Свръхмасивни черни дупки

В уроците за масивни звезди и черни дупки ние научихме, че ако остатъкът от масивна звезда има достатъчно маса, гравитационното свиване, гравитационната сила ще бъде по-голяма дори от налягането на електронния газ, дори по-голяма от налягането на неутронния газ, дори по-голяма от налягането на кварковия газ, и всичко ще се свие в една точка. И ние нарекохме тези точки "черни дупки". Научихме, че има хоризонт на събитията около тези черни дупки. И ако нещо се приближи до или попадне в границата на този хоризонт на събитията, няма начин изобщо да избяга от черната дупка. Всичко, което може да направи, е да се приближава все повече и повече до черната дупка. И това се отнася и за светлината, и затова се нарича черна дупка. Така, макар цялата маса да е в централната точка, цялата тази област, или по цялата повърхност на хоризонта на събитията – ще го направя в лилаво, макар да трябва да е черно – цялата тази повърхност ще изглежда черна. Тя няма да излъчва светлина. Сега, този тип черни дупки, които ние описахме, наричаме звездни черни дупки. И това е така, защото те са оформени от свиването на масивни звезди. И най-големите звездни черни дупки, които сме наблюдавали, са от порядъка на 33 слънчеви маси. Така че те са огромни, да изясним това на първо място. И това е остатъкът от звездата. Много голяма част от масата на първоначалната звезда може да е била изхвърлена от свръхнови (множествено число на свръхнова). Има и друг вид черни дупки, които са малко по-загадъчни. Те са наречени ​​ свръхмасивни черни дупки. До известна степен думата "свръх" не е достатъчно "голяма". Те не са просто малко по-масивни от звездните черни дупки – те са много по-масивни. Те са от порядъка на стотици хиляди до милиарди слънчеви маси. Сто хиляди до милиарди пъти от масата на нашето слънце. И това, което е интересно за тях, с изключение на факта, че те са суперогромни, е, че изглежда няма други черни дупки между тях. Или поне ние не сме забелязали черни дупки между тях. Най-голямата звездна черна дупка е тридесет и три слънчеви маси. И след това са свръхмасивните черни дупки, които смятаме, че съществуват. И считаме, че те съществуват главно в центровете на галактиките. И смятаме също, че повечето, ако не всички, центрове на галактики всъщност съдържат една такава свръхмасивна черна дупка. Но тук идва и любопитният въпрос: Ако всички черни дупки са образувани при свиване на звезди, защо не виждаме нищо помежду им? Една от теориите за това как тези наистина масивни черни дупки са се образували е, че имаме обикновена звездна черна дупка в област, която има огромно количество материя, което може да се увлече около нея. (Нека си представим, че имаме обикновена... Ще направя хоризонта на събитията около нея. Същинската черна дупка е в центъра на тази, или масата на черната дупка е в нейния център. И след това с течение на времето просто имаме все повече и повече маса, която просто попада в тази черна дупка. Все повече и повече неща продължават да падат в тази черна дупка, докато тя продължава да расте. И така, това би могло да бъде правдоподобна причина... Или поне масата в центъра продължава да нараства, и така хоризонтът на събитията също ще продължи да се увеличава в радиус. Това е правдоподобно обяснение, основано на настоящето ни разбиране. Но причината, поради която това не е много убедително, е, че ако това е обяснението за свръхмасивните черни дупки, можем да очакваме да видим повече черни дупки помежду им. Например черни дупки със сто слънчеви маси или хиляда, или десет хиляди слънчеви маси. Но ние не ги виждаме в момента. Ние просто виждаме звездните черни дупки и свръхмасивните черни дупки. Така че друго възможно обяснение – аз предпочитам него, защото то обяснява отсъствието на дупки между тях – то е, че тези свръхмасивни черни дупки всъщност са се формирали малко след Големия взрив, че това са първични черни дупки. Те са започнали да се образуват наскоро след началото на нашата Вселена. Спомни си – от какво се нуждаем, за да има черна дупка? Трябва да имаме невероятно плътно количество материя, или материя с голяма плътност. Ако имаме много маса в един много малък обем, тогава гравитационното притегляне ще я придърпа все по-близо и по-близо, и ще може да преодолее всички изброени налягания на електронния газ, на неутрония газ и на кварковия газ, за да се свият до това, което смятаме, че е една точка. Искам да бъда ясен. Ние не