Największa czarna dziura – co o niej wiemy? Czy TON 618 wciąż jest największą?

Jak duża jest największa czarna dziura, o której istnieniu wiedzą astronomowie? Jeszcze do niedawna środowisko naukowe było przekonane, że jest nią TON 618, obiekt, który wypełniał teoretyczny limit rozmiarów czarnych dziur. Czy to wciąż prawda?

Zastanawialiście się kiedykolwiek, jak duża jest największa czarna dziura, jaka została odkryta? W tym artykule znajdziecie odpowiedzi na to pytanie – zdaje się, że TON 618 oddał „fotel lidera” w tej kwestii. Co zatem wiemy o największym obiekcie tego rodzaju?

Miniaturowe czarne dziury, czarne dziury o masie gwiazdowej supermasywne czarne dziury – co je różni?

Choć mechanizm „działania” praktycznie każdej czarnej dziury jest w zasadzie podobny, istnieją różne rodzaje tych obiektów. Jednak bardziej w tym przypadku wypada stwierdzić, że astronomowie katalogują je do poszczególnych rodzajów. Co jest głównym wyznacznikiem? Pewnie się tego domyślasz – to, co przychodzi pierwsze na myśl: masa oraz rozmiar tych obiektów. Jak dotąd naukowcy stworzyli łącznie pięć kategorii, które reprezentują różne przedziały wagowe:

• Miniaturowe czarne dziury,
• gwiazdowe czarne dziury,
• czarne dziury o masie pośredniej (IMBH),
• supermasywne czarne dziury (SMBH),
• Stupendously Large Black Holes (SLAB).

Biorąc pod uwagę to, że Wszechświat istnieje od niemal 14 miliardów lat oraz patrząc na jego ogrom jego przestrzeni, całkiem rozsądne wydawać by się mogło to, że kosmos pełen będzie obiektów każdego rodzaju. Czarnych dziur reprezentujących każdą z kategorii wagowych powinno być pod dostatkiem, jednak praktyka udowadnia inaczej. Obecnie, ludzkość jest pewna istnienia zaledwie dwóch z pięciu wymienionych rodzajów czarnych dziur: gwiazdowych oraz supermasywnych czarnych dziur. Omówimy je pokrótce po kolei, zaczynając od miniaturowych czarnych dziur.

Obiekty tego rodzaju są na razie uznawane za czysto hipotetyczne – ich masa miałaby wynosić poniżej jednej masy Słońca. Czyniłoby to je prawdziwie maleńkimi ciałami niebieskimi, choć warto zaznaczyć, że obecnie znane nam prawa fizyki dopuszczają ich istnienie. Niemniej jednak naukowcom wciąż nie udało się wykryć tego rodzaju małej czarnej dziury. Za wyjaśnieniem tego faktu może stać specyfika tzw. pierwotnych czarnych dziur. Były to obiekty, które nie powstały z powodu kolapsu grawitacyjnego, ale ze specyficznego rodzaju warunków panujących tuż po Wielkim Wybuchu (z niezwykle gęstej materii). Obiekty tego typu nie są jednak długowieczne – przez oddawanie tzw. promieniowania Hawkinga, ich masa maleje, co sprawia, że z czasem po prostu znikają. Można jednak przyjąć, że miniaturowe czarne dziury mają wiele wspólnego z pierwotnymi czarnymi dziurami.

Kolejny typ to czarne dziury o masie gwiazdowej, które stanowią najczęściej spotykany rodzaj tych obiektów we Wszechświecie. Powstają ze „śmierci” masywnej gwiazdy, czyli tzw. kolapsu grawitacyjnego lub kolizji dwóch gwiazd neutronowych. Ich masa wynosi od 3 do 50 mas Słońca, jednak rozmiary przeważnie nie są powalające. Czarna dziura o masie gwiazdowej potrafi mieć średnicę 15 km, co czyni ją znacznie mniejszą nawet od naszej planety. Obiekty tego rodzaju są jednak bardzo liczne – badacze przypuszczają, że sama Droga Mleczna ma 100 milionów czarnych dziur o masie gwiazdowej.

Kolejny rodzaj czarnej dziury wyróżnia się rozmiarami większymi niż gwiazdowa czarna dziura, ale mniejszymi niż SMBH. Naukowcy nie są pewni co do procesu, jaki zachodzi podczas ich formowania. Przypuszcza się, że powstają podobnie, jak gwiazdowe czarne dziury, jednak z gwiazd, które są znacznie większe – mających nawet 1000 mas Słońca. Problem w tym, że takie rozmiary gwiazda może osiągnąć jedynie w określonych okolicznościach, nie zaś podczas normalnej ewolucji. Część astronomów sugeruje, że IMBH to pierwotne czarne dziury, które rozrosły się do większych rozmiarów. Czarne dziury o masie pośredniej mają masę od 100 do 1000 mas Słońca.

