Тайна черных дыр: Тайна черных дыр. Что скрывается в созвездии Кит

Содержание

Тайна черных дыр. Что скрывается в созвездии Кит

https://ria.ru/20190812/1557362842.html

Тайна черных дыр. Что скрывается в созвездии Кит

Тайна черных дыр. Что скрывается в созвездии Кит

На днях стала известна масса самой тяжелой черной дыры — в сорок миллиардов раз больше, чем у Солнца. Откуда во Вселенной такие невероятные объекты — в… РИА Новости, 12.08.2019

2019-08-12T08:00

2019-08-12T08:00

2019-08-12T08:00

торн кип

космос — риа наука

москва

германия

гавайи

наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn24.img.ria.ru/images/153186/65/1531866564_0:3:1036:586_1920x0_80_0_0_531033f9c5a33dbca2f577b4fd329caf.jpg

МОСКВА, 12 авг — РИА Новости, Татьяна Пичугина. На днях стала известна масса самой тяжелой черной дыры — в сорок миллиардов раз больше, чем у Солнца. Откуда во Вселенной такие невероятные объекты — в материале РИА Новости. Черная дыра хозяйничает в центре галактикиУченых давно интересуют галактики, центр которых представляет собой компактный источник мощного излучения. Его называют активным ядром. Чемпионы среди такого типа объектов — квазары. Они находятся далеко за пределами Млечного Пути, но настолько яркие, что некоторые заметны с Земли. Их открыли в 1960 году, и уже тогда ученые предположили, что это ядра галактик: очень большие источники энергии сжаты в малый объем. Возможно даже, что это очень массивные черные дыры. Однако из-за чудовищного расстояния астрономы не могут детально исследовать их содержимое и точно вычислить массу.Казалось бы, легче всего изучить ядро собственной галактики — Млечного Пути. Ярчайший источник радиоволн в созвездии Стрельца — Стрелец А* — всего в 26 тысячах световых лет от Земли. Но из-за того, что мы находимся на краю галактики в плоскости диска, центр скрыт от прямого наблюдения. Кроме того, он прячется за облаками плотного газа и балджем — областью, густо заполненной звездами.Астрофизики полагают, что активное ядро нашей галактики включает в себя черную дыру, и довольно точно вычислили ее массу по движению окружающих звезд. Оказалось, что она лишь в четыре миллиона раз тяжелее Солнца.»Спектр-РГ» заглянет в ядроСчитается, что черная дыра образуется при сжатии вещества звезды. Сила ее гравитации растет и в конце концов вызывает коллапс — обрушение вещества из внешних слоев внутрь. В результате возникает очень компактный, но сверхмассивный объект. Чтобы от него оторваться, нужно преодолеть скорость света, а поскольку это невозможно, то ничто не покидает пределы черной дыры — ни атом, ни фотон.У черной дыры нет поверхности в обычном понимании, а есть некая граница, называемая горизонтом событий, за которую не проникает никакое излучение. Все, что попадает на горизонт событий, летит в черную дыру.Черные дыры остаются гипотетическими объектами, поскольку наблюдать их напрямую невозможно. Однако и косвенных астрофизических данных достаточно, чтобы не сомневаться в их существовании. Сами они ничего не излучают, но порождают вокруг себя определенные процессы, проявляющиеся в различных диапазонах длин волн.Особенно характерен рентгеновский диапазон. Такое излучение создают электроны, разогнанные магнитным полем вблизи черной дыры до световых скоростей. Его еще называют синхротронным, потому что генерируют искусственно на Земле в ускорителях-синхротронах. Собирать данные об активных ядрах галактик — одна из задач запущенной в июне этого года космической обсерватории «Спектр-РГ».Сейчас ученые получили в свои руки совершенно новый инструмент наблюдения за черными дырами — гравитационно-волновой детектор LIGO. В 2015 году он впервые зафиксировал гравитационные волны от слияния пары черных дыр. Пока его разрешения недостаточно, чтобы определить точное положение источника на небе, но после модернизации в этом направлении ожидается прорыв.Большие надежды ученые возлагают на радиоинтерферометры, способные обнаружить тень черной дыры на фоне подсветки из более ярких объектов. Как выглядит тень, примерно показано в фильме «Интерстеллар», консультантом которого выступил нобелевский лауреат Кип Торн.Наиболее четко тень черной дыры можно разглядеть в миллиметровом диапазоне (невидимом глазу). Это одна из задач космической обсерватории «Миллиметрон», разрабатываемой российскими учеными.Чемпион среди черных дырУченые видят либо «легкие» черные дыры, в десятки и сотни масс Солнца, либо сверхмассивные — в миллионы и даже миллиарды. Промежуточных вариантов не наблюдается, хотя в моделях астрофизики их активно используют. До сих пор самой массивной считалась черная дыра в ядре галактики M87 в созвездии Девы — примерно в четыре миллиарда раз тяжелее Солнца.И вот теперь рекорд побит. Ученые из Германии под руководством Киануш Мерган, используя результаты наблюдений очень большого телескопа VLT на Гавайях, детально проанализировали данные о яркости центра огромной эллиптической галактики Holmberg 15A, расположенной в кластере галактик Abel 85, видимом в созвездии Кит.Их смущало, что ядро Holmberg 15A аномально больше и тусклее других активных ядер галактик (хотя это ярчайший объект в галактическом кластере). Попробовали объяснить это с помощью моделирования и пришли к выводу, что там находится черная дыра в 40 миллиардов масс Солнца.Отдельный вопрос — как возможно существование таких объектов. Если они образуются за счет поступления вещества из галактики, то масса накапливается очень долго. Но как быть с квазарами? Эти объекты, в ядрах которых находятся сверхмассивные черные дыры, удалились от нас на очень большие расстояния, значит, они возникли в еще юной Вселенной. Стало быть, тогда происходили какие-то процессы, которые концентрировали энергию так, чтобы образовались сверхмассивные черные дыры.

https://ria.ru/20181104/1532009243.html

https://ria.ru/20190716/1556547660.html

https://ria.ru/20190106/1548561314.html

москва

германия

гавайи

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn25.img.ria.ru/images/153186/65/1531866564_127:0:911:588_1920x0_80_0_0_7646c712b2acfffc06763f4aaa0e62c0.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

торн кип, космос — риа наука, москва, германия, гавайи

МОСКВА, 12 авг — РИА Новости, Татьяна Пичугина. На днях стала известна масса самой тяжелой черной дыры — в сорок миллиардов раз больше, чем у Солнца. Откуда во Вселенной такие невероятные объекты — в материале РИА Новости.

Черная дыра хозяйничает в центре галактики

Ученых давно интересуют галактики, центр которых представляет собой компактный источник мощного излучения. Его называют активным ядром.

