Чорна діра зоряної маси
Чорна діра зоряної маси чи колапсар (англ. collapsar, від англ. collapsed star — зоря, що колапсувала) — це чорна діра, що утворюється в результаті гравітаційного колапсу масивного тіла і має дуже потужне гравітаційне поле. Властивості таких об'єктів описуються, згідно з сучасними науковими уявленнями, загальною теорією відносності. Вона має масу в діапазоні приблизно від 5 до декількох десятків M☉.
Утворення
Чорні діри зоряних мас утворюються як кінцевий етап еволюції зорі: після повного вигоряння термоядерного палива й припинення реакцій, теоретично, зоря має охолоджуватися, що призведе до зменшення внутрішнього тиску й стиснення зорі під дією гравітації. Стиснення може зупинитися на певному етапі, а може перейти в стрімкий гравітаційний колапс. Залежно від маси зорі й обертального моменту можливі такі кінцеві стани:
- Згасла дуже щільна зоря, що складається в основному, залежно від маси, з гелію, вуглецю, кисню, неону, магнію або кремнію (основні елементи перелічено в порядку зростання маси залишку зорі). Такі залишки називають білими карликами, маса їх обмежується зверху межею Чандрасекара.
- Нейтронна зоря, маса якої обмежена межею Оппенгеймера — Волкова.
- Чорна діра.
Властивості
Максимальна маса нейтронної зорі не дуже добре відома. 1939 року її оцінювали величиною 0,75 сонячних мас, називаючи межею Оппенгеймера — Волкова. 1996 року максимальна маса оцінювалася в діапазоні від 1,5 до 3 сонячних мас.
Сучасні розв'язки рівнянь теорії відносності, які описують чорні діри, мають лише три фундаментальні параметри: маса, електричний заряд та момент імпульсу(обертання). Для зовнішнього спостерігача поведінка чорної діри повністю визначається ними й якихось інших характеристик чорна діра не має. Ця властивість чорних дір характеризується метафоричним висловом: чорні діри не мають волосся. Вважається, що чорні діри, які утворилися у Всесвіті, усі мають обертання, але ніяких певних досліджень цього не було. Обертання чорної діри зоряної маси пов'язане зі збереженням кінетичного моменту зорі, з якої утворюється чорна діра.
2004 року з'явилось повідомлення про спостереження зіткнень в рентгенівському діапазоні. 25 серпня 2011 року з'явилося повідомлення про те, що вперше в історії науки група японських і американських фахівців змогла в березні 2011 року зафіксувати момент загибелі зорі, яку поглинає чорна діра.
11 лютого 2016 року колабораціями LIGO і Virgo було оголошено про перше пряме спостереження гравітаційних хвиль. Відкриття стало можливим внаслідок виявлення найважчої чорної діри зоряної маси, що коли-небудь спостерігалася.
Кандидати
Наш Чумацький Шлях містить декілька кандидатів у чорні діри (англ. BHC), які ближчі до нас, ніж надмасивна чорна діра в галактичному центрі. Всі ці кандидати є членами рентгенівських подвійних систем, в яких на компактний об'єкт через акреційний диск перетікає речовина з його супутника. Маса ймовірних чорних дір у цих парах змінюються від трьох до більш як дванадцяти сонячних мас.
| Позначення | Маса чорної діри (сонячних мас) | Маса супутника (сонячних мас) | Орбітальний період (дні) | Відстань від Землі (світлові роки) | Небесні координати (ICRS) |
|---|---|---|---|---|---|
| A0620-00/V616 Mon | 11 ± 2 | 2.6–2.8 | 0.33 | близько 3500 | 06:22:44 -00:20:45 |
| GRO J1655-40/V1033 Sco | 6.3 ± 0.3 | 2.6–2.8 | 2.8 | 5000−11000 | 16:54:00 -39:50:45 |
| XTE J1118+480/KV UMa | 6.8 ± 0.4 | 6−6.5 | 0.17 | 6200 | 11:18:11 +48:02:13 |
| Лебідь X-1 | 11 ± 2 | ≥18 | 5.6 | 6000–8000 | 19:58:22 +35:12:06 |
| GRO J0422+32/V518 Per | 4 ± 1 | 1.1 | 0.21 | близько 8500 | 04:21:43 +32:54:27 |
| GRO J1719-24 | ≥4.9 | ~1.6 | можливо 0.6 | близько 8500 | 17:19:37 -25:01:03 |
| GS 2000+25/QZ Vul | 7.5 ± 0.3 | 4.9–5.1 | 0.35 | близько 8800 | 20:02:50 +25:14:11 |
| V404 Cyg | 12 ± 2 | 6.0 | 6.5 | 7800±460 | 20:24:04 +33:52:03 |
| GX 339-4/V821 Ara | 5–6 | 1.75 | близько 15000 | 17:02:50 -48:47:23 | |
| GRS 1124-683/GU Mus | 7.0 ± 0.6 | 0.43 | близько 17000 | 11:26:27 -68:40:32 | |
| XTE J1550-564/V381 Nor | 9.6 ± 1.2 | 6.0–7.5 | 1.5 | близько 17000 | 15:50:59 -56:28:36 |
| 4U 1543-475/IL Lupi | 9.4 ± 1.0 | 0.25 | 1.1 | близько 24000 | 15:47:09 -47:40:10 |
| XTE J1819-254/V4641 Sgr | 7.1 ± 0.3 | 5–8 | 2.82 | 24000 – 40000 | 18:19:22 -25:24:25 |
| GRS 1915+105/V1487 Aql | 14 ± 4.0 | ~1 | 33.5 | близько 40000 | 19:15;12 +10:56:44 |
| XTE J1650-500 | 9.7 ± 1.6 | . | 0.32 | 16:50:01 -49:57:45 | |
| GW150914 (62 ± 4)M☉ | 36 ± 4 | 29 ± 4 | . | 1.3 більйона світових років |
- ↑ взято з SIMBAD. Формат: Пряме піднесення (hh:mm:ss) ±схилення (°:mm:ss).
Чорні діри в культурі
- В оповіданні Ларрі Нівена «Singularities Make Me Nervous» (укр. «Від сингулярностей я нервую») завдяки масивним «колапсарам» стало можливо подорожувати в часі
- В оповіданні Джеррі Пурнеля «He Fell Into a Dark Hole» через гравітаційний вплив чорної діри космічний корабель випадково вийшов з гіперпростору.
- В романі Джо Холдемана «The Forever War» («Нескінечна війна») та у відеогрі «Космічні рейнджери» чорні діри використовуються для міжзоряних подорожей.
- У романі «Фіаско» Станіслава Лема зореліт «Еврідіка» спочатку досягає колапсара Гадес і, залишаючись на його орбіті, відправляє модуль «Гермес» з астронавтами на борту до планети Квінта в системі Дзета Гарпії.