Gdzieś daleko stąd, 700 milionów lat świetlnych od Drogi Mlecznej, pasie się jedna z największych poznanych kreatur. Czarna dziura o masie przekraczającej 40 miliardów Słońc.

W ostatnim numerze The Astro­phy­si­cal Journal pojawił się artykuł oma­wia­jący niedawne odkrycie astro­no­mów z Insty­tutu Maxa Plancka w Mona­chium. Zespół Kia­nu­scha Mehrgana pochwa­lił się zare­je­stro­wa­niem kolo­sal­nej czarnej dziury, zale­ga­ją­cej w centrum galak­tyki elip­tycz­nej Holmberg 15A. Czy jest to naj­więk­szy z pozna­nych dotąd obiektów we wszech­świe­cie? Praw­do­po­dob­nie nie, ale ma spore szanse na podium i wciąż zasłu­guje na uwagę. Zresztą, czy któ­rą­kol­wiek z super­ma­syw­nych czarnych dziur można zigno­ro­wać?

Za obecną rekor­dzistkę naj­czę­ściej uważa się TON 618, o przy­pusz­czal­nej masie się­ga­ją­cej 66 miliar­dów Słońc. Nasza dzi­siej­sza boha­terka z Holm 15A pre­zen­tuje się nieco skrom­niej, jednak sza­co­wana masa na poziomie 40 miliar­dów Słońc również powinna budzić respekt. Mimo dekad obser­wa­cji i tysięcy ska­ta­lo­go­wa­nych obiektów, potwory tej klasy nadal są czymś uni­ka­to­wym, prze­ra­sta­ją­cym to, co znamy o cały rząd wiel­ko­ści. I nie mówię tu o porów­ny­wa­niu Holm 15A z jaką­kol­wiek prze­ciętną czarną dziurą, lecz z kolegami nale­żą­cymi do “podobnej” kate­go­rii wagowej.

Pomy­śl­cie o Sagit­ta­riu­sie A*, czarnym Słońcu Drogi Mlecznej dyry­gu­ją­cym ruchem setek miliar­dów gwiazd. Jego masa to jakieś 4,3 miliona Słońc. Pan i władca naszej galak­tyki jest ponad 9 tysięcy razy mniejszy od swojego krewnego z Holm 15A. To trochę tak jakby zestawić masę Jowisza z masą Słońca. Albo – jeśli wolicie coś bardziej przy­ziem­nego – jakby porównać samotne ziarenko kawy z dwu­dzie­sto­ki­lo­gra­mo­wym workiem cementu. A przecież mówimy o dwóch super­ma­syw­nych czarnych dziurach. Nic dziwnego, że co nie­któ­rzy astro­fi­zycy,
dla wyróż­nie­nia tej posępnej elity, używają pojęcia ultra­ma­syw­nych czarnych dziur. Ogółem, wystar­czy masa nie­ca­łych 20 miliar­dów mas Słońca, aby załapać się do pierw­szej dzie­siątki eks­tre­mal­nie masyw­nych obiektów. Dwu­krot­nie większa masa Holm 15A zapewnia jej więc pewną lokatę w ścisłej czołówce.

Co więcej, jak wiemy dzięki mądrości Karla Schwarz­schilda, masa czarnej dziury kore­spon­duje z roz­mia­rami jej hory­zontu zdarzeń. Oznacza to, że ultra­ma­sywne bestie pozo­stają również naj­bar­dziej obszer­nymi ciałami we wszech­świe­cie. Pamiętam, jak kilka lat temu por­tre­to­wa­łem na łamach bloga NGC 1277 o masie 17 miliar­dów Słońc. Wspo­mi­na­łem wtedy, że jej oblicze mogłoby z łatwo­ścią zasłonić kilka układów pla­ne­tar­nych wiel­ko­ści naszego. A Holm 15A? Masa 40 miliar­dów Słońc wiąże się z hory­zon­tem zdarzeń o średnicy około 240 miliar­dów kilo­me­trów. To tak, jakby ustawić obok siebie 20 Układów Sło­necz­nych, licząc do orbity Plutona. Gdyby Voyager 1 (najdalej położona ludzka sonda) miał prze­mie­rzyć taki dystans, zajęłoby mu to ponad 400 lat. Całą tę ogromną prze­strzeń zakrywa nie­prze­nik­niona, czarna sfera.