Чемпионы среди такого типа объектов — квазары. Они находятся далеко за пределами Млечного Пути, но настолько яркие, что некоторые заметны с Земли. Их открыли в 1960 году, и уже тогда ученые предположили, что это ядра галактик: очень большие источники энергии сжаты в малый объем. Возможно даже, что это очень массивные черные дыры. Однако из-за чудовищного расстояния астрономы не могут детально исследовать их содержимое и точно вычислить массу.

Казалось бы, легче всего изучить ядро собственной галактики — Млечного Пути. Ярчайший источник радиоволн в созвездии Стрельца — Стрелец А* — всего в 26 тысячах световых лет от Земли. Но из-за того, что мы находимся на краю галактики в плоскости диска, центр скрыт от прямого наблюдения. Кроме того, он прячется за облаками плотного газа и балджем — областью, густо заполненной звездами.

Астрофизики полагают, что активное ядро нашей галактики включает в себя черную дыру, и довольно точно вычислили ее массу по движению окружающих звезд. Оказалось, что она лишь в четыре миллиона раз тяжелее Солнца.

4 ноября 2018, 08:00НаукаУченые объяснили, чего ждать от перелета через Галактику

«Спектр-РГ» заглянет в ядро

Считается, что черная дыра образуется при сжатии вещества звезды. Сила ее гравитации растет и в конце концов вызывает коллапс — обрушение вещества из внешних слоев внутрь. В результате возникает очень компактный, но сверхмассивный объект. Чтобы от него оторваться, нужно преодолеть скорость света, а поскольку это невозможно, то ничто не покидает пределы черной дыры — ни атом, ни фотон.

У черной дыры нет поверхности в обычном понимании, а есть некая граница, называемая горизонтом событий, за которую не проникает никакое излучение. Все, что попадает на горизонт событий, летит в черную дыру.

Черные дыры остаются гипотетическими объектами, поскольку наблюдать их напрямую невозможно. Однако и косвенных астрофизических данных достаточно, чтобы не сомневаться в их существовании. Сами они ничего не излучают, но порождают вокруг себя определенные процессы, проявляющиеся в различных диапазонах длин волн.

Особенно характерен рентгеновский диапазон. Такое излучение создают электроны, разогнанные магнитным полем вблизи черной дыры до световых скоростей. Его еще называют синхротронным, потому что генерируют искусственно на Земле в ускорителях-синхротронах. Собирать данные об активных ядрах галактик — одна из задач запущенной в июне этого года космической обсерватории «Спектр-РГ».

Сейчас ученые получили в свои руки совершенно новый инструмент наблюдения за черными дырами — гравитационно-волновой детектор LIGO. В 2015 году он впервые зафиксировал гравитационные волны от слияния пары черных дыр. Пока его разрешения недостаточно, чтобы определить точное положение источника на небе, но после модернизации в этом направлении ожидается прорыв.

Большие надежды ученые возлагают на радиоинтерферометры, способные обнаружить тень черной дыры на фоне подсветки из более ярких объектов. Как выглядит тень, примерно показано в фильме «Интерстеллар», консультантом которого выступил нобелевский лауреат Кип Торн.

Наиболее четко тень черной дыры можно разглядеть в миллиметровом диапазоне (невидимом глазу). Это одна из задач космической обсерватории «Миллиметрон», разрабатываемой российскими учеными.

16 июля 2019, 08:00НаукаУченые разрабатывают новое вооружение для «захвата» гравитационных волн

Чемпион среди черных дыр

Ученые видят либо «легкие» черные дыры, в десятки и сотни масс Солнца, либо сверхмассивные — в миллионы и даже миллиарды. Промежуточных вариантов не наблюдается, хотя в моделях астрофизики их активно используют.

До сих пор самой массивной считалась черная дыра в ядре галактики M87 в созвездии Девы — примерно в четыре миллиарда раз тяжелее Солнца.

И вот теперь рекорд побит. Ученые из Германии под руководством Киануш Мерган, используя результаты наблюдений очень большого телескопа VLT на Гавайях, детально проанализировали данные о яркости центра огромной эллиптической галактики Holmberg 15A, расположенной в кластере галактик Abel 85, видимом в созвездии Кит.

Их смущало, что ядро Holmberg 15A аномально больше и тусклее других активных ядер галактик (хотя это ярчайший объект в галактическом кластере). Попробовали объяснить это с помощью моделирования и пришли к выводу, что там находится черная дыра в 40 миллиардов масс Солнца.

Отдельный вопрос — как возможно существование таких объектов. Если они образуются за счет поступления вещества из галактики, то масса накапливается очень долго. Но как быть с квазарами? Эти объекты, в ядрах которых находятся сверхмассивные черные дыры, удалились от нас на очень большие расстояния, значит, они возникли в еще юной Вселенной. Стало быть, тогда происходили какие-то процессы, которые концентрировали энергию так, чтобы образовались сверхмассивные черные дыры.

6 января 2019, 08:00НаукаГулливер Вселенной: ученые рассказали о крупнейшем виртуальном телескопе

