Источник изображения: nasa.gov
Ученые, изучающие черные дыры, могут быть уверены, что в их области из года в год будут появляться поразительные и головокружительные открытия. И 2021 год не стал исключением, с множеством захватывающих новых результатов, касающихся этих странных гравитационных чудовищ. Здесь мы рассмотрим самые захватывающие открытия о черных дырах в этом году и то, как они помогли нам улучшить наше понимание Вселенной.
Самая быстро вращающаяся черная дыра
Даже самые изученные черные дыры по-прежнему преподносят сюрпризы. В феврале физики пересмотрели свои оценки свойств космического монстра, сидящего в сердце системы Лебедь X-1, которая также оказалась первой черной дырой, существование которой подтверждено.
Черная дыра Лебедь X-1, первоначально обнаруженная почти 60 лет назад, оказалась на 50% массивнее, чем считалось ранее, что в 21 раз превышает массу Солнца, и вращается очень близко к скорости света, установив новый рекорд по вращению черной дыры. Черная дыра в системе Лебедь X-1 находится на расстоянии примерно 7200 световых лет от нас и медленно поглощает голубую сверхгигантскую звезду-компаньона, предоставляя исследователям новое понимание таких процессов.
Спагеттифицированная звезда увидена и смоделирована
Когда звезда приближается слишком близко к краю черной дыры, гравитационные силы разрывают ее на длинные нити, которые втягиваются в пасть черной дыры. Этот процесс, известный как «спагеттификация», производит свет по мере того, как звездный материал нагревается за счет трения, что позволяет астрономам запечатлеть этот ужасный акт во всей его красе.
В мае исследователи впервые заметили звезду, которая была измельчена и поглощена таким образом черной дырой, весившей в 30 миллионов раз больше массы Солнца, и расположенной в центре галактики в 750 миллионах световых лет от Земли. Помимо сбора важных данных о спагеттификации, наблюдения помогли ученым создать невероятную визуализацию поглощения звезды.
LIGO доказывает правоту Хокинга
Гравитационные волны, излучаемые двумя черными дырами, когда они спирально переходят друг в друга, показано в моделировании. (Изображение предоставлено: К. Хенце / Исследовательский центр Эймса NASA)
В июне исследователи из Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) наблюдали, как две гигантские черные дыры сливаются в единое целое, и проанализировали рябь в ткани пространства-времени, называемую гравитационными волнами, создаваемую при движении черных дыр по спирали навстречу друг другу на большой скорости. Они обнаружили, что площадь поверхности полученной черной дыры была больше, чем у первых двух вместе взятых.
Помимо потрясающих данных, полученные данные помогают доказать гипотезу 1971 года британского астрофизика Стивена Хокинга, известную как теорема площади черной дыры. Теорема утверждает, что площадь поверхности черной дыры не может уменьшаться с течением времени – закон, полученный Хокингом при использовании как общей теории относительности Эйнштейна, так и его понимания энтропии.
Хотя результаты стали победой для Хокинга, физикам остается только чесать голову. Согласно квантовой механике, черные дыры должны иметь возможность сжиматься и испаряться, поэтому неясно, как согласовать это с законом Хокинга, согласно которому их площадь поверхности также всегда должна увеличиваться.
Слияние черной дыры и нейтронной звезды
В июне у LIGO было множество открытий, связанных с черными дырами, когда исследователи, работающие с этим объектом, объявили, что они впервые были уверены, что видели слияние черных дыр с компактными объектами, называемыми нейтронными звездами. Наряду с черными дырами нейтронные звезды являются одним из возможных конечных результатов смерти массивной звезды, когда звезда взрывается как сверхновая и оставляет после себя остаток.
В то время как в LIGO и раньше видели намеки на возможное слияние черной дыры и нейтронной звезды, только в этом году два сигнала убедительно доказали, что такое слияние происходит. Оба обнаружения произошли в январе 2020 года с разницей примерно в 10 дней. В первом случае черная дыра примерно в шесть раз больше массы Солнца, пожирающая нейтронную звезду, в полтора раза превышающую массу Солнца, а во втором – черная дыра, примерно в девять раз превышающая массу Солнца, и нейтронная звезда примерно в два раза массивнее солнце.
Ранняя черная дыра разносит шторм
Художественная иллюстрация галактического ветра, который движет сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре галактики. Сильная энергия, исходящая от черной дыры, создает огромный поток газа, который уносит межзвездное вещество, из которого формируются звезды. (Изображение предоставлено: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO))
Почти каждая известная галактика имеет сверхмассивную черную дыру в центре, что предполагает тесную связь между двумя космическими объектами. Но ученые до сих пор не понимают, как черная дыра влияет на своего галактического хозяина. Исследование, опубликованное в июне, показало, что высокоскоростной ветер дует из галактики возрастом 13 миллиардов лет, возраст которой почти равен возрасту самой Вселенной.