Stwór z jądra Holm 15A jest wyjąt­kowy z jeszcze jednego powodu. Gromada Abell 85, do której przy­na­leży Holmberg, pozo­staje oddalona o 740 milionów lat świetl­nych, czyli całkiem… niewiele. Tak, wiem, że brzmi to nie­do­rzecz­nie. Rzecz w tym, że więk­szość zlo­ka­li­zo­wa­nych rekor­dowo masyw­nych i ener­ge­tycz­nych obiektów zalega w centrach kwazarów ulo­ko­wa­nych jeszcze dalej. Od wspo­mnia­nego obiektu TON 618 dzieli nas 10,4 miliarda lat świetl­nych; a od takich kwazarów jak S5 0014+81 czy APM 08279+5255, nawet 12 miliar­dów lat świetl­nych.

Nawet jeśli Holm nie może liczyć na złoty medal w kate­go­rii naj­do­rod­niej­szego zaob­ser­wo­wa­nego monstrum we wszech­świe­cie, jest on bez wąt­pie­nia naj­ma­syw­niej­szym stworem znaj­du­ją­cym się w obrębie miliarda lat świetl­nych od Ziemi. To o tyle istotne, że astro­no­mo­wie mogli posłużyć się dokład­niej­szymi metodami badań, niż ma to miejsce w przy­padku kwazarów leżących opodal granicy obser­wo­wal­nego wszech­świata. Pomiary pro­mie­nio­wa­nia docho­dzą­cego z rdzenia galak­tyki Holm 15A, pozwa­lają szacować masę tam­tej­szej czarnej dziury z mar­gi­ne­sem błędu do 800 milionów mas Słońca. Zwa­żyw­szy na skalę o jakiej mówimy, to całkiem satys­fak­cjo­nu­jąca precyzja.

  • Teresa

    A zawsze myślałam, że eks­tre­mal­nie masywne czarne dziury powstają wyłącz­nie w centrach kwazarów. Ciekawe, czy gdzieś tam daleko na krańcach wszech­świata może też istnieć czarna dziura prze­kra­cza­jąca nawet masę wspo­mnia­nego Ton 618. Jak dobrze rozumiem Ton 618 należy do kate­go­rii kwazarów?

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Tak, TON618 to kwazar. Jak naj­bar­dziej może i praw­do­po­dob­nie istnieje coś masyw­niej­szego. Wszakże sięgamy naszymi obser­wa­cjami w naj­dal­sze zakątki kosmosu dopiero od kilku dekad, więc miliardy obiektów dopiero czekają na zauwa­że­nie i zmie­rze­nie.

    • Michał Skichał

      Myślę, że można powie­dzieć — choć nie mam pewności — że relacja jest trochę odwrotna, mia­no­wi­cie, to kwazar powstaje tam, gzie istnieje super­ma­sywna czarna. Kwazar, jak dobrze mniemam, to po prostu emisja potęż­nego jeta (mówiąc w uprosz­cze­niu) powsta­ją­cego ponoć, kiedy wokół czarnej kręci się dysk akre­cyjny z olbrzy­mią masą materii roz­ka­wał­ko­wa­nej na poje­dyn­cze jony… ale może źle myślę. W każdym razie to tak na mar­gi­ne­sie.

      • Teresa

        Z tego co mi się zdaje to kwazar jest rodzajem aktywnej galak­tyki, przy­naj­mniej tak jest napisane w wiki­pe­dii, ale może to jakieś uprosz­cze­nie. Nato­miast dżety są emi­to­wane głównie przez blazary (to też jakaś odmiana kwazara), Przy­dałby się jakiś dłuższy artykuł na ten temat.

      • Michał Skichał

        Chodzi mi o to, że kwin­te­sen­cją tego, czym jest kwazar, jest emisja pro­mie­nio­wa­nia docie­ra­ją­cego do nas, a to pochodzi z dżetu z dysku akre­cyj­nego czarnej dziury, bardzo masywnej, znaj­du­ją­cej się w samym środku (odległej) galak­tyki. Kwazar to nic innego jak “źródło fal radio­wych wyglą­da­jące jak niby-gwiazda”, czyli poniekąd punktowe źródło emisji.