красота мира в каждом кадре

Наша звезда, Солнце, умрет спокойной смертью. При довольно посредственной для звезды массе примерно через пять миллиардов лет оно сожжет последние запасы водородного топлива; внешние слои улетят прочь, а ядро в итоге сожмется до размеров так называемого белого карлика – космического уголька размером с Землю. Звезда раз в десять крупнее Солнца умрет гораздо интереснее. Внешние слои будут выброшены в пространство во время взрыва сверхновой, которая примерно на месяц станет одним из ярчайших объектов во Вселенной. Тем временем под воздействием гравитации ядро превратится во вращающуюся нейтронную звезду диаметром около 20 километров. Кусочек нейтронной звезды размером с кубик сахара-рафинада на Земле весил бы миллиард тонн. Сила притяжения нейтронной звезды настолько сильна, что, если бы вы на нее бросили зефирку, выброс энергии при столкновении был бы по мощности равен взрыву атомной бомбы.
Альберт Эйнштейн никогда не верил в реальность черных дыр. Его формулы допускали существование таких тел, но он чувствовал, что природа не стала бы их создавать.
Но это ничто по сравнению с предсмертными судорогами звезды массой раз в 20 больше Солнца. Даже если бомбу вроде сброшенной на Хиросиму взрывать каждую миллисекунду на протяжении всей жизни Вселенной, все равно не удастся набрать то количество энергии, которое выбрасывается в последние моменты перед разрушением звезды-гиганта. Ядро схлопывается. Температура достигает 55 миллиардов градусов. Куски железа размером с Эверест практически мгновенно сжимаются до размеров песчинок. Атомы расщепляются на электроны, протоны и нейтроны. Даже эти крохи дробятся на кварки, лептоны и глюоны. Так все будет расщепляться до мельчайших частиц… Что будет потом, никто не знает. В попытках объяснить столь невероятный феномен обе господствующие теории о работе Вселенной – общая теория относительности и квантовая механика – сходят с ума, как приборы самолета, вошедшего в штопор. Звезда стала черной дырой. Если что и делает черную дыру самой темной пропастью во Вселенной, так это скорость, необходимая для того, чтобы сбросить оковы ее притяжения. Для преодоления земной гравитации нужно разогнаться где-то до 11 километров в секунду. Вселенский предел скорости составляет 299792 километра в секунду, скорость света. Но даже этого недостаточно, чтобы перебороть притяжение черной дыры, – и все, что попадает в нее, не может выбраться наружу, даже лучик света. Поэтому невозможно и заглянуть внутрь. Черная дыра – место, изолированное от остальной Вселенной. Линию на границе ее внешней и внутренней среды называют горизонтом событий. Все, что пересекает горизонт – звезда, планета, человек, – пропадает навеки. Альберт Эйнштейн никогда не верил в реальность черных дыр. Его формулы допускали существование таких тел, но он чувствовал, что природа не стала бы их создавать. Наименее правдоподобным ученому казалось предположение о том, что гравитация может превзойти предположительно более сильные взаимодействия – электромагнитные и ядерные – и заставить ядро гигантской звезды исчезнуть, словно по мановению волшебной палочки. Радикально представления о черных дырах поменялись во второй половине XX века, главным образом благодаря изобретению новых способов разглядывать космос. Тогда же и был введен собственно термин «черная дыра», который впервые использовал Джон Уилер в речи 1967 года в Колумбийском университете Нью-Йорка. Тысячелетиями визуальные способности человека ограничивались видимым спектром. Но в 1960-х начали широко применяться рентгеновские и радиотелескопы. Они позволили ученым улавливать диапазоны волн, пробивающихся через межзвездную пыль, и, словно на рентгеновском снимке рассматривать «скелеты» галактик. К своему удивлению, ученые обнаружили, что сердцевину большинства галактик – а во Вселенной их более 100 миллиардов – занимают плотные скопления звезд, газа и пыли. В самой гуще всего этого хаоса, практически в каждой из наблюдаемых галактик, в том числе и в нашем Млечном Пути, находится исключительно тяжелый и плотный объект с таким мощным гравитационным притяжением, что, как его ни измеряй, есть лишь одно возможное объяснение: черная дыра. Эти дыры огромны. Та, что располагается в центре Млечного Пути, в 4,3 миллиона раз тяжелее Солнца. Соседняя галактика Андромеды вращается вокруг тела массой в 100 миллионов Солнц. Предполагается, что в других галактиках есть черные дыры массой в миллиарды и даже в десятки миллиардов Солнц. Они не были огромными с рождения, а набирали массу с каждым новым обедом, как и все мы. А маленькие черные дыры, бродящие по окраинам галактик, по мнению экспертов, и вовсе встречаются не реже бездомных собак. На памяти одного поколения физиков черные дыры превратились из шутки – математического курьеза в стиле reductio ad absurdum – в широко признанный факт. Оказывается, черные дыры – обычное явление. Во Вселенной их, по всей видимости, триллионы. Никто никогда не видел черную дыру, и не увидит. Там нечего видеть. Это просто пустое место в пространстве – огромная уйма ничего, как любят говорить физики. Наличие черной дыры вычисляется по воздействию, которое она оказывает на окружение. Это все равно что выглянуть в окно и увидеть, как все макушки деревьев склонились в одном направлении. Вы будете правы, предположив, что на улице дует сильный невидимый ветер. Если спросить экспертов, насколько они уверены в существовании черных дыр, вам с готовностью ответят: на 99,9 процента; если в центре большинства галактик нет черных дыр, там должно находиться нечто еще более поразительное. Возможно, все сомнения разрешатся через несколько месяцев. Астрономы планируют подсмотреть, как одно такое чудище питается. Черная дыра в центре Млечного пути, на расстоянии 26 тысяч световых лет от нас, называется Стрелец А*, в стандартном сокращении – Sgr A*. И Sgr А* готовится обедать. Она притягивает к себе газовое облако G2 со скоростью 3 тысячи километров в секунду. Менее чем через год G2 приблизится к горизонту событий. В этот момент все радиотелескопы мира будут направлены на Стрельца А*, и ученые надеются, синхронизировав их в одну всепланетную обсерваторию под названием «Телескоп горизонта событий», сфотографировать черную дыру в действии. Мы увидим не само тело, а, скорее всего, так называемый аккреционный диск, кольцо мусора на краю дыры – этакие крошки, оставшиеся на обеденном столе после семейного ужина. Предположительно, это развеет большинство сомнений в том, что черные дыры существуют. И не просто существуют. Они могут помочь нам разобраться в устройстве Вселенной. Материя, стремящаяся к черной дыре, при трении выделяет большое количество тепла. А сами черные дыры вращаются – в принципе они похожи на глубокие водовороты в космосе. Комбинация трения и вращения приводит к тому, что значительная часть материи, стремящейся к черной дыре (иногда больше 90 процентов), не пересекает горизонт событий, а отбрасывается прочь, словно искры с вращающегося точильного колеса. Эта нагретая материя отшвыривается в космос струйными потоками на феноменальной – чуть меньше световой – скорости. Такие струи могут растягиваться на миллионы световых лет. Иными словами, черные дыры перетряхивают старые звезды в центре галактики и выплевывают образовавшиеся в процессе горячие газы в самые дальние ее уголки. Газ остывает, уплотняется и в итоге образует новые звезды, служа источником вечной молодости галактики. Здесь важно кое-что прояснить. Начнем с популяризованного научной фантастикой мнения, будто черные дыры пытаются нас всех засосать. У черной дыры всасывающей силы не больше, чем у обычной звезды, просто эта сила очень велика относительно ее собственных размеров. Если бы наше Солнце внезапно превратилось в черную дыру – это невозможно, но давайте представим, – оно сохранило бы прежнюю массу, вот только диаметр с 1392000 километров сократился бы до 6,5 километра. На Земле стало бы темно и холодно, но орбита планеты осталась бы прежней. Солнце в новом амплуа притягивало бы нашу планету с той же силой, что и раньше. Точно так же Земля, превратившись вдруг в черную дыру, сохранила бы прежнюю массу в шесть секстиллионов тонн (это шестерка с 21 нулем), но сжалась бы до размеров глазного яблока. Луна осталась бы на своем месте. Итак, черные дыры не засасывают. Следующая тема доставляет куда больше головной боли – речь пойдет о времени. У него с черными дырами очень сложные отношения. По сути, время как таковое (забудем на минутку о черных дырах) довольно причудливое понятие. Вы, вероятно, слышали фразу: «Время относительно». Это значит, что время не течет для всех с одинаковой скоростью. Эйнштейн обнаружил, что на него влияет сила притяжения. Если вы расставите чрезвычайно точные часы на каждом этаже небоскреба, они будут идти с разной скоростью. Нижние этажи находятся ближе к центру Земли, где гравитация сильнее, и часы там будут тикать немножко медленнее, чем те, что располагаются на верхних этажах. Вы никогда этого не замечали, потому что различия фантастически малы – лишние миллиардные доли секунды. Часы на GPS-спутниках специалисты настраивают так, чтобы они шли немного медленнее часов на поверхности Земли. В противном случае данные GPS были бы неточными. Черные дыры с их невероятной силой притяжения можно считать машинами времени. Сядьте в ракету, летите к Sgr A*. Подплывите как можно ближе к горизонту событий, но не пересекайте его. За каждую минуту, которую вы там проведете, на Земле пройдет тысяча лет. Сложно поверить, но это правда: гравитация побеждает время. Что же будет, если пересечь горизонт событий? Сторонний наблюдатель не увидит, как вы проваливаетесь. Вы будете выглядеть застывшим на краю дыры, окаменевшим на целую вечность. Ну, технически – не так долго, ибо ничто не вечно, даже черные дыры. Британский физик Стивен Хокинг доказал, что эти объекты постепенно теряют массу – процесс называется излучением Хокинга – и за определенное количество времени должны полностью испаряться. Но в таком случае мы говорим о триллионах триллионов еще многих триллионов лет. Это достаточно долго, чтобы в отдаленном будущем черные дыры могли остаться единственными объектами в нашей Вселенной. Раз сторонний наблюдатель не увидит, как вы проваливаетесь в черную дыру, что же с вами произойдет? Sgr A* настолько велика, что горизонт событий находится на расстоянии примерно в 13 миллионов километров от ее центра. Физики не сошлись во мнениях относительно того, что именно происходит в момент пересечения. Возможно, вы встретите там так называемую стену огня и просто сгорите. Однако общая теория относительности предсказывает, что по пересечении горизонта событий происходит нечто совсем другое: ничего. Вы просто попадаете внутрь, не имея ни малейшего понятия о том, что отныне вы потеряны для остальной Вселенной. Все в порядке. Часы на вашей руке тикают как обычно. Часто говорят, что черные дыры бесконечно глубоки, но это неправда. У них есть дно, вот только вы до него не доживете. По мере вашего падения гравитация будет усиливаться. Если вы падаете ногами вперед, то ноги будут притягиваться с гораздо большей силой, чем затылок, и ваше тело начнет растягиваться – до тех пор, пока не разорвется. Фрагменты достигнут дна. В центре черной дыры располагается загадка по имени «сингулярность». Поняв, что это такое, вы совершите один из крупнейших научных прорывов в истории. Для начала вам понадобится изобрести новую теорию, которая выйдет за пределы общей теории относительности Эйнштейна, определяющей движение звезд и галактик. Вам также придется превзойти квантовую механику, которая описывает то, что происходит с микроскопическими частицами. Обе теории неплохо отражают реальность, но в экстремальных условиях (а во внутренностях черной дыры условия именно такие) обе они неприменимы. Сингулярности воображают исключительно крошечными. Менее чем крошечными: мощнейший в мире микроскоп не разглядит сингулярность, увеличенную в триллион триллионов раз. Но что-то в ней есть, по крайней мере в математическом смысле. Нечто не только маленькое, но и невообразимо тяжелое. Не утруждайтесь, пытаясь это представить. Подавляющее большинство физиков говорит: да, черные дыры существуют, но это сферический Форт-Нокс в вакууме; туда невозможно проникнуть. Мы никогда не узнаем, что находится внутри сингулярности. Тем не менее парочка инакомыслящих позволила себе с этим не согласиться. В последние годы среди физиков-теоретиков все активнее распространяется мнение, что бытие не ограничивается нашей Вселенной. Скорее, мы живем в так называемой Мультивселенной – широком ассортименте вселенных, коллекции дырок в швейцарском сыре реальности. Все это – лишь спорные гипотезы, но вполне возможно, что для рождения новой Вселенной необходимо сперва взять немного материи из уже существующей, сжать ее хорошенько и изолировать. Где-то вы это уже слышали? В конце концов, мы знаем, что стало с одной сингулярностью. Наша Вселенная появилась 13,8 миллиарда лет назад в колоссальном Большом взрыве. За мгновение до него все было сжато в бесконечно маленькую и невероятно плотную крупинку – сингулярность. Вопрос о том, что может находиться внутри черной дыры, занимает многие умы. Посмотрите налево, затем направо. Ущипните себя. Возможно, в другой Вселенной появилась черная дыра. Возможно, мы в ней живем.

