Объекты в космосе ближе, чем они кажутся: как Земля оказалась на 2000 световых лет ближе к черной дыре
Астрономы пересмотрели шкалу расстояний в нашей галактике. Из их расчетов следует, что Солнечная система находится на 2000 световых лет ближе к центру Галактики — а значит, и расположенной там сверхмассивной черной дыре — чем считалось раньше
Японские астрономы заново рассчитали расстояние от Земли до центра Галактики (и, следовательно, обосновавшейся там сверхмассивной черной дыры). В результате наша планета придвинулась к этому загадочному объекту на 2000 световых лет. Повода для паники нет, — землянам ничего не угрожает, — зато есть повод для оптимизма: теперь ученые будут лучше представлять себе, что происходит с этой огромной черной дырой.
Космические треугольникиОпределение расстояний до небесных тел — важнейшая задача астрономии: только узнав дистанцию до светящейся точки в небе, можно сказать, какой это «светильник»: слабый, но близкий, или мощнейший, но очень далекий.
Без этого катастрофический взрыв звезды в другой галактике можно спутать с тусклой вспышкой в атмосфере Земли.
У астрономов есть целый арсенал «линеек», которыми можно дотянуться до звезд. Первая и самая надежная из них — метод параллакса. Вот как он работает: заметим направление на отдаленный объект, — к примеру, высотное здание, — а потом переместимся на известное нам расстояние и посмотрим, на какой угол сместится объект. Этот угол и называется параллаксом, и чем дальше наш ориентир, тем угол будет меньше при заданном расстоянии смещения. Зная, на сколько метров мы передвинулись и на сколько градусов сместился объект в поле зрения, можно точно вычислить расстояние до него.
Почти пусто: астрономы выяснили, сколько во Вселенной материи
Это задача из геометрии, а не из физики, и именно за это метод параллакса так ценят астрономы: от них не требуется делать никаких предположений о природе наблюдаемого объекта и тех процессах, которые там происходят, а достаточно просто решить задачу с треугольниками.
Поэтому такой метод измерения расстояний и считается самым надежным.
Однако небесные тела слишком далеки, чтобы перемещения по поверхности нашей планеты заметно меняли угол зрения. Поэтому астрономы используют движение Земли по своей орбите, радиус которой 150 млн км. Но даже при такой огромной базе отдаленные небесные тела смещаются в поле зрения едва заметно, и необходимы очень точные измерения.
Новые карты домаВ работе, о которой идет речь, исследователи определяли расстояния до космических мазеров. Эти объекты представляют собой своего рода природные лазеры, только испускающие не свет, а радиоволны. Чтобы точнее измерить их параллакс (смещение в небе), ученые использовали интерферометр.
Интерферометр — это система из нескольких удаленных радиотелескопов. Она работает как один инструмент с огромным разрешением (способностью различать тонкие детали).
Подобные схемы используются уже много десятилетий. Например, именно с помощью такой сети в 2019 году было поучено первое изображение черной дыры. В числе многих интерферометрических проектов есть и системы, занятые измерением расстояний методом параллакса. Среди них японский проект VERA, который и получил новые данные о том, где мы находимся во Вселенной.
Ученые объединили в сеть несколько телескопов, разбросанных по Японскому архипелагу. По разрешению такая система подобна огромной антенне диаметром 2300 километров. Такие параметры позволяют разглядеть с Земли монету в лунном кратере.
С помощью получившейся сети астрономы измерили расстояния до 99 мазеров, разбросанных по галактике. Получившиеся результаты были опубликованы в апреле 2020 года в журнале Publications of the Astronomical Society of Japan. Теперь исследователи объединили эти сведения с данными других научных групп, чтобы заново рассчитать местоположение Солнца относительно центра Галактики.
Международный астрономический союз в 1985 году установил официальное расстояние от Земли до центра Млечного Пути: 27700 световых лет. По данным новых измерений, оно почти на 2000 световых лет меньше: 25800 световых лет.
Это все еще слишком далеко, чтобы центральная черная дыра Галактики представляла для Земли какую-нибудь угрозу. Практический смысл этой научной работы в другом: точное знание дистанции поможет астрономам рассчитывать энергию вспышек и других процессов, происходящих со сверхмассивной черной дырой. Так что исследователи смогут лучше изучить этот таинственный объект, за открытие которого, кстати, присуждена Нобелевская премия по физике 2020 года.