-75%

Kody rabatowe Morele Najlepsze promocje w jednym miejscu

SPRAWDŹ KODY -75%

Supermasywne czarne dziury w pełni zasługują na swoje miano. W ich przypadku mamy do czynienia z obiektami o monstrualnych parametrach. Są prawdziwym przeskokiem w skali – 1000 mas Słońca to maksimum dla IMBH, jednak SMBH osiągają masę milionów, a nawet miliardów mas Słońca (SMBH, by zyskać swoje miano musi mieć przynajmniej 1 milion mas Słońca). Natura tych obiektów nie jest do końca poznana, pewnym jest jednak to, że najprawdopodobniej każda galaktyka we Wszechświecie posiada je w swoim centrum. Naukowcy zakładają więc, że specyficzne warunki mogą być wystarczające by obiekty tego typu urosły do takich rozmiarów. Centra galaktyk to miejsca, w których panują ekstremalne warunki, które mogłyby umożliwiać tak ogromny rozrost.

Sprawdź też: Centrum Drogi Mlecznej – co się tam znajduje?

Mogłoby się wydawać, że miliardy mas Słońca to coś, co jest absolutnym sufitem. Jeszcze do niedawna badacze byli skłonni uważać, że SMBH to maksimum w skali rozmiarów czarnych dziur. Ostatnie badania sugerują jednak, że kosmos wciąż pełen jest tajemnic – ich wyniki sprawiają, że opracowana została nowa kategoria: niewiarygodnie ogromnych czarnych dziur (SLAB).

Czym są obiekty typu SLAB?

Stupendously Large Black Holes (SLABs) to kolejna kategoria wagowa tych obiektów, której rozmiary przyprawiają o prawdziwy zawrót głowy. Została zaproponowana dla obiektów, których masa przekracza 100 miliardów mas naszego Słońca. Oznaczałoby to, że byłyby one znacznie większe niż SMBH, co rodzi jeszcze więcej pytań. Dość powiedzieć, że nie posiadamy dostatecznej wiedzy na temat formowania się SMBH, nie wspominając już o obiektach jeszcze większych od nich.

Warto jednak zaznaczyć, że istnienie SLAB-ów nie zostało jeszcze poparte twardymi dowodami w postaci bezpośrednich obserwacji z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury. Naukowcy mają w tym przypadku twardy orzech do zgryzienia, ponieważ z jednej strony modele matematycznie nie wykluczają istnienia ogromnych czarnych dziur o masie do 270 miliardów mas Słońca (obecna fizyka uznaje to za absolutny limit masy). Problem jest jednak w tym, że biorąc pod uwagę wiek wszechświata oraz rozlokowanie w nim materii, niemożliwością było to, by urosły one do takich rozmiarów przez pochłanianie innych obiektów.

Nie wyklucza to jednak ich istnienia, ponieważ czarne dziury mogą się ze sobą łączyć, sumując swoje masy. W wyniku takiego wydarzenia powstaje jedna czarna dziura, która stanowi kombinację mas obu (choć odrobinę mniejszą, ponieważ część masy jest „oddawana” w postaci fal grawitacyjnych).

TON 618 – jedna z największych czarnych dziur

Jeszcze do niedawna, jedną z największych czarnych dziur był TON 618, obiekt zlokalizowany na granicy gwiazdozbioru Psów Gończych i Warkocza Bereniki. Po raz pierwszy wykryto go w 1957 roku, jednak prawdziwa natura obiektu pozostawała długo nieznana. Początkowo badacze sądzili, że mają do czynienia z odległymi białymi karłami, sytuacja uległa jednak zmianie w 1970 roku. To właśnie wtedy odebrany został silny sygnał radiowy, pochodzący z obiektu TON 618. Stało się jasne, że jego natura była do tej pory błędnie określona – TON 618 jest tak naprawdę kwazarem i to niezwykle odległym.

Sprawdź też: Ile waży Słońce, nasza gwiazda?