Это самый ранний обнаруженный пример галактического ветра, который вырывается из сверхмассивных черных дыр по мере того, как они поглощают окружающий газ и пыль. Кроме того, мощные ветры, движущиеся со скоростью примерно 1,8 миллиона км/ч, движутся достаточно быстро, чтобы разносить материал по всей галактике и, вероятно, препятствовать звездообразованию. Это говорит о том, что галактики и их черные дыры имеют древнюю и очень тесную связь.
Световое эхо доказывает правоту Эйнштейна
Стивен Хокинг был не единственным, кто в этом году одержал победу над черными дырами. В июле астрономы засняли излучение, вспыхивающие от сверхмассивной черной дыры в центре спиральной галактики Цвикки, которая находится на расстоянии 1,8 миллиарда световых лет от нас.
Исследователи не только обнаружили свет, исходящий от передней части черной дыры, но также смогли найти странные отголоски света, которые они изначально не могли обнаружить. Оказалось, что он исходит из задней части черной дыры, а это означает, что гигантская сущность искривляла ткань пространства-времени настолько, что свет тянулся с одной стороны черной дыры на другую. Этот процесс в точности соответствует тому, что можно было бы ожидать от общей теории относительности Эйнштейна, но до сих пор он не был окончательно обнаружен.
Инопланетяне могут использовать силу черной дыры
Концептуальная иллюстрация сферы Дайсона. (Изображение предоставлено: Марк Уорд / Stocktrek Images / Getty)
Ученые не боятся строить предположения, если их предположения основаны на соответствующих данных. В августе группа астрономов на Тайване предположила, что технологические инопланетяне могут собирать энергию из черных дыр с помощью гипотетических мегаструктур, известных как сферы Дайсона, которые окружают звезду. Несмотря на то, что черные дыры считаются темными, они выделяют большое количество энергии, поскольку они питаются окружающим материалом, который нагревается и излучается как свет.
Астрономы задались вопросом, может ли внеземной вид разместить орбитальные платформы, покрытые чем-то вроде солнечных панелей, вокруг черной дыры, чтобы поглотить ее энергетические взрывы. Поскольку черные дыры меньше звезд, это позволило бы пришельцам сэкономить на строительных материалах и потенциально позволить им накапливать невероятное количество энергии.
Блуждающие черные дыры могут поселиться в нашей галактике
Черные дыры-изгои могут составлять 10% от общей массы черной дыры Вселенной. (Изображение предоставлено: Марк Гарлик / Библиотека научных фотографий / Getty)
Примерно 12 огромных невидимых черных дыр могут скрываться на окраинах Млечного Пути. Таков был вывод в августе, когда исследователи опубликовали результаты нового моделирования столкновений галактик. Во время таких грандиозных событий гравитационные силы могут заставить сверхмассивные черные дыры, весящие в миллионы или миллиарды раз больше Солнца, летать и блуждать по чернильным глубинам космоса. Некоторые из них могут впоследствии поселиться в ореолах галактик, подобных нашей, а в галактике размером с Млечный Путь ожидается в среднем около 12 галактик. Астрономы надеются выяснить, как искать этих потерянных гигантов, чтобы убедиться в правильности их моделирования.
Обнаружена ближайшая пара черных дыр
На этом изображении показаны два ярких ядра галактики NGC 7727 в 89 миллионах световых лет от Земли, крупным планом (слева) и в отдалении (справа). В центре каждого ядра находится сверхмассивная черная дыра. (Изображение предоставлено: ESO/Voggel et al.; ESO/VST ATLAS team. Acknowledgement: Durham University/CASU/WFAU)
В декабре телескопы зафиксировали свидетельства существования пары черных дыр, ближайшей к нашей планете, пары, вращающейся друг вокруг друга на расстоянии около 89 миллионов световых лет от Земли в созвездии Водолея. Предыдущая рекордная пара черных дыр расположена в пять раз дальше, чем эта, а это означает, что у ученых есть возможность изучать такие системы более подробно, чем раньше.
Оба члена дуэта являются тяжеловесами – большая из них имеет массу почти 154 миллиона солнц, а меньшая в 6,3 миллиона раз массивнее нашей звезды. Они вращаются вокруг друг друга с разделением всего 1600 световых лет, что составляет ничтожную величину в космическом масштабе. Это также указывает на то, что они сольются в одну гигантскую черную дыру через 250 миллионов лет.
Черная дыра слишком велика для своей галактики
В центре карликовой галактики Лев I находится огромная черная дыра. (Изображение предоставлено: ESA/Gaia/DPAC; SDSS (вставка))
Крошечная галактика, вращающаяся вокруг нашей собственной на расстоянии около 820 000 световых лет, кажется, содержит странность. Карликовая галактика Лев I, которая в 50 раз меньше Млечного Пути, содержит огромную черную дыру, имеющую почти такую же массу, как черная дыра в центре Млечного Пути. Астрономы озадачены тем, как такая большая черная дыра попала в такую маленькую галактику. «Нет никакого объяснения этому типу черной дыры в карликовых сфероидальных галактиках,» – заявила Мария Хосе Бустаманте, аспирант по астрономии Техасского университета в Остине, США. Точное выяснение того, что это означает как для черной дыры, так и для галактической эволюции, придется ждать в ближайшие годы.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