Темная тайна Млечного пути: черные дыры получили официальное признание
Обновились и данные о движении Солнечной системы. Оказывается, Солнце вместе с Землей летит по орбите вокруг центра Галактики со скоростью 227 км/с, что на 7 км/с больше, чем считалось ранее.
Отметим во избежание недоразумений, что притяжение центральной черной дыры не имеет никакого отношения к орбитальному движению Солнца вокруг центра Галактики. Масса этого объекта (четыре миллиона солнечных) хоть и огромна, но несопоставимо меньше массы всего Млечного Пути с его сотнями миллиардов солнц. Таким образом, это Галактика диктует условия своей сверхмассивной черной дыре, а не наоборот.
В будущем астрономы собираются построить еще более подробную карту Млечного Пути. Для этого проект VERA вольется в сеть EAVN, объединяясь с телескопами Китая и Южной Кореи.
Космическая «гонка» миллиардеров: на что делают ставку Маск, Безос и Брэнсон
4 фото
Темная лошадка: ближайшую к Земле черную дыру нашли в созвездии Единорога
- Николай Воронин
- Корреспондент по вопросам науки
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, NASA
Ученые из Университета штата Огайо обнаружили уникальную черную дыру, побившую сразу два астрономических рекорда.
Во-первых, она расположена ближе всех прочих к нашей Солнечной системе — расстояние до нее почти втрое меньше, чем до предыдущего «рекордсмена».
Во-вторых, из всех когда-либо открытых подобных объектов этот — самый крошечный. Настолько, что не вписывается в существующую классификацию — для нее придется придумывать новую категорию.
Разумеется, назвать черную дыру «крошечной» можно только по космическим меркам: она все равно примерно втрое тяжелее Солнца, то есть почти в миллион раз превышает по массе нашу планету.
«Близко» — когда речь о расстояниях между астрономическими объектами — понятие тоже весьма относительное. Обнаруженная черная дыра расположена в одной с нами галактике Млечный путь, в созвездии Единорога, однако от Земли ее все равно отделяют примерно 1500 световых лет.
Впрочем, по космическим меркам это действительно почти что рукой подать. Для сравнения: расположенная в центре Млечного пути сверхмассивная черная дыра Стрелец A* находится дальше от Земли примерно в 18 раз.
- «Покрытые мраком тайны Вселенной». Нобелевскую премию по физике присудили за черные дыры
- Взрыв невиданной силы потряс космос. Такого не было со времен Большого взрыва
А на единственной в своем роде фотографии, опубликованной учеными два года назад, запечатлен горизонт событий черной дыры (Мессье 87), откуда свет шел до Земли примерно в 36 тысяч раз дольше.
Авторы открытия уже успели окрестить карликовую черную дыру Единорогом — за ее уникальность и расположение. А поскольку в английском языке созвездия носят традиционные латинские названия, заголовок опубликованной по этому поводу статьи (A Unicorn in Monoceros) представляет собой игру слов и переводится как «Единорог в Единороге».
«То, что такую черную дыру удалось найти в нашей галактике — потрясающая новость, — заявил Би-би-си Оливер Йенрих, возглавляющий в Европейском космическом агентстве департамент астрофизических исследований. — Тем более что метод, с помощью которого она была обнаружена, может помочь найти и другие черные дыры звездной массы, которые пока не удавалось обнаружить традиционными методами».
Что такое черная дыра?
Автор фото, ESA/Hubble, M. Kornmesser
Подпись к фото,Обычно черные дыры выявляют благодаря их взаимодействию с другими космическими телами — например, когда она пожирает близлежащую звезду
- Черная дыра — это область пространства-времени, сила гравитации в которой настолько велика, что покинуть ее не могут никакие объекты или волны, в том числе свет
- Несмотря на название, черная дыра на самом деле не пуста изнутри. Напротив, она заполнена огромной массой материи, сжатой в небольшом объеме, что создает огромную силу притяжения
- Вокруг черной дыры располагается область, называемая горизонтом событий.
Это воображаемая граница в пространстве, «точка невозврата», после пересечения которой вырваться из гравитационной ловушки уже невозможно.
Это воображаемая граница в пространстве, «точка невозврата», после пересечения которой вырваться из гравитационной ловушки уже невозможно.Карлики и переростки
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
Черные дыры — самые загадочные и непостижимые астрономические объекты.