Тайна черных дыр. Что скрывается в созвездии Кита

ДУШАНБЕ, 12 авг — Spunik. На днях стала известна масса самой тяжелой черной дыры — в сорок миллиардов раз больше, чем у Солнца. Откуда во Вселенной такие невероятные объекты — в материале РИА Новости.

Черная дыра хозяйничает в центре галактики

Ученых давно интересуют галактики, центр которых представляет собой компактный источник мощного излучения. Его называют активным ядром.

Чемпионы среди такого типа объектов — квазары. Они находятся далеко за пределами Млечного Пути, но настолько яркие, что некоторые заметны с Земли. Их открыли в 1960 году, и уже тогда ученые предположили, что это ядра галактик: очень большие источники энергии сжаты в малый объем.

Возможно даже, что это очень массивные черные дыры. Однако из-за чудовищного расстояния астрономы не могут детально исследовать их содержимое и точно вычислить массу.

Казалось бы, легче всего изучить ядро собственной галактики — Млечного Пути. Ярчайший источник радиоволн в созвездии Стрельца — Стрелец А* — всего в 26 тысячах световых лет от Земли. Но из-за того, что мы находимся на краю галактики в плоскости диска, центр скрыт от прямого наблюдения.

Кроме того, он прячется за облаками плотного газа и балджем — областью, густо заполненной звездами.

Астрофизики полагают, что активное ядро нашей галактики включает в себя черную дыру, и довольно точно вычислили ее массу по движению окружающих звезд. Оказалось, что она лишь в четыре миллиона раз тяжелее Солнца.

«Спектр-РГ» заглянет в ядро

Считается, что черная дыра образуется при сжатии вещества звезды. Сила ее гравитации растет и в конце концов вызывает коллапс: обрушение вещества из внешних слоев внутрь. В результате возникает очень компактный, но сверхмассивный объект.

Чтобы от него оторваться, нужно преодолеть скорость света, а поскольку это невозможно, то ничто не покидает пределы черной дыры — ни атом, ни фотон.