Według szacunków, światło, które dotarło z kwazara do naszej planety ma około 10,4 miliarda lat, co sprawia, że mamy do czynienia z jednym z najodleglejszych tego typu obiektów. Uwzględniając w obliczeniach współrzędne współporuszające się, TON 618 jest oddalony od naszej planety o około 18.2 miliardów lat świetlnych. Co jednak ciekawe, mimo tej ogromnej odległości, sam kwazar jest tak jasny, że przyćmiewa całe swoje otoczenie – oznacza to, że jest to jeden z najjaśniejszych odkrytych przez ludzkość kwazarów.

TON 618 przyciąga uwagę naukowców jeszcze z jednego powodu – kwazarowi towarzyszy jedna z największych czarnych dziur. Z przeprowadzonych obliczeń dotyczących linii emisyjnych wynika, że masa czarnej dziury, która się tam znajduje, wynosi przynajmniej 40 miliardów mas Słońca, jednak może też sięgać nawet 66 miliardów. Oznacza to, że obiekt ten jest znacznie cięższy niż np. Wielki Obłok Magellana (galaktyka satelitarna Drogi Mlecznej), posiadając masę cztery razy większą. W porównaniu do naszej „lokalnej” supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki, czyli Sagittariusa A*, TON 618 jest 15300 razy cięższy.

W celu uświadomienia sobie z jak ogromnym obiektem mamy do czynienia, postarajmy się wpierw zrozumieć, jak ciężkie jest nasze Słońce. Masa Słońca, która służy do wyznaczania masy obiektów tego rodzaju, jest wyznacznikiem dokładnego ciężaru naszej gwiazdy. Wynosi ona 2 x 10^30 kilograma – nie brzmi to przekonująco? W pełnym zapisie wynosi to 2,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 czyli dwa i 30 zer. Oznacza to, że nasza gwiazda jest około milion razy cięższa niż Ziemia. To jednak nie koniec – w przypadku TON 618 masę tę trzeba jeszcze pomnożyć przez miliardy, by oddać prawdziwą skalę tego obiektu.

Promień Schwarzschilda dla tego obiektu wynosi 1300 jednostek astronomicznych. Dla jasności – jednostka astronomiczna to odległość, jaka dzieli Słońce od naszej planety. W przybliżeniu wynosi ona około 150 milionów kilometrów. Wspomniany promień wyznacza powierzchnię horyzontu zdarzeń, czyli miejsca, z którego nie ma już powrotu – nawet światło nie może uciec z tego obszaru z powodu ogromnych sił grawitacji czarnej dziury. 1300 jednostek astronomicznych to około 390 miliardów kilometrów – dystans ten to odległość od Neptuna do Słońca, pomnożona razy 40. Niesamowicie ogromny obiekt, nieprawdaż?

Sprawdź też: Jaka jest najjaśniejsza gwiazda? Najjaśniejsze gwiazdy widoczne na nocnym niebie i we wszechświecie

W tym przypadku wypada mi zacytować Qui-Gon Jinna, słowami „zawsze znajdzie się większa ryba” – obiekt Phoenix A jest jeszcze większy!

Phoenix A – największa czarna dziura?

W 2010 roku, podczas jednego z przeglądów nieba odkryta został Klaster Feniksa. To masywna gromada galaktyk, która zlokalizowana jest około 5,7 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Kolejne lata obserwacji i badań przyniosły kolejne zaskakujące informacje na jej temat. Otóż w centrum Klastra Feniksa znajduje się masywna galaktyka z czarną dziurą, która według obliczeń, jest jeszcze większa niż TON 618!

Badacze pod przewodnictwem Michaela Brockampa z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka zajęli się kwestią wyznaczenia masy tego obiektu. Warto tu zaznaczyć, że wyniki oparte zostały na samych kalkulacjach, które wciąż wymagają potwierdzenia z wykorzystaniem potężnych teleskopów astronomicznych. Badacze w swojej pracy uwzględnili parametr konwersji energii, porównując go do zachowania rozgrzanego gazu znajdującego się wewnątrz klastra. Uwzględniając liczne zależności, wyniki pozwoliły nakreślić ogólne ramy procesu przyrostu masy czarnej dziury Phoenix A w przeszłości. A te jak się okazuje, są niezwykle ekstremalne.

Model stworzony przez Brockampa i innych badaczy sugeruje, że masa tego obiektu wynosi 100 miliardów mas Słońca, choć zaznaczono też, że może znacznie przekraczać ten wynik. Jeżeli wszelkie kalkulacje są zgodne z rzeczywistością, oznacza to, że Phoenix A jest największą czarną dziurą, jaka została wykryta przez człowieka. Byłaby na tyle duża, że wykracza poza limity supermasywnych czarnych dziur, będąc powodem do stworzenia nowej kategorii: tzw. obiektów SLAB.

