Чёрные дыры в центрах галактик

Масса Стрельца A* в центре Млечного Пути примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца.

Тёмная масса в центре

По данным NASA, в центрах большинства крупных галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, некоторые с массой в миллиарды масс Солнца. Чёрная дыра представляет собой область, где вещество сжато настолько плотно, что из области внутри границы, называемой горизонтом событий, ничто не может вырваться, даже свет. Радиус этой границы растёт пропорционально массе. Для одной солнечной массы он составляет около 3 км. Для центральной чёрной дыры Млечного Пути, Стрельца A* (читается «Стрелец А со звёздочкой»), с массой около 4 миллионов солнечных масс он равен примерно 12 миллионам км. Это около 17 радиусов Солнца и значительно меньше радиуса орбиты Меркурия.

Как взвесить то, что не излучает свет? Наблюдать за движением вокруг него. Десятилетиями две исследовательские группы, одна в Германии, другая в США, следили за отдельными звёздами на орбитах очень близко к центру Галактики в инфракрасном свете, который проходит сквозь пыль. Одна из звёзд, S2, обходит центр примерно за 16 лет. Применяя законы Кеплера к этим орбитам, можно определить заключённую внутри массу: около 4 миллионов масс Солнца в области, слишком маленькой для чего-либо, кроме чёрной дыры. Эта работа была отмечена Нобелевской премией по физике 2020 года.

Снимки теней

Сами чёрные дыры темны, но горячий газ, вращающийся вокруг них, светится. Телескоп горизонта событий объединяет радиотелескопы по всему миру в виртуальный телескоп размером с Землю. В 2019 году он представил первое изображение силуэта чёрной дыры в центре гигантской эллиптической галактики M87, находящейся, по данным JPL, примерно в 53 миллионах световых лет от нас. В 2022 году было опубликовано изображение Стрельца A*. По описанию JPL, он находится более чем в 26 000 световых лет от нас и имеет массу 4 миллионов Солнц. На обоих снимках виден тёмный центр внутри яркого кольца. Изображение Стрельца A* занимает лишь около 50 микросекунд дуги, что JPL сравнивает примерно с 1/13 миллиардной доли всего неба.

Спокойные и активные

Сегодня Стрелец A* спокоен: газа в него падает мало, поэтому он тусклый. NASA отмечает, что Млечный Путь сейчас не является активной галактикой, хотя, вероятно, пережил вспышку активности за последние несколько миллионов лет. В активных галактиках центральная чёрная дыра поглощает много газа. Газ нагревается в диске и может светить ярче всех звёзд галактики вместе. Самые яркие такие объекты называют квазарами. По данным NASA, обнаружено более миллиона квазаров. Ближайший, Маркарян 231, находится примерно в 600 миллионах световых лет от нас, а самый далёкий из известных примерно в 13 миллиардах световых лет. Поскольку свету нужно время, чтобы дойти до нас, далёкие квазары показывают чёрные дыры такими, какими они были миллиарды лет назад.