У черной дыры нет поверхности в обычном понимании, а есть некая граница, называемая горизонтом событий, за которую не проникает никакое излучение. Все, что попадает на горизонт событий, летит в черную дыру.

Черные дыры остаются гипотетическими объектами, поскольку наблюдать их напрямую невозможно. Однако и косвенных астрофизических данных достаточно, чтобы не сомневаться в их существовании.

Сами они ничего не излучают, но порождают вокруг себя определенные процессы, проявляющиеся в различных диапазонах длин волн. Особенно характерен рентгеновский диапазон.

Такое излучение создают электроны, разогнанные магнитным полем вблизи черной дыры до световых скоростей. Его еще называют синхротронным, потому что генерируют искусственно на Земле в ускорителях-синхротронах.

Собирать данные об активных ядрах галактик — одна из задач запущенной в июне этого года космической обсерватории «Спектр-РГ».

Астрофизики выяснили, как можно «сбежать» из черной дыры

Сейчас ученые получили в свои руки совершенно новый инструмент наблюдения за черными дырами — гравитационно-волновой детектор LIGO. В 2015 году он впервые зафиксировал гравитационные волны от слияния пары черных дыр.

Пока его разрешения недостаточно, чтобы определить точное положение источника на небе, но после модернизации в этом направлении ожидается прорыв.

Большие надежды ученые возлагают на радиоинтерферометры, способные обнаружить тень черной дыры на фоне подсветки из более ярких объектов. Как выглядит тень, примерно показано в фильме «Интерстеллар», консультантом которого выступил нобелевский лауреат Кип Торн.

Наиболее четко тень черной дыры можно разглядеть в миллиметровом диапазоне (невидимом глазу). Это одна из задач космической обсерватории «Миллиметрон», разрабатываемой российскими учеными.

Чемпион среди черных дыр

Ученые видят либо «легкие» черные дыры, в десятки и сотни масс Солнца, либо сверхмассивные — в миллионы и даже миллиарды. Промежуточных вариантов не наблюдается, хотя в моделях астрофизики их активно используют.

До сих пор самой массивной считалась черная дыра в ядре галактики M87 в созвездии Девы — примерно в четыре миллиарда раз тяжелее Солнца. И вот теперь рекорд побит.

Если кто-то и знал все о черных дырах, то это был Стивен Хокинг

Ученые из Германии под руководством Киануш Мерган, используя результаты наблюдений очень большого телескопа VLT на Гавайях, детально проанализировали данные о яркости центра огромной эллиптической галактики Holmberg 15A, расположенной в кластере галактик Abel 85, видимом в созвездии Кита.

Их смущало, что ядро Holmberg 15A аномально больше и тусклее других активных ядер галактик (хотя это ярчайший объект в галактическом кластере). Попробовали объяснить это с помощью моделирования и пришли к выводу, что там находится черная дыра в 40 миллиардов масс Солнца.

Астрофизики выяснили, как можно «сбежать» из черной дыры

Отдельный вопрос — как возможно существование таких объектов. Если они образуются за счет поступления вещества из галактики, то масса накапливается очень долго.

Но как быть с квазарами? Эти объекты, в ядрах которых находятся сверхмассивные черные дыры, удалились от нас на очень большие расстояния, значит, они возникли в еще юной Вселенной. Стало быть, тогда происходили какие-то процессы, которые концентрировали энергию так, чтобы образовались сверхмассивные черные дыры.

Космос: Наука и техника: Lenta.ru

Астрономы Западного университета в Онтарио (Канада) объяснили механизм возникновения сверхмассивных черных дыр, согласно которому в очень ранней Вселенной эти объекты находились в активной стадии роста. В отличие от обычных черных дыр, сверхмассивные не образуются в результате вспышки сверхновой, однако причины их появления до сих пор точно не известны. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Ученые решили проблему, возникающую с пределом Эддингтона, который накладывает ограничения на скорость поглощения (аккреции) вещества черной дырой. Сверхмассивные черные дыры вмещают в себя массу миллиарда солнц, однако их рост должен был происходить в очень коротком промежутке времени — в течение всего лишь 800 миллионов лет (начиная от момента рождения Вселенной). Если темпы аккреции слишком высоки, то давление излучения в диске, образующемся вокруг черной дыры, вызывает интенсивное истечение вещества прочь из гравитационного поля.

Согласно гипотезе ученых, прямому коллапсу с образованием сверхмассивных черных дыр подвергались облака межзвездного газа. Особые условия на ранних стадиях существования Вселенной способствовали тому, что некоторые облака начинали коллапсировать только тогда, когда их общая масса становилась равной массе ста тысяч Солнц. Из-за сжатия возникали короткоживущие квазизвезды, а затем крупные черные дыры, которые становились «семенами» еще более массивных объектов.

После прямого коллапса черные дыры начинали активно «пожирать» вещество вокруг себя. При этом аккреция на ограниченный период времени (примерно на 150 миллионов лет) становилась супер-Эддингтоновской, то есть большая часть вещества проваливалась под горизонт событий, не испуская излучение, которое могло бы эту аккрецию нарушить. В конце концов, излучение от ближайших звезд и других черных дыр остановило супер-Эддингтоновскую аккрецию.

Что происходит в России и в мире? Объясняем на нашем YouTube-канале. Подпишись!

почему открытия советского учёного Халатникова до сих пор засекречены

Какое отношение учёный из СССР имел к голливудскому фильму «Интерстеллар» и почему американцы считали Институт теоретической физики им. Ландау, который он возглавлял, самым сильным в мире?

После показа фантастического фильма «Интерстеллар» в обиход людей, далёких от науки и космоса, прочно вошли такие слова, как «горизонт событий» и «сингулярность». В Интернете всерьёз стали обсуждать вопросы, что же именно произойдёт с человеком, если он решит проникнуть в чёрную дыру, есть ли такие объекты в Солнечной системе и что случится с Солнцем, если возле него появится чёрная дыра размером с теннисный мяч.

Навстречу чёрным дырам

Если помните, главный герой фильма «Интерстеллар» пилот-астронавт Джозеф Купер отправился в далёкий космос через «червоточину» (или кротовую нору), чтобы найти новый дом для погибающего человечества. В безумной надежде вернуться домой он покинул космический корабль и на челноке отправился в чёрную дыру. Провалившись в неизведанное, он оказался вне времени в некоем кубе, который создали специально для него эволюционировавшие люди будущего (так решил сам герой) или, возможно, Бог. Из куба он умудряется передать сообщение своей взрослой дочери, а когда куб схлопывается, оказывается выброшенным в открытый космос где-то в районе Юпитера.

