Что такое черная дыра?

Точного определения термина «черная дыра» в физике нет. Ученые по-разному интерпретируют это понятие, но сходятся во мнении, что так можно назвать область космоса с очень сильным гравитационным притяжением. Это значит, что любые предметы, объекты и явления, попадающие в черную дыру, не могут вернуться обратно.

У каждой черной дыры есть граница, которая называется горизонтом событий. Черные дыры притягивают к себе материю, а она образовывает вокруг них аккреционный диск — гигантскую структуру, которая быстро вращается и светится за счет взаимодействия сил трения и гравитации. Такие вращающиеся черные дыры называются сфероидальными. Но есть и другие дыры, которые вращаться не могут, — их называют сферическими. 

Черные дыры бывают нескольких типов:

    Черная звезда звездной массы. Эти небесные тела размером не превышают трех масс Солнца.
    Черная звезда средней массы. Это объект, который увеличился в размерах за счет поглощения газовых скоплений либо соседней звезды в системах парных звезд. Вес такой черной дыры составляет от 10 до нескольких десятков масс Солнца.
    Сверхмассивные черные дыры. Вес этих небесных тел достигает 105–1011 масс Солнца.
    Ультрамассивные черные дыры. На данный момент известно только о двух представителях данного вида. Первое небесное тело массой 40 миллиардов масс Солнца находится в галактике Holm 15A. Вторая черная дыра существует в созвездии Гончих Псов — это TON 618, ее масса равна 66 миллиардов масс Солнца.

Галактика Мессье 87 (М87) в диаметре ненамного больше Млечного Пути, но по массе превосходит его, возможно, раз в двести. В отличие от нашей спиральной галактики, эта — эллиптическая: огромная сфера, полная звезд. Расположена она в 53,5 миллионах световых лет от нас в направлении созвездии Девы и особенно интересна своим крайне активным ядром, то есть сверхмассивной черной дырой, которая интенсивно вбирает в себя окружающее вещество.

Именно эту черную дыру астрономы выбрали как ту, которую первой должно было увидеть и увидело человечество. Изображение ее силуэта составили по данным комплекса телескопов Event Horizon («Горизонт событий») и обнародовали в 2019 году. Черная дыра на нем угадывается только благодаря яркому обрамлению притянутого к ней вещества — аккреционному диску. Он оказался неоднородным, есть более яркие, явно более плотные области. И все это вращается вокруг горизонта событий на огромных скоростях.

По недавним оценкам, масса этой черной дыры составляет 6,5 миллиарда масс Солнца. При этом в размерах она вполне уместилась бы в пределы орбиты Плутона, то есть она меньше Солнечной системы. Напомним, черная дыра в центре Млечного Пути «весит» как четыре миллиона Солнц, а ее диаметр примерно такой, как у орбиты Меркурия.

Черная дыра М87 обрушивает на себя такое количество вещества, что просто не в состоянии справиться с ним, и его излишки вырываются от нее прочь из окрестностей обоих полюсов гигантскими плазменными фонтанами под названием «релятивистские струи». Одна из них направлена почти прямо в сторону Земли — под углом всего примерно 20 градусов. Этот поток тянется на без малого пять тысяч световых лет. Тот, что с противоположной стороны, должен быть таким же.

Недавно международная и очень многочисленная команда астрофизиков поделилась в журнале Astronomy and Astrophysics результатами своих последних наблюдений за ядром М87 в 2018 году и сравнила их с тем, как выглядела эта сверхмассивная черная дыра во время предыдущей сессии — в 2017-м. Выяснилось, во-первых, что за год уплотнения в аккреционном диске (а значит, и весь диск) успели сместиться на 30 градусов. Во-вторых, релятивистская струя понемногу, «монотонно» сдвигается, и это замечают не в первый раз.

В-третьих, впервые с 2010 года в окрестностях центра М87, наконец, снова произошла внезапная мощная вспышка гамма-излучения, которую ранее наблюдали несколько раз, но толком объяснить пока не смогли. На этот раз она оказалась гораздо слабее предыдущих, тем не мене излучение было примерно в четыре раза интенсивнее, чем в «спокойное» время.

Продолжался всплеск примерно три дня. Астрофизики отметили, что он почему-то наблюдался исключительно в гамма-диапазоне. Точное место, откуда шло излучение, определить не удалось. Впрочем, ученые отметили, что область вспышки невелика — всего раз в 10 больше размеров самой черной дыры.

О природе этой гамма-вспышки пока только строят предположения. Есть подозрение, что она связана с магнитным полем черной дыры. Например, по одной из версий, в нем спорадически сталкиваются сильно и слабо намагниченные потоки, отчего возникает ударная волна.