      • Teresa

        No tak, tutaj na Kwan­to­wie też była wzmianka o tym, że kwazary to jądra wyjąt­kowo aktyw­nych galaktyk i nasza Droga Mleczna też mogła kiedyś być taką aktywną galak­tyką.
        Może fak­tycz­nie niektóre galak­tyki stają się kwa­za­rami za sprawą swoich czarnych dziur.
        A czy mogą istnieć samo­dzielne super­ma­sywne czarne dziury?
        Podobno masywne czarne dziury poja­wiały się już w naj­wcze­śniej­szych epokach wszech­świata, co by miało dowodzić, że powstają nie tylko z zapa­da­ją­cych się gwiazd, ale też z kolapsu bez­po­śred­niego (cokol­wiek, by to miało znaczyć, bo szczerze mówiąc nie wiem co się tu bez­po­śred­nio kolap­suje).
        Ale to raczej dotyczy bardziej samego mecha­ni­zmu powsta­wa­nia czarnych dziur niż tego, czy mogą istnieć samo­dziel­nie czy też nie.
        Na ten temat, też by się przydał jakiś większy artykuł, bo na por­ta­lach piszą krótko i zwięźle co powoduje, że nie wszystko da się zro­zu­mieć.

      • Michał Skichał

        Jak nie wiadomo, co kolap­suje do postaci czarnej dziury, to zawsze można sięgnąć po naj­bar­dziej ste­reo­ty­pową odpo­wiedź: obłok gazu. Mała chmurka gazu zrodzi niewypał, brą­zo­wego lili­putka. Ciut masyw­niej­sza chmura zrodzi czer­wo­nego karła. Chmu­rzy­sko zrodzi nasze Słońce. Przy takich gwiaz­dach kolaps gra­wi­ta­cyjny zostanie sku­tecz­nie zaha­mo­wany. Ale kolaps potęż­nego obłoku gazowego nie­uchron­nie prowadzi wprost do czarnej dziury, gdzie żyjący krótko błękitny olbrzym jest tylko etapem pośred­nim. Obłok gazu jest zarod­kiem, nie­bie­ski olbrzym jest gąsie­nicą, a czarna dziura jest motylem. Wyobraź­nia jest bez­gra­niczna, zatem ktoś wymyślił sobie jeszcze kolejny stopień skali masyw­no­ści obłoku gazowego: taki mia­no­wi­cie, który nie jest w stanie wytwo­rzyć gwiazdy i od razu zapada się do czarnej dziury. Ja nie wiem, co o takim pomyśle sądzić, ale skoro miałoby takie zjawisko zacho­dzić, to zgaduję, że szybko kom­pre­su­jąca się nie­wy­obra­żalna masa materii nie omi­nę­łaby raczej etapu super-super­no­wej, tj, gigan­tycz­nej i glo­bal­nej eks­plo­zji ter­mo­nu­kle­ar­nej. Wydaje mi się to nie­unik­nione, bo materia zgnia­tana w punkt, nim osiągnie finał, musi przejść przez na tyle duże ciśnie­nia i tem­pe­ra­tury, że one po prostu inicjują eks­plo­zję ter­mo­nu­kle­arną. Stąd zresztą nazwa tego typu reakcji: odpo­wied­nio wysoka tem­pe­ra­tura nadaje jonom tak duże pręd­ko­ści (czyli energie kine­tyczne), że mogą one, lecąc ku sobie, prze­zwy­cię­żyć odpy­cha­nie kulom­bow­skie i zderzyć się.

        PS. W sumie, to można wyobra­zić sobie dalej, że obiekty jakie nazywamy kwa­za­rami, w cale nie są żadnymi galak­ty­kami, tylko są… taką właśnie gigan­tyczną super­nową ha ha

      • Teresa

        Wszystko się zgadza tylko coś musi dopro­wa­dzić do takiego kolapsu obłoku gazowego. W gwiaz­dach nastę­puje spalanie pier­wiast­ków najpierw tych naj­lżej­szych, potem cięż­szych, aż zostanie żelazo i bum. A obłoki gazowe co takiego robią, żeby prze­isto­czyć się w wyżej wzmian­ko­wa­nego motyla?

      • Michał Skichał

        Mają masę.