Кадр из фильма «Интерстеллар» © «Кинопоиск»

Однако спорщики могли бы не тратить время и воображение, если бы знали о расчётах легендарного советского физика-ядерщика Исаака Халатникова, который совместно с физиками Владимиром Белинским и Евгением Лифшицем решил уравнения гравитации Эйнштейна и ввёл в науку понятие БХЛ-сингулярности (или сингулярности Белинского — Халатникова — Лифшица).

Наука после Второй мировой войны шагала семимильными шагами. В те годы появились такие понятия, как «пространственно-временное поле», обладающее не только гибкостью и упругостью, но и вязкостью. Оказалось, оно искривляется при взаимодействии с гравитацией. Стало ясно, что возле чёрной дыры это поле закручивается воронкой. Появилось понятие «горизонт событий» — воображаемая линия, за которой гравитация чёрной дыры становится настолько сильной, что даже фотоны света не могут вырваться из неё.

Американские учёные Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер рассчитали, что попавший в чёрную дыру объект подвергнется «спагеттификации», то есть растянется в бесконечности. Это произойдёт потому, что ближайшая к чёрной дыре сторона подвергнется большему воздействию гравитации — и объект растянется в сверхтонкую струну.

Однако и советские физики были заняты разработкой теории коллапса сверхмассивной звезды, вопросом превращения её в чёрную дыру и процессами, которые происходят при этом. Был среди них и Халатников. Но, в отличие от Оппенгеймера, он учёл её вращение, неравномерное распределение вещества в массе, волновые процессы, разницу плотности, излучение вещества с поверхности и даже возможную несимметричность звёздного тела.

И оказалось, что на падающий в чёрную дыру звездолёт будут воздействовать асимметричные силы. Ещё до горизонта событий это будут искривления поля пространства-времени, сила которых у точки прохождения горизонта событий начнёт нарастать. Поле пространства-времени начнёт продавливаться с нарастающей скоростью, но искривление это будет несимметричным по осям пространства. Это приведёт к раскачиванию поля, нарастанию гравитационной турбулентности, что в конце концов разорвёт гипотетический звездолёт, едва он достигнет точки сингулярности.

Но это ещё не всё. Обломки звездолёта будет разрывать на ещё более мелкие части, каждая из которых в итоге разорвётся на элементарные частицы. В конце концов от звездолёта останется только чистая энергия. Время исчезнет, а пространство превратится в сверхвысокочастотную пену — это и будет гравитационная сингулярность.

Силы, воздействующие на звездолёт, получили название приливных сил БХЛ-типа, а само решение проблемы именовали БХЛ-сингулярностью. В общем, без вмешательства высших сил герой «Интерстеллара» Купер был бы обречён.

Счастливая ошибка

Так кто же он, человек, сделавший с коллегами теоретические расчёты гипотетической ситуации, над которой будут спорить через десятки лет? Академик Исаак Халатников ушёл из жизни в возрасте 102 лет, овеянный славой. Журналисты назвали его «атомным гением» и «человеком-эпохой». Но до сих пор о нём известно не так много.

Он родился в далёком 1919 году в Екатеринославе, с детства демонстрировал математические способности. В университете города Днепропетровска стал именным сталинским стипендиатом, после окончания физического факультета был приглашён в аспирантуру к знаменитому физику-теоретику Льву Ландау, но вместо этого попал в зенитчики — шёл 1941 год. Халатникова призвали в июне, направили в артиллерийское училище, а после отправили защищать Москву от налётов фашистской авиации в 1784-й зенитной воинской части. Он был награждён медалью «За победу над Германией», дослужился до капитана.

Но уже в 1944 году академик Пётр Капица потребовал, чтобы артиллерист Халатников вошёл в группу Ландау. В те годы Капица входил в Спецкомитет Лаврентия Берии по созданию атомной бомбы, и его распоряжение было выполнено в точности. Даже не сняв погоны, Халатников оказался зачислен в аспиранты в институт Ландау.

По поводу зачисления Халатникова к Ландау среди ядерных физиков ходил анекдот. Капицу несколько смущал тот факт, что среди учёных-ядерщиков слишком много евреев. И поэтому академик пообещал выдать Ландау премию, если в его группе появится хоть один русский. Взглянув на фото блондина Халатникова и прочитав его фамилию, Ландау решил, что премия ему не помешает, и попросил Капицу ходатайствовать о молодом учёном перед главным маршалом артиллерии Николаем Вороновым.

Два физика на 30 девушек

Так Халатников попал в теоретический отдел Ландау, где кроме него работали физик Евгений Лифшиц и ещё 30 девиц-математиков — компьютеров тогда не было, и они должны были вручную вычислять параметры процессов, происходивших внутри атомной бомбы.

Исаак Халатников (третий слева в первом ряду), Лев Ландау (второй справа в первом ряду). Фото © «Научная Россия»

Уравнения они получали от Халатникова в таком виде, что догадаться, о чём идёт речь, было нельзя, а сделать вычисления — можно. В результате Халатников пришёл к формуле «необычайной красоты и стройности». Ландау был доволен результатом и даже, расчувствовавшись, подарил Халатникову своё фото с подписью «Дорогому Халату».

Но самой сложной задачей, поставленной перед ним, Халатников считал расчёты водородной бомбы, над которой он работал совместно с академиком Сахаровым. За разработку водородной бомбы учёные получили Сталинскую премию. Дальнейшие исследования ядерного оружия до сих пор засекречены.

Ещё не всё потеряно

С 1965 по 1992 год Халатников возглавлял Институт теоретической физики им. Ландау Академии наук СССР. Защитил докторскую, в 1984 году стал академиком, был принят в Лондонское королевское научное общество. Преподавал в МФТИ, сотрудничал с журналом «Физика низких температур».

Много работал, создал основополагающие труды по квантовой теории поля, квантовых жидкостей и электродинамики, по сверхпроводимости, общей теории относительности, астрофизике и космологии.

Его ИТФ самым сильным институтом в мире называли даже американцы. Так, проректор Гарвардского университета Пол Мартин считал, что в США с физиками одного ИТФ могла бы соперничать только целая команда учёных, собранная из всех университетов Восточного побережья США.

В последние годы Халатникова сильно беспокоила ситуация в российской науке, «утечка мозгов» на Запад. Но он считал, что, несмотря на это, российская наука всё ещё остаётся лучше западной. Природные данные российских студентов, начальная подготовка и строгий отбор всё ещё позволяют учёным конкурировать с «партнёрами».

Подпишитесь на LIFE

Иллюзия гравитации. Тайны черных дыр

Тайны черных дыр

Предсказано, что черные дыры могут испускать излучение определенной температуры, названное излучением Хокинга в честь открывшего его Стивена Хокинга (Stephen W. Hawking) из Кембриджского университета. Температура обычных физических систем, например, Солнца или воды в стакане, объясняется статистической механикой в терминах движения микроскопических элементов. Чтобы сказать что-то о температуре черной дыры, необходимо знать, что представляют собой ее микроскопические элементы и как они ведут себя. Рассказать об этом может только теория квантовой гравитации.