Их физические свойства, предсказанные Альбертом Эйнштейном еще в 1915 году, настолько отличаются от привычного нам мира, что не укладываются в голове.
Черную дыру сложно даже вообразить — ведь там перестают действовать все известные нам законы физики. Любые попытки рассчитать характеристики таких объектов при помощи уравнений в результате либо дают бесконечность, либо вообще теряют всякий смысл.
В теории черные дыры могут быть самого разного размера — от совсем крохотных, образовавшихся на заре существования Вселенной (их называют первичными), до настоящих исполинов, масса которых превышает солнечную в десятки миллиардов раз.
Таких сверхмассивных черных дыр (СМЧД) известно немало: они расположены в центре многих галактик, включая и наш Млечный путь. Однако до настоящего времени ученым не удавалось найти черную дыру массой меньше, чем пять солнечных.
«Открытие любой черной дыры небольшого размера — это всегда волнительно, — говорит доктор Фил Саттон, преподающий астрофизику в Университете Линкольна. — Они куда более интересны, чем их собратья-переростки, расположенные в центрах галактик, — в первую очередь за счет механизма их формирования».
Автор фото, Science Photo Library
Подпись к фото,Массивные объекты искривляют вокруг себя пространство и время
Учитывая относительную «легкость» открытого объекта, скорее всего, когда-то Единорог был крупной звездой, объясняет астрофизик.
Особенно интересно то, что ее масса — всего втрое больше солнечной — находится буквально на грани минимально возможной для того, чтобы по окончании своего жизненного цикла звезда смогла превратиться в черную дыру.
Обычно дело обстоит так. Когда запасы топлива в недрах звезды подходят к концу, термоядерные процессы там начинают затухать — и в какой-то момент она, как выброшенный на сушу кит, перестает выдерживать собственный вес. Тогда под действием собственной гравитации звезда резко «схлопывается», как бы проваливаясь внутрь себя, и превращается во что-то другое — а вот во что именно, зависит от ее размера и массы.
«Будь она еще меньше — и в результате бы образовалась нейтронная звезда, — продолжает доктор Саттон. — По массе такие звезды уступают черным дырам совсем немного, но при коллапсе не схлопываются до минимума, а уменьшаются примерно до размеров города. Учитывая близость к нам открытого объекта и наличие у него звезды-компаньона, с которой они образуют двойную систему, мы можем многое узнать об их эволюции».
Впрочем, эксперт призывает не делать поспешных выводов: единственный параметр обнаруженного небесного тела, в котором ученые могут быть относительно твердо уверены, — это его масса.
Рябь по Вселенной
Однако именно масса Единорога — его самая удивительная характеристика, настаивает доктор Даррен Баскилл, преподающий астрономию в университете Сассекса.
Если нейтронная звезда образуется при коллапсе светила, масса которого превышает солнечную в 1,5-3 раза, а самые легкие черные дыры тяжелее Солнца по меньшей мере в пять раз, то что же происходит с телом промежуточной массы? Ученые склоняются ко второму варианту, но найти экспериментальное подтверждение этой гипотезы пока не удавалось.
«Наша галактика буквально напичкана черными дырами, которые образовались в результате смерти тяжелых звезд, — уверен Баскилл. — И лучший способ их обнаружить — это вести наблюдения за такими двойными системами. От черной дыры свет убежать не может — но многое мы можем узнать, наблюдая за ее звездой-компаньоном».
Это мнение разделяет и его коллега, профессор гравитационной астрофизики Мартин Хендри.
«Уже довольно долгое время астрономы задавались вопросом — действительно ли существует такой «зазор массы»? — объясняет Хендри, возглавляющий в Университете Глазго Школу физики и астрономии. — Ведь это означало бы, что у звездных «останков» есть еще какой-то, пока неизвестный вид».
Профессор Хендри — один из сотрудников международного проекта LIGO, которым в сентябре 2015 года удалось экспериментально подтвердить существование гравитационных волн, предсказанных еще Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. В 2017-м это открытие было удостоено Нобелевской премии по физике.
Представьте себе гладкое как зеркало озеро, в которое прямо на ваших глазах кто-то решил швырнуть приличных размеров булыжник. Ударившись о воду, камень, конечно, тут же пойдет ко дну, а по поверхности озера от места падения начнут кругами расходиться волны.
