислить гравитационное воздействие черной дыры и, используя эту информацию, определить её массу.
Такой подход был реализован в рамках таких проектов, как Very Large Telescope "Вэри Лардж Тэлескоп" и Keck Observatory "Кек Обсэрватори", что позволило с высокой точностью измерить параметры орбит звёзд класса S, движущихся в окрестностях Сагиттариуса А*. Эти наблюдения подтвердили, что в центре Галактики находится чрезвычайно массивный, компактный и невидимый объект, соответствующий характеристикам черной дыры. Они позволили оценить массу Сагиттариуса А* в несколько миллионов раз превышающую массу Солнца. Эти данные также подтверждают существование сверхмассивной черной дыры как класса объектов, играющих ключевую роль в динамике центральных областей галактик.
Согласно астрономическим данным и компьютерным моделям, гигантская соседняя галактика Андромеда (M31) и наш Млечный Путь неминуемо столкнутся. Из-за взаимного гравитационного притяжения они движутся навстречу друг другу со скоростью около 110 километров в секунду.
Ожидается, что столкновение начнётся примерно через 4 миллиарда лет. Это столкновение не будет похоже на катастрофические столкновения между объектами внутри Солнечной системы, потому что расстояния между звёздами в галактиках огромны. Шансы того, что звёзды физически столкнутся, крайне малы, однако гравитационное воздействие приведёт к значительному переформированию обеих галактик.
После долгого периода гравитационных взаимодействий и слияний ожидается, что Млечный Путь и Андромеда в конечном итоге образуют одну огромную эллиптическую галактику. Это событие будет иметь масштабные последствия для структуры обеих галактик, хотя сам процесс займёт миллиарды лет.
После столкновения Млечного Пути с Андромедой галактики начнут сливаться. Черные дыры в центрах обеих галактик, скорее всего, в конечном итоге тоже столкнутся и сольются в одну более крупную черную дыру.
Слияние черных дыр - это довольно сложный и грандиозный процесс, сопровождающийся излучением гравитационных волн. После слияния новая черная дыра будет иметь массу, приблизительно равную сумме масс исходных черных дыр, минус энергия, унесенная гравитационными волнами. Этот процесс не влияет на структуру галактик в целом, так как черные дыры составляют лишь небольшую часть их массы и размеров.
В настоящее время масса черной дыры в центре Млечного Пути (Стрелец A*) составляет около 4 миллионов солнечных масс, а масса черной дыры в центре Андромеды (известной как M31*) оценивается примерно в 140 миллионов солнечных масс. Таким образом, итоговая масса слияния будет где-то в районе 144 миллионов солнечных масс.
Однако точные цифры зависят от множества факторов, включая точные массы черных дыр на момент слияния и количество массы, потерянной в виде гравитационных волн. Эти потери обычно составляют небольшую часть общей массы системы.
Слияние галактик может привести к активизации их центральных черных дыр, если в процессе слияния на черные дыры будет падать достаточное количество газа. Это может привести к тому, что слияние будет сопровождаться фазой, когда черная дыра будет питаться материей настолько интенсивно, что ее окрестности станут чрезвычайно яркими. Такие объекты называют активными галактическими ядрами.
![[]](/img/k/kriger_b_j/text_0430/zagadkacentragalaktiki.jpg)