Некоторые аспекты термодинамики черных дыр заставили ученых всерьез задуматься о том, можно ли вообще разработать квантовомеханическую теорию гравитации. Казалось, что сама квантовая механика вот-вот рухнет перед лицом эффектов, порождаемых черными дырами. Теперь мы знаем, что черной дыре в АДС-пространстве-времени соответствует определенная конфигурация частиц на его границе. Поскольку число частиц очень велико, и все они пребывают в постоянном движении, теоретики смогли воспользоваться обычными правилами статистической механики для определения температуры. Вычисленное значение в точности совпало с результатом, который Хокинг получил совершенно другим путем! При этом граничная теория подчиняется обычным правилам квантовой механики и никакой несогласованности не возникает.

Физики могут использовать голографическое соответствие в противоположном направлении и, используя известные свойства черных дыр во внутреннем пространстве-времени, вывести поведение кварков и глюонов при очень высоких температурах на границе. Дэм Сон (Dam Son) из Вашингтонского университета изучал сдвиговую вязкость черных дыр и пришел к выводу, что она чрезвычайно мала — меньше чем у любой известной жидкости. Из-за голографической эквивалентности вязкость сильно взаимодействующих кварков и глюонов при высоких температурах тоже должна быть очень низка.

Проверку этого предсказания проведут на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории, где изучаются столкновения ядер золота при очень высоких энергиях. Предварительный анализ экспериментальных данных показывает, что при столкновениях возникает жидкость с очень низкой вязкостью. Даже изучая упрощенную версию хромодинамики, Сон, похоже, обнаружил свойство, которое существует и в реальном мире. Неужели в RHIC были получены маленькие пятимерные черные дыры?! Пока об этом рано говорить. (В любом случае крошечных черных дыр нечего бояться: они испаряются почти с такой же скоростью, с какой образуются, и «живут» в пяти измерениях, а не в нашем четырехмерном мире.)

Предстоит ответить еще на множество вопросов о голографических теориях. В частности, есть ли что-нибудь похожее для нашей вселенной, а не для АДС-пространства? Существенной особенностью АДС-пространства является то, что оно имеет границу, где время хорошо определено. Граница существовала и будет существовать вечно. У расширяющейся вселенной, возникшей при Большом взрыве, нет такой границы. Поэтому неясно, как определить голографическую теорию для нашей вселенной, ведь в ней нет подходящего места для голограммы.

Важный урок состоит в том, что квантовая гравитация, на многие десятилетия озадачившая лучшие умы планеты, может оказаться очень простой, если ее рассматривать в терминах правильных переменных. Будем надеяться, что вскоре у нас появится простое описание Большого Взрыва.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:

  • Anti-de Sitter Space and Holography. Edward Witten in Advances in Theoretical and Mathematical Physics, Vol. 2, pages 253-291; 1998. Available online at http://arxiv.org/abs/hep-th/9802150
  • Gauge Theory Correlators from Non-Critical String Theory. S. Gubser, I. R. Klebanov and A. M. Polyakov in Applied Physics Letters B, Vol. 428, pages 105-114; 1998.
  • http://arxiv.org/abs/hep-th/9802109
  • The Theory Formerly Known as Strings. Michael J. Duff in Scientific American, Vol. 278, No. 2, pages 64-69; February 1998.
  • The Elegant Universe. Brian Greene. Reissue edition. W. W. Norton and Company, 2003.
  • A string theory Web site is at superstringtheory.com

«Покрытые мраком тайны Вселенной». За что дали Нобелевскую премию по физике?

  • Николай Воронин
  • Корреспондент по вопросам науки

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Увидеть или хотя бы представить себе черную дыру невозможно, но вот как она выглядит в воображении художника

Нобелевскую премию по физике за 2020 год разделили на две части. Одна половина досталась британцу Роджеру Пенроузу, доказавшему возможность существования черных дыр. Вторая — профессорам Калифорнийского университета Райнхарду Генцелю и Андреа Гэз, обнаружившим одну из таких дыр в центре нашей Галактики.

Если быть совсем точным, в решении Нобелевского комитета сказано, что Генцель и Гэз открыли находящийся в центре Млечного пути «сверхмассивный компактный объект». В том, что это именно черная дыра, ученые не уверены до сих пор — у них попросту нет другого объяснения.

Русская служба Би-би-си коротко (в 100 словах) и чуть подробнее (в 500) объясняет, в чем суть фундаментальных открытий, удостоенных во вторник высшей награды научного мира.

Физические свойства черных дыр настолько отличаются от того, что мы привыкли видеть вокруг, что даже сами ученые, предсказавшие существование таких объектов, не могли до конца поверить в их существование.

Профессор Оксфорда Роджер Пенроуз первым доказал, что черные дыры не просто могут существовать — во Вселенной, подчиняющейся теории относительности, их формирование просто неизбежно.

А две группы ученых под руководством Райнхарда Генцеля и Андреа Гез обнаружили такой объект в центре нашей Галактики. Независимо друг от друга им удалось доказать, что там находится невидимый для приборов, но невероятно массивный объект.

Именно вокруг него вращается Млечный путь — со всеми миллиардами входящих в него звезд. В том числе наше Солнце, а значит — и мы с вами.

«Покрытые мраком тайны Вселенной» — именно так охарактеризовали черные дыры члены Нобелевского комитета на награждении во вторник.

Предположения о существовании небесных тел такой огромной массы, что их притяжение не может преодолеть даже свет, высказывались еще в XVIII веке. Однако более подробно заняться изучением этого вопроса ученым мешало отсутствие необходимых инструментов.

Лишь в 1915 году удалось хотя бы теоретически рассчитать возможность существования таких объектов при помощи уравнений Эйнштейна.

Исходя из положений общей теории относительности, в пространстве-времени могут существовать такие области, где фактически перестают действовать известные нам законы физики.

Автор фото, Getty Images

Никакие измерения там попросту невозможны, поскольку существующие уравнения, описывающие физические свойства объектов (в том числе и гравитационное поле), в результате либо дают бесконечность, либо вообще теряют всякий смысл.

Увидеть черную дыру невозможно по определению, и как она может выглядеть — хотя бы в теории, — было не под силу самому Эйнштейну. Так что до конца поверить в существование подобных объектов великий физик не мог — и скорее сомневался в собственных расчетах.

Оно и не мудрено: если верить формулам, черная дыра, сравнимая по массе с нашей планетой, должна быть размером с обычную горошину. Масса Солнца превышает земную в сотни тысяч раз — но и она бы уместилась в черную дыру диаметром не больше чем несколько километров.

