Вважається, що ядра наймасивніших зірок у Всесвіті принаймні в 300 разів перевищують масу Сонця, колапсують до точки в просторі, званій «сингулярністю». Ось цей об'єкт зазвичай і згадується як чорна діра. Сила тяжкості навколо нього настільки велика, що навіть фотони не можуть вирватися з цих смертельних обіймів. Ось чому це об'єкт чорний. Ви просто не зможете його побачити!
Але, резонно запитайте ви: звідки ми знаємо, що чорні діри взагалі існують? Ми ж не можемо їх побачити, навіть якщо будемо дивитися через найбільші в світі телескопи? Хороше і правильне питання.
Як побачити чорну діру?
Перший доказ існування чорних дір було отримано непрямим методом з використанням особливостей рухів подвійної зірки. Відомо, що деякі зірки хитаються навколо своїх осей. З орбіти однієї зірки системи можна вирахувати масу її супутника. Однак, оскільки цей компаньйон візуально не спостерігався, стало ясно, що єдиним поясненням цієї загадки є існування чорної діри.
Типові маси чорних дір в рентгенівських системах, таких як Cygnus X-1 в нашому Чумацькому Шляху, десь в 5-10 разів більше маси Сонця.
Коли на початку 2016 року експеримент LIGO оголосив про відкриття гравітаційних хвиль (див. ризик вище), або рябі в просторі-часі від двох чорних дір, що зливаються, одним з найбільших сюрпризів стало те, що ці чорні діри були важкими. Вони мали близько 30-40 мас Сонця. Це набагато більше, ніж наймасивніші чорні діри в нашому Чумацькому Шляху.
Теоретичні дослідження, проведені вченими, показали, що такі важкі чорні діри можуть бути отримані в середовищах, де вміст заліза помітно нижчий, ніж у нашій Сонячній системі. Ці першозначені умови скоріше схожі на ті, що були в ранньому Всесвіті.
Чорна діра. Монстр у центрі галактики
Отже, чорні діри LIGO - наймасивніші чорні діри, про які ми знаємо? Відповідь - ні. Оскільки існує ще одна категорія чорних дір. Вони знаходяться в центрах галактик. Одним з таких прикладів такого об'єкта є Стрілець А в центрі нашого Чумацького Шляху. Вважається, що тут знаходиться чорна діра, яка в мільйон разів масивніша нашого Сонця.
Було висунуто припущення, що всі галактики містять масивну чорну діру в своєму центрі. І між розмірами чорної діри і розмірами галактики є певний зв'язок. Передбачається, що подібні надмасивні чорні діри мають від ста тисяч до декількох мільярдів сонячних мас. Такі гігантські чорні діри також називаються активними ядрами галактик (AGN) або квазарами.
Поточний рекордсмен - чорна діра TON 618 з оціночною масою в 66 мільярдів разів більше маси Сонця (див. ризик нижче).
Уявлення художника про TON 618.
І, можливо, найцікавіше питання - як надмасивні чорні діри набирають такі величезні маси? Одне з пояснень таке - вони починаються з маленького насіння однієї мінімальної зіркової маси, і повільно ростуть, поглинаючи все більше і більше матерії. Залишається лише одна загадка - як швидко відбувається цей процес? Скільки часу потрібно, щоб чорна діра зросла до таких величезних розмірів?
Квазари раннього всесвіту
Відповідь на це питання може бути отримано при спостереженнях квазарів у Ранньому Всесвіті. Відомо, що масивні квазари існували на початку її еволюції. Тому було висловлено припущення про те, що на самому початку Всесвіту існували зірки масами в 100 мас Сонця або більше. Більш того, існування масивних квазарів у ранньому Всесвіті очевидно свідчить про наявність надмасивних зірок з більш ніж ста тисячами сонячних мас. Проте освіта та еволюція таких надмасивних зірок залишається відкритим питанням сучасної космології.