Jak wielka jest zatem czarna dziura Phoenix A? W porównaniu do Sagittariusa A* przyćmiewa go swoim rozmiarem – ten istny behemot jest od niego cięższy o 24100 raza. Phoenix A jest nawet cięższy niż Galaktyka Trójkąta! I to dwukrotnie, nawet jeśli wliczyć do jej masy halo z ciemnej materii. Zastanawiasz się, jak długo zajęłaby jedna pełna „runda” dookoła obwodu jej horyzontu zdarzeń?

71 dni i 14 godzin – i to tylko wtedy, gdybyś poruszał się z prędkością światła. Przypominamy, że światło porusza się z prędkością niemal 300 tysięcy km/s. Co więcej, jeżeli okaże się prawdą, że Phoenix A jest czarną dziurą, która się nie obraca (co przy takich rozmiarach wydaje się najbardziej oczywiste), jej horyzont zdarzeń ma średnice 590,5 miliarda kilometrów, co stanowi 3900 jednostek astronomicznych. By wypełnić tę odległość, musielibyśmy pokonać odległość od Słońca do Plutona stukrotnie.

Sprawdź też: Pulsary, czyli gwiazdy neutronowe – czym są? Co dało ludziom obserwowanie pulsarów?

Jeżeli TON 618 wydawał się do tej pory ogromny, to Phoenix A ma szanse na odebranie mu palmy pierwszeństwa wśród największych czarnych dziur. Wpierw jednak obliczenia naukowców muszą zostać poparte odpowiednimi obserwacjami. Zakładając jednak, że wszystko okaże się zgodne z rzeczywistością, Phoenix A wymusił stworzenie nowego typu klasyfikacji czarnych dziur. Obiekty SLAB to prawdziwa waga ultraciężka – warto zaznaczyć, że oprócz Phoenix A, istnieje jeszcze jeden obiekt, którego masa jest odpowiednia, aby skatalogować go jako SLAB. Jest nim MS 0735.6+7421, zlokalizowany w Gwiazdozbiorze Żyrafy.

Czy Słońce stanie się czarną dziurą?

Wspominaliśmy wcześniej, że najpopularniejszy w kosmosie typ czarnych dziur, powstaje wraz ze śmiercią gwiazdy. Choć nasze Słońce jest w połowie swojego „życia”, nie ulega wątpliwości, że kiedy jego egzystencja dobiegnie końca. Czy oznacza to, że los, jaki czeka naszą gwiazdę, jest związany z przemianą w czarną dziurą? Odpowiedź na to pytanie jest negatywna, z bardzo prostego powodu: masa Słońca jest niewystarczająca do tego procesu.

Gwiazdowa czarna dziura powstaje z obiektów, które są masywnymi gwiazdami. Przekraczają one masę naszego Słońca nawet dwudziestokrotnie. Wiemy już, że mimo swoich rozmiarów w porównaniu do reszty obiektów Układu Słonecznego, nasza lokalna gwiazda jest za mała – jaki zatem czeka ją los?

Za miliardy lat, gdy Słońce wyczerpie zapasy swojego paliwa, gwiazda urośnie do ogromnych rozmiarów. Stanie się wtedy czerwonym gigantem, jednak to nie koniec procesu transformacji. Spalając resztki coraz cięższych pierwiastków, Słońce pozbędzie się zewnętrznych warstw, które staną się obłokiem gazu, zwanym mgławicą planetarną. Co pozostanie z naszej gwiazdy? Zaledwie jej jądro, które będzie białym karłem, stopniowo stygnącym obiektem, ostatecznie zmieniającym się w czarnego karła. Proces ten zajmie miliardy lat – jest on na tyle długi, że obecnie najprawdopodobniej czarne karły jeszcze nie istnieją. Wszechświat jest po prostu zbyt młody, by białe karły ostygły na tyle, aby się nimi stać.

Kosmos pełen jest niesamowitych fenomenów i interesujących obiektów. Takimi z pewnością są czarne dziury, czyli miejsca, które cechuje na tyle silna grawitacja, że nic, nawet światło, nie może z nich uciec. Obiekty te mogą osiągać naprawdę ogromne rozmiary – TON 618 i Phoenix A udowadniają, że nasz Układ Słoneczny jest zaledwie ziarnkiem piasku w porównaniu do nich. Kto wie, być może w przestrzeni kosmicznej czają się jeszcze większe czarne dziury? Jeżeli naukowcy to udowodnią, z pewnością damy Wam o tym znać!