знаем, че е единствена точка; ние никога не сме ходили в центъра на една черна дупка. Само математиците, занимаващи се с черни дупки – или най-малко, които ги разбират в момента – представят всичко като една единствена точка, където математиката спира да важи. Така че ние наистина не сме сигурни в това, което се случва в тази централна точка. Но няма нужда да казвам, че ще бъде невероятно – може би безкрайно или почти безкрайно плътна точка в пространството или плътно количество материя. И причината, поради която аз предпочитам теорията за първичната черна дупка, и защо това има смисъл, е, че веднага след образуването на Вселената цялата материя във Вселената е била в много по-плътно пространство, защото Вселената е била по-малка. Така че нека приемем, че това е точно след Големия взрив, някакъв период от време след Големия взрив. Сега, това, което казахме преди, когато обсъждахме космическото фоново лъчение, в този момент Вселената е била относително еднородна. Тя е била супер, супер гъста, но това е било относително еднакво. Така че в една вселена като тази няма причина нищо да се свие до черни дупки, защото, ако се вгледаш в една точка тук, със сигурност има голямо количество маса близо до нея, но тя е много близо до него от всички посоки. Така ще бъде привлечена... и гравитационната сила би била еднаква във всяка посока, ако е напълно еднородна. Но ако отидем малко след Големия взрив – Може би защото има леки квантови ефекти на отклонение – става леко неравномерно. Така че нека да кажа, че става леко нееднородно. Но тя все още е невероятно плътна. Така че нека да кажем, че изглежда нещо като това, където има участъци, които са по-плътни, но това е малко по-неравномерно. Но са изключително плътни. Така че изведнъж се появяват плътности, които са необходими за една черна дупка, и когато има по-високи плътности, където е по-малко еднородно, тук изведнъж ще има сила, насочена навътре. Гравитационното притегляне от нещата извън тази област ще бъде по-малко от гравитационното привличане към тези области. И колкото повече неща се придърпат към нея, толкова по-малко еднородна става. Така че можеш да си представиш, че в първичната вселена, много скоро след Големия взрив, когато нещата са били много гъсти и много силно сгъстени, е възможно да има условия, където биха могли да се образуват тези свръхмасивни черни дупки, където е необходима толкова много маса в такъв малък обем, и това просто не е достатъчно еднородно, така че се получава този ефект на снежната топка, все повече и повече маса се събира в тези свръхмасивни черни дупки, които са стотици хиляди до милиарди пъти масата на Слънцето. И тук идва още по-интересната част – тези черни дупки ще се превърнат в центрове на бъдещите галактики. Така че имаме тези черни дупки, които са свръхмасивни. И не всичко ще попадне в черна дупка; само ако няма огромна ъглова скорост, насочена към черната дупка. Но ако преминава покрай нея достатъчно бързо, то просто ще започне да се върти в орбита около черната дупка. И така можеш да си представиш как по-ранните галактики, или дори как нашата галактика се е образувала. И може би се чудиш: "Какво ще кажеш за черната дупка в центъра на Млечния път?" Смятаме, че има такава. Ние мислим, че има такава, защото сме наблюдавали звезди, обикалящи много бързо около нещо в центъра на Млечния път. И единственото правдоподобно обяснение за неща, които обикалят толкова бързо около нещо, е, че там трябва да има плътност или на черна дупка, или на нещо, което в крайна сметка ще се превърне в черна дупка. И когато го изчислим математически, за центъра на нашата галактика, в центъра на Млечния път, нашата свръхмасивна черна дупка е от порядъка на четири милиона пъти масата на Слънцето. Така че се надявам, че съм ти дал малко храна за размисъл. Няма само звездни черни дупки. Или може би те по някакъв начин се превръщат в свръхмасивни черни дупки, и всички стадии между тях просто не можем да ги забележим. Или те наистина са различен клас черни дупки. Те всъщност са се формирали по различни начини. Може би са се образували наскоро след раждането на настоящата Вселена. Когато плътността на нещата е била малко нееднородна, тези неща са кондензирали едни в други. И това, което ние ще разгледаме в следващото видео, е как тези свръхмасивни черни дупки спомагат за възникването на невероятни източници на лъчения, въпреки че черните дупки сами по себе си не излъчват. И това са квазарите.