Автор фото, NASA
Подпись к фото,Увидеть гравитационные волны невозможно, но так они выглядят в представлении иллюстраторов НАСА
Гравитационные волны — точно такая же «рябь», расходящаяся по ткани пространства-времени при столкновении объектов огромной массы, вроде двух черных дыр.
За прошедшие с тех пор пять с лишним лет ученым удалось зафиксировать десятки случаев, когда в результате слияния двух черных дыр Вселенную пронизывали гравитационные колебания. Но сигнал, обнаруженный в июне прошлого года, по словам профессора Хендри, поставил физиков в тупик.
Один из столкнувшихся объектов совершенно точно был компактной черной дырой, а вот о природе второго ученые спорят до сих пор: то ли это была самая тяжелая из когда-либо обнаруженных нейтронных звезд, то ли — самая легкая из когда-либо обнаруженных черных дыр. Обнаруженный по соседству Единорог дает астрономам надежду, что в этом вопросе удастся поставить точку.
Впрочем, загадывать пока рано. Не далее как в прошлом году ученые уже заявляли, что обнаружили похожий объект — причем находящийся даже еще ближе к нашей планете, на расстоянии всего 1000 световых лет.
Однако уже через несколько месяцев одна за другой были опубликованы сразу четыре работы, оспаривающие это открытие и предлагающие убедительные альтернативные объяснения сделанных измерений.
10 вопросов о черных дырах — исследование Солнечной системы НАСА
Черная дыра — это чрезвычайно плотный космический объект, из которого не может выйти свет. Хотя черные дыры таинственны и экзотичны, они также являются ключевым следствием того, как работает гравитация: когда большая масса сжимается в достаточно маленьком пространстве, получающийся в результате объект разрывает саму ткань пространства и времени, становясь тем, что называется сингулярностью. . Гравитация черной дыры настолько сильна, что она способна притянуть близлежащий материал и «съесть» его.
Вот 10 вещей, которые вы, возможно, захотите знать о черных дырах:
Галактика NGC 1068 показана в видимом свете и рентгеновских лучах на этом составном изображении. Высокоэнергетические рентгеновские лучи (пурпурный цвет), полученные массивом ядерных спектроскопических телескопов НАСА или NuSTAR, накладываются на изображения в видимом свете как с космического телескопа Хаббла НАСА, так и с Sloan Digital Sky Survey. Рентгеновское излучение исходит от активной сверхмассивной черной дыры, также известной как квазар, в центре галактики. Эта сверхмассивная черная дыра была тщательно изучена из-за ее относительно близкого расположения к нашей галактике. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Roma Tre Univ. 1. Как мы можем узнать о черных дырах, если они улавливают свет и их нельзя увидеть?
Материя нагревается до миллионов градусов, когда ее притягивает к черной дыре, поэтому она светится в рентгеновских лучах. Огромная гравитация черных дыр искажает и само пространство, поэтому можно увидеть влияние невидимого гравитационного притяжения на звезды и другие объекты. Подробнее ›
В 2015 году исследователи обнаружили черную дыру CID-947, которая росла намного быстрее, чем ее родительская галактика. Черная дыра в центре галактики почти в 7 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, что делает ее одной из самых массивных обнаруженных черных дыр. Однако масса галактики считается нормальной. Поскольку ее свет должен был пройти очень большое расстояние, ученые наблюдали ее в период, когда Вселенной было менее 2 миллиардов лет, всего 14% от ее нынешнего возраста (с момента Большого взрыва прошло почти 14 миллиардов лет). Изображение предоставлено: М. Хельфенбейн, Йельский университет / OPAC.2. Сколько времени нужно, чтобы образовалась черная дыра?
Черная дыра звездной массы, масса которой в десятки раз превышает массу Солнца, вероятно, может образоваться за секунды после коллапса массивной звезды.
Эти относительно небольшие черные дыры также могут образоваться в результате слияния двух плотных звездных остатков, называемых нейтронными звездами. Нейтронная звезда также может слиться с черной дырой, образовав большую черную дыру, или две черные дыры могут столкнуться. Подобные слияния также быстро создают черные дыры и создают рябь в пространстве-времени, называемую гравитационными волнами.