        Zob. nie­sta­bil­ność Jeansa

    • Marcin Kocioł­kow­ski

      Na Youtube i na kilku zagra­nicz­nych stronach zna­la­złem wzmiankę o kwazarze SDSS J140821.67 + 025733.2 * który ma ponoć masę 196 mld mas słońca i jest odległy do ziemi 17mld lat św. czy to potwier­dzone?
      Taki wniosek laika jeszcze przy­szedł mi do głowy, im dalsze czarne dziury tym większe, to trochę jakby one z czasem malały a nie rosły.

      • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

        Jakieś źródło, artykuł naukowe? Bo wpisując nazwę w google wyska­kują tylko jakieś niezbyt poważne strony. A brzmi co najmniej nie­praw­do­po­dob­nie.

  • m

    Mam pytanie. Czy 700 mln dotyczy odle­gło­ści w chwili wysy­ła­nia pro­mie­nio­wa­nia które właśnie zare­je­stro­wa­li­śmy czy w momencie jego reje­stra­cji (czyli teraz)?
    Bo jeśli to pierwsze (a podej­rze­wam że tak jest) to ta czarna dziura jest teraz już o wiele dalej z racji na roz­sze­rza­nie się wszech­świata.
    Tak samo kwazary odległe o rekor­dowe 12mld lat świetl­nych fak­tycz­nie są teraz mw 90 mld las świetl­nych od nas. Dobrze myślę?

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Myślisz dobrze, dlatego obser­wo­walny wszech­świat ma średnicę 92 mld lat świetl­nych. Jednakże uwzględ­nia­nie tego aspektu w takim kon­tek­ście jest bez­ce­lowe. Widzimy każdy obiekt w takim stanie, w jakim był miliony czy miliardy lat temu, wyemi­to­wany z miejsca w jakim były miliony czy miliardy lat temu. To po prostu nasza per­spek­tywa.

  • BloodMan

    Pożarłem wręcz ten artykuł. Wincyj! 🙂

  • BloodMan

    700 mln LY to całkiem blisko, więc za bardzo się nie oddalił…

  • kuba_wu

    A jak zde­fi­niu­jesz “teraz”? Przy­po­mi­nam, że zgodnie z TW, nie istnieje rów­no­cze­sność odle­głych zdarzeń, czyli jakiś czas uni­wer­salny.

  • moona­bout

    Zasta­na­wiam się czy ktoś wyliczył jak duży mógłby być efekt dyla­ta­cji czasu w pobliży hory­zontu zdarzeń takiego obiektu. Jeśli czarna dziura o tak dużej masie byłaby nie­ak­tywna i w miarę blisko hory­zontu krą­ży­łaby sobie gwiazda z pla­ne­tami to jak by tam płynął czas. Oczy­wi­ście na moją wyobraź­nię zadzia­łał film inter­stel­lar 🙂 . Jeśli taka gwiazda krą­ży­łaby po sta­bil­nej orbicie to usiałaby poruszać się bardzo szybko co mogłoby wzmocnić efekty czasowe. Kon­klu­du­jąc jeśli obser­wa­tor patrzyłby w niebo to czy widziałby w ciągu swojego życia jak gwiazdy rodzą się i umierają 🙂

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Oczy­wi­ście, że takie rzeczy można bez więk­szych trud­no­ści wyliczyć, jednak chciałem zwrócić uwagę, że nie ma aż takiego zna­cze­nia czy mówimy o tej czarnej dziurze czy np. Sagit­ta­riu­sie A*. Zawsze w naj­bliż­szym sąsiedz­twie samego hory­zontu zdarzeń dzieją się rzeczy podobne, tj. czas płynie coraz wolniej aż zatrzy­muje się po minięciu samej granicy (z punktu widzenia zewnętrz­nego obser­wa­tora, dla którego wpa­da­jący obiekt zastyga w bezruchu). Masa zmienia tu tyle, że horyzont ma znacznie większe rozmiary. 🙂

      • moona­bout

        Rozmiar czarnej dziury ma tutaj o tyle zna­cze­nie, że chyba gra­wi­ta­cja w pobliży hory­zontu nie wzrasta tak szybko, że rozrywa obiekty orbi­tu­jące wokół.

  • Teresa

    Ciekawa jest kon­cep­cja czarnej dziury holo­gra­ficz­nej, w myśl której taka czarna dziura może być tylko złu­dze­niem optycz­nym, czyli że to co przej­dzie przez horyzont ma zostać uwię­zione na jej powierzchni. Ale raczej trudno to sobie wyobra­zić.