Более загадочными являются гигантские черные дыры, обнаруженные в центрах галактик — «сверхмассивные» черные дыры, масса которых может в миллионы или миллиарды раз превышать массу Солнца. Для того, чтобы один из них достиг очень большого размера, может потребоваться менее миллиарда лет, но неизвестно, сколько времени им требуется, чтобы сформироваться в целом.
Ученые получили первое изображение черной дыры, увиденное здесь, используя наблюдения телескопа Event Horizon за центром галактики M87. На изображении видно яркое кольцо, сформированное из-за того, что свет изгибается из-за сильной гравитации вокруг черной дыры, которая в 6,5 миллиардов раз массивнее нашего Солнца.
Изображение предоставлено: Сотрудничество с телескопом Event Horizon.3. Как ученые рассчитывают массу сверхмассивной черной дыры?
Исследование включает изучение движения звезд в центрах галактик. Эти движения подразумевают темное массивное тело, массу которого можно вычислить по скоростям звезд. Вещество, попадающее в черную дыру, добавляется к массе черной дыры. Его гравитация не исчезает из вселенной.
Эта анимация иллюстрирует активность вокруг черной дыры. В то время как материя, прошедшая горизонт событий черной дыры, не видна, материя, вращающаяся за пределами этого порога, ускоряется до миллионов градусов и излучает рентгеновские лучи. Изображение предоставлено: CXC/А.Хобарт.4. Может ли черная дыра «съесть» целую галактику?
Нет. Черная дыра не может поглотить целую галактику. Гравитационное воздействие сверхмассивных черных дыр, содержащихся в центре галактик, велико, но недостаточно велико, чтобы поглотить всю галактику.
Подробнее ›
На этой иллюстрации показан светящийся поток вещества от звезды, разрушенной, когда ее поглотила сверхмассивная черная дыра.
Черная дыра окружена кольцом пыли. Когда звезда проходит достаточно близко, чтобы быть поглощенной черной дырой, звездный материал растягивается и сжимается по мере его втягивания, высвобождая огромное количество энергии. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech.5. Что произойдет, если вы упадете в черную дыру?
Это точно не к добру! Но то, что мы знаем о внутренней части черных дыр, исходит из общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Что касается черных дыр, удаленные наблюдатели будут видеть только области за горизонтом событий, но отдельные наблюдатели, попадающие в черную дыру, столкнутся с совершенно другой «реальностью». Если бы вы попали за горизонт событий, ваше восприятие пространства и времени полностью изменилось бы. В то же время огромная гравитация черной дыры будет сжимать вас по горизонтали и растягивать по вертикали, как лапшу, поэтому ученые называют это явление (без шуток) «спагеттификацией».
К счастью, такого еще ни с кем не случалось — черные дыры слишком далеко, чтобы притянуть какую-либо материю из нашей Солнечной системы.
Но ученые наблюдали, как черные дыры разрывают звезды на части, при этом высвобождается огромное количество энергии.
6. Что, если бы Солнце превратилось в черную дыру?
Солнце никогда не превратится в черную дыру, потому что оно недостаточно массивно, чтобы взорваться. Вместо этого Солнце станет плотным остатком звезды, называемым белым карликом.
Но если бы гипотетически Солнце вдруг стало черной дырой с такой же массой, как сегодня, это не повлияло бы на орбиты планет, потому что его гравитационное влияние на Солнечную систему было бы таким же.
Таким образом, Земля продолжала бы вращаться вокруг Солнца, не втягиваясь в него, хотя отсутствие солнечного света было бы катастрофой для жизни на Земле.
7. Влияли ли черные дыры на нашу планету?
Черные дыры звездной массы остаются после взрыва массивной звезды. Эти взрывы распространяют в космос такие элементы, как углерод, азот и кислород, необходимые для жизни.
Слияния двух нейтронных звезд, двух черных дыр или нейтронной звезды и черной дыры аналогичным образом распространяют вокруг себя тяжелые элементы, которые когда-нибудь могут стать частью новых планет. Ударные волны от звездных взрывов могут также вызвать образование новых звезд и новых солнечных систем. Так что в некотором смысле мы обязаны своим существованием на Земле давним взрывам и столкновениям, в результате которых образовались черные дыры.
В более крупном масштабе кажется, что в центрах большинства галактик есть сверхмассивные черные дыры. Связь между образованием этих сверхмассивных черных дыр и образованием галактик до сих пор не понята. Возможно, черная дыра могла сыграть роль в формировании нашей галактики Млечный Путь. Но эта проблема курицы и яйца — что появилось раньше, галактика или черная дыра? — это одна из величайших загадок нашей Вселенной.
Концепция этого художника показывает самую далекую сверхмассивную черную дыру из когда-либо обнаруженных. Это часть квазара всего 690 миллионов лет после Большого Взрыва.
Изображение предоставлено: Робин Динел/Научный институт Карнеги.8. Самая далекая черная дыра, которую когда-либо видели?
Самая далекая из когда-либо обнаруженных черных дыр находится в галактике на расстоянии около 13,1 миллиарда световых лет от Земли. (Возраст Вселенной в настоящее время оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, так что это означает, что эта черная дыра существовала примерно через 690 миллионов лет после Большого взрыва.)
Эта сверхмассивная черная дыра — то, что астрономы называют количество газа вливается в черную дыру так быстро, что выход энергии в тысячу раз больше, чем у самой галактики. Благодаря его чрезвычайной яркости астрономы могут обнаружить его на таких больших расстояниях.
Центральная область этого изображения содержит самую высокую концентрацию сверхмассивных черных дыр, когда-либо виденных, и их около миллиарда по всему небу. Это изображение 2017 года, сделанное за более чем 7 миллионов секунд наблюдения Чандра, является частью Chandra Deep Field-South.
Благодаря своему беспрецедентному взгляду на раннюю Вселенную в рентгеновских лучах он предлагает астрономам взглянуть на рост черных дыр в течение миллиардов лет, начавшийся вскоре после Большого взрыва. На этом изображении рентгеновские лучи низкой, средней и высокой энергии, которые обнаруживает Чандра, показаны красным, зеленым и синим соответственно. Изображение предоставлено: NASA/CXC/Penn State/B.Luo et al. | Больше информации >9. Если ничто не может вырваться из черной дыры, то не будет ли в конечном итоге поглощена вся Вселенная?
Вселенная большая. В частности, размер области, в которой конкретная черная дыра оказывает значительное гравитационное влияние, довольно ограничен по сравнению с размером галактики. Это относится даже к сверхмассивным черным дырам, подобным той, что находится в центре Млечного Пути. Эта черная дыра, вероятно, уже «съела» большую часть или все звезды, сформировавшиеся поблизости, а дальние звезды в основном защищены от затягивания. Поскольку эта черная дыра уже весит в несколько миллионов раз больше массы Солнца, останется только незначительно увеличится в массе, если поглотит еще несколько солнцеподобных звезд.
Нет никакой опасности, что Земля (находящаяся на расстоянии 26 000 световых лет от черной дыры Млечного Пути) будет втянута внутрь.0003
Будущие столкновения галактик приведут к увеличению размеров черных дыр, например, путем слияния двух черных дыр. Но столкновения не будут происходить бесконечно, потому что Вселенная большая и потому что она расширяется, и поэтому очень маловероятно, что произойдет какой-либо эффект убегания черной дыры.
На этой иллюстрации черной дыры и окружающего ее диска газ, движущийся по спирали к черной дыре, скапливается сразу за ее пределами, создавая пробку. Пробка ближе к меньшим черным дырам, поэтому рентгеновские лучи излучаются в более короткие промежутки времени. Изображение предоставлено: НАСА.10. Могут ли черные дыры стать меньше?
Да. Покойный физик Стивен Хокинг предположил, что, хотя черные дыры увеличиваются в размерах, поедая материал, они также медленно сжимаются, потому что теряют небольшое количество энергии, называемой «излучением Хокинга».
Излучение Хокинга возникает из-за того, что пустое пространство или вакуум на самом деле не пусты. На самом деле это море частиц, постоянно появляющихся и исчезающих. Хокинг показал, что если рядом с черной дырой создается пара таких частиц, есть шанс, что одна из них будет втянута в черную дыру до того, как она разрушится. В этом случае его партнер сбежит в космос. Энергия для этого исходит от черной дыры, поэтому черная дыра медленно теряет энергию и массу в этом процессе.
В конце концов, теоретически, черные дыры испарятся под действием излучения Хокинга. Но потребовалось бы гораздо больше времени, чем весь возраст Вселенной, чтобы большинство известных нам черных дыр значительно испарились. Черные дыры, даже те, масса которых в несколько раз превышает массу Солнца, будут существовать очень, очень долго!
Новооткрытая черная дыра может быть ближайшей к Земле
Насколько маленькой может быть черная дыра? В течение нескольких десятилетий астрономы работали над ответом на этот вопрос, подсчитывая количество черных дыр в нашем уголке Вселенной.
За прошедшие годы они нашли множество больших и средних, включая сверхмассивного монстра в центре нашей галактики. Но до недавнего времени они не видели признаков маленьких, и это представляет собой давнюю загадку в астрофизике.
Астрономы обнаружили черную дыру, масса которой всего в три раза превышает массу Солнца, что делает ее одной из самых маленьких из известных на сегодняшний день черных дыр, а также ближайшей из известных черных дыр, всего в 1500 световых годах от Земли.
Открытие «подразумевает, что существует гораздо больше [маленьких черных дыр], которые мы могли бы найти, если бы увеличили объем обследуемого пространства», — говорит Таринду Джаясингхе, астроном из Университета штата Огайо и ведущий автор новой статьи, подробно описывающей открытие в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества . Это открытие «должно подтолкнуть к поиску этих систем».
Джаясингхе и его коллеги назвали объект «единорогом», отчасти потому, что он уникален, а отчасти потому, что он был найден в созвездии Единорога, названного древними астрономами в честь греческого слова «единорог».
Изучая этого единорога и другие подобные ему объекты, исследователи надеются получить более четкое представление о том, что происходит со звездами в последние моменты их жизни и почему некоторые из них коллапсируют, превращаясь в черные дыры, а другие оставляют после себя плотную звездную оболочку, называемую нейтронной звездой.
Поскольку свет не может выйти из черной дыры, его можно обнаружить только косвенными средствами. Большинство известных черных дыр были обнаружены в результате поиска рентгеновских лучей, испускаемых невидимым объектом, стягивающим материал с вращающейся вокруг звезды-компаньона. Когда этот материал нагревается в плотном кольце вокруг черной дыры, известном как аккреционный диск, он испускает излучение, которое можно обнаружить с помощью рентгеновских телескопов.
Единорог, однако, был найден другим способом. Команда Джаясингхе использовала данные ряда обсерваторий для измерения периодических изменений яркости и спектра света, исходящего от красного гиганта, известного как V723 Mon.
Эти типы наблюдений использовались в течение нескольких десятилетий для поиска экзопланет, которые может быть чрезвычайно трудно обнаружить напрямую.
Команда пришла к выводу, что невидимый объект-компаньон тянет красного гиганта, деформируя его в форму капли дождя. Данные дают общую массу обоих объектов, и если звезда тяжелее, чем предполагалось командой, возможно, невидимый объект — нейтронная звезда. Но команда считает, что компаньон, скорее всего, маленькая черная дыра.
Хотя единорог меняет форму красного гиганта, он не отрывает от него материал. Это означает, что нет аккреционного диска и, следовательно, нет рентгеновских лучей, поэтому до сих пор он оставался незамеченным. Это отсутствие рентгеновского излучения в таких «тихих» черных дырах может объяснить, почему до сих пор обнаружено так мало маленьких.
Черные дыры с массой, более чем в пять раз превышающей массу нашего Солнца, кажутся многочисленными, но меньше этой цифры, кажется, что их не хватает. Астрономы называют загадочное отсутствие маленьких черных дыр «массовым разрывом».
До открытия единорога было выдвинуто несколько других кандидатов на роль черных дыр в пределах разрыва масс. В 2019 году та же команда объявила, что они обнаружили темный объект, вращающийся вокруг гигантской звезды, однако их оценки массы объекта были менее точными, и они смогли сделать вывод только о том, что это либо черная дыра, либо неожиданно массивное тело. нейтронная звезда».
В прошлом году другая группа астрономов обнаружила, по их мнению, тройную систему на расстоянии около 1100 световых лет от Земли, содержащую черную дыру массой около четырех солнечных с двумя звездами, вращающимися вокруг нее. Если в системе действительно есть черная дыра, она будет самой близкой к Земле из известных, но с тех пор другие исследования поставили под сомнение этот вывод.
Дальнейшие заманчивые результаты были получены с помощью детекторов гравитационных волн, таких как Лазерный интерферометр Гравитационно-волновая обсерватория или LIGO.
В 2019 годуастрономы наблюдали источник гравитационных волн, известный как GW190814, возникший в результате столкновения двух объектов. Одна из них весила всего 2,6 массы Солнца, а это означает, что это должна быть либо чрезвычайно тяжелая нейтронная звезда, либо самая легкая из известных черных дыр. Кроме того, считается, что слияние двух нейтронных звезд, наблюдаемое как явление гравитационных волн в 2017 году, создало черную дыру массой около 2,8 массы Солнца.
Объекты, обнаруженные с помощью гравитационных волн, к сожалению, трудно изучать в долгосрочной перспективе. Они, как правило, лежат далеко за пределами нашей галактики, а это значит, что астрономы узнают о них только тогда, когда они испускают краткий всплеск гравитационных волн. После этого они исчезают навсегда.
Единорог, напротив, находится на заднем дворе нашей галактики, и его можно изучать долгие годы. «Тот факт, что компаньон — красный гигант и что он находится близко, делает наблюдения более точными и надежными», — говорит Вики Калогера, астроном из Северо-Западного университета, не участвовавшая в новом исследовании.
Астрономы надеются, что единорог и другие подобные объекты прольют свет на физику, управляющую образованием как черных дыр, так и нейтронных звезд. Оба объекта образуются, когда звезда достигает конца своей жизни, истощая свой запас ядерного топлива. Но какая судьба ожидает каждую отдельную звезду, зависит от ее массы.
Если звезда немного больше нашего Солнца, она взорвется в результате взрыва сверхновой. Оставшаяся часть звезды сжимается под действием силы тяжести, образуя нейтронную звезду — объект настолько плотный, что материал сжимается так же плотно, как атомное ядро.
Однако, если объект намного тяжелее, он сжимается еще больше под действием силы тяжести, создавая черную дыру. Несмотря на то, что звезда могла прожить десять миллионов лет, этот эндшпиль разыгрывается с невероятной скоростью.
«За период от одной до пяти секунд звезда решает, взорвется ли она как сверхновая и создаст нейтронную звезду, или же она сколлапсирует и образует черную дыру», — говорит Тодд Томпсон, астроном из Университета штата Огайо.
и соавтор статьи о единороге. «Или может быть промежуточный случай, когда он немного взрывается, но материал все еще падает обратно, образуя черную дыру. Все это решается в очень короткие сроки».
Одна из дилемм для исследователей заключается в том, что невозможно напрямую изучать соответствующую физику. «Мы до сих пор не до конца понимаем, как материя ведет себя при ядерной плотности», — говорит Калогера. «Это проблема астрономии: мы не можем имитировать эти плотности в лаборатории».
Самые маленькие черные дыры, такие как единорог, могут помочь ученым собрать воедино эту космическую головоломку.
Более четкая картина может появиться, когда будет обнародовано больше данных с космического корабля «Гайя» Европейского космического агентства, предназначенного для точного картирования положения звезд на небе и, возможно, выявления большего количества маленьких черных дыр, притягивающих к себе звезды-компаньоны.
Астрономы также с нетерпением ждут следующего выпуска данных Слоановского цифрового обзора неба, в ходе которого используется телескоп в Нью-Мексико для детального изучения миллионов небесных объектов и, таким образом, может быть выявлено движение звезд, когда они реагируют на невидимых спутников.
Маленькие черные дыры также могут быть обнаружены обсерваторией Веры С. Рубин, строящейся сейчас в Чили.
По мере поступления новых данных астрономы надеются узнать, указывает ли нехватка маленьких черных дыр на какой-то новый аспект звездной физики, или же маленькие черные дыры действительно разбросаны по всей галактике, но до сих пор не учитывались, потому что мы только что разработали средства для их охоты.
Читать дальше
Как Тутанхамон покорил поп-культуру
- Журнал History
Как Тутанхамон покорил поп-культуру
Тутмания повлияла на все, от Голливуда до моды и рекламы после того, как гробница фараона появилась из песков Египта в 1919 году22.
Загрязнение тыквой — это проблема — вот что вы можете сделать
- Окружающая среда
Загрязнение тыквой — это проблема — вот что вы можете сделать лучший способ дать вторую жизнь вашим декоративным тыквам.