Однако в 1965 году, через 10 лет после смерти Эйнштейна, профессор Оксфордского университета Роджер Пенроуз опубликовал работу, в которой с математической точностью доказывалось: существование черных дыр не просто возможно — оно вытекает из общей теории относительности совершенно естественным образом, в результате гравитационного коллапса умирающих звезд.

Более того, во Вселенной, подчиняющейся законам теории относительности, появление черных дыр абсолютно неизбежно. Они просто должны существовать.

За это открытие, сделанное еще 55 лет назад, Пенроуз и получил во вторник высшую научную награду. Самому ему 8 августа исполнилось 89 лет.

Черная кошка в темной комнате

Но если черные дыры все же существуют — то как их найти?

Ученые изучают глубины космоса с помощью электромагнитных волн. Их можно измерить и сделать на основе этих измерений какие-то расчеты, но никакое излучение не может высветить всепоглощающую абсолютную черноту.

Более того, при пересечении горизонта событий — так называется воображаемая граница, за которой измерения становятся невозможны — время и пространство фактически сливаются. Обратное путешествие возможно, только если повернуть время вспять.

Однако ученые все же нашли способ это сделать. Ведь если черная дыра обладает гигантской массой, то вокруг нее должны вращаться звезды. А значит, по движению этих звезд можно довольно точно рассчитать местоположение и массу самого невидимого объекта.

Именно это независимо друг от друга сделали сразу две группы ученых: одной руководил Райнхард Генцель, другой — Андреа Гез.

Автор фото, Reuters

Они направили телескопы к центру нашей галактики и стали наблюдать за расположенной там группой звезд, движение которых могло указывать на нахождение поблизости черной дыры.

Центр Млечного пути скрыт в облаке межзвездной пыли, поэтому наблюдения приходилось вести в инфракрасном спектре, однако выводы обеих групп совпали, подтверждая друг друга.

На траекторию по меньшей мере шести звезд действительно оказывает влияние какой-то расположенный поблизости объект. Невидимое, но при этом невероятно массивное небесное тело.

Единственное возможное объяснение этого феномена — то, что там, на расстоянии около 26 тысяч световых лет, находится сверхмассивная черная дыра, примерно в 4 млн раз тяжелее Солнца.

Ближайшая к ней звезда совершает полный оборот вокруг невидимки примерно за 16 земных лет. А расстояние между ними составляет «всего» 17 световых часов.

Для сравнения: до Земли солнечный свет доходит за восемь с небольшим минут.

Тайны черных дыр

1 ноября 2019 г.

Черные дыры — одна из самых могущественных и загадочных сил во Вселенной. Они оказывают значительное влияние на то, как галактики и звезды формируются и развиваются с течением времени.

Но какими бы важными ни были черные дыры, мы очень мало о них знаем.

Недавние открытия подтвердили теории черных дыр, пролив свет на то, как черные дыры влияют на рост Вселенной.

Эти открытия подготовили будущее для исследований черных дыр, хотя черные дыры по-прежнему полны многих загадок.

Как черные дыры влияют на галактики

Ученые обнаружили очень мощные ветры со скоростью до тысяч километров в секунду, исходящие от черных дыр.

Ветер вызывается энергией, которую черная дыра выделяет по мере того, как поглощает больше мусора и увеличивается в размерах.

Мы знали, что черные дыры испускают этот ветер, но исследования показывают, что он оказывает огромное влияние на развитие галактик.

В центре многих галактик есть большие черные дыры, которые влияют на развитие звезд. Фактически, ветры черной дыры могут препятствовать образованию звезд, влияя на состав галактики.

Эффект еще более выражен в галактиках со сверхмассивными черными дырами, которые потребляют массу с еще большей скоростью.

Как мы изучаем черные дыры

Хотя мы не совсем понимаем роль черных дыр в эволюции Вселенной, ясно, что они влияют на формирование астрономических тел, таких как звезды.

Но причина того, что мы так мало знаем о черных дырах, заключается в том, что их трудно увидеть. Даже свет не может покинуть черную дыру, а это означает, что ее невероятно сложно наблюдать.

Все, что мы знаем о черных дырах, получено из области вокруг самой черной дыры, называемой аккреционным диском.

Аккреционный диск — это кольцо из газа, пыли и мусора, которое вращается вокруг черных дыр. Масса аккреционного диска вращается вокруг черной дыры до тех пор, пока черная дыра не поглотит ее.

Возможно, мы не сможем увидеть саму черную дыру, но мы можем наблюдать за движением аккреционного диска, чтобы понять поведение черной дыры.

Например, форма аккреционного диска говорит нам о том, как черная дыра вращается, и о скорости ее роста.

Ученые пытались наблюдать выравнивание этих аккреционных дисков, потому что они помогают нам определять траекторию черной дыры с течением времени.

Тайна

В 1975 году физик Джон Бардин и астрофизик Якобус Паттерсон утверждали, что аккреционные диски должны совпадать с экватором черной дыры.

В то время это было всего лишь теорией, и ученые исследовали эффект Бардина-Петтерсона в течение 40 лет.

В этом году ученые наконец совершили прорыв: они создали симуляцию, имитирующую эффект Бардина-Петтерсена.

Это немалый подвиг. Известно, что черные дыры трудно изучать по двум причинам.

Во-первых, аккреционный диск находится близко к черной дыре, что означает, что он движется в искривленном пространстве-времени, влияя на вычисления.

Во-вторых, астрофизики не могли вычислить магнитную турбулентность внутри черной дыры. Это стало возможным только после того, как технологии были достаточно развиты, чтобы ученые могли манипулировать графикой и изображениями.

Еще много загадок, чтобы разгадать

Это открытие подтвердило множество наших теорий о черных дырах. Ученые впервые доказали, что аккреционный диск черной дыры совпадает с экватором черной дыры.

Это захватывающая разработка, открывающая путь для более совершенного и продвинутого моделирования черных дыр.

Мы приближаемся к пониманию загадок черной дыры. Это моделирование — небольшой шаг вперед к пониманию того, как черные дыры влияют на развитие галактик и Вселенной.

черных дыр | Управление научной миссии

Не позволяйте названию ввести вас в заблуждение: черная дыра — это что угодно, только не пустое пространство. Скорее, это огромное количество материи, упакованное в очень маленькую область — представьте себе звезду, в десять раз более массивную, чем Солнце, сжатую в сферу примерно диаметра Нью-Йорка.В результате гравитационное поле настолько сильное, что ничто, даже свет, не может ускользнуть. В последние годы инструменты НАСА нарисовали новую картину этих странных объектов, которые для многих являются самыми интересными объектами в космосе.

Интенсивные рентгеновские вспышки, предположительно вызванные черной дырой, пожирающей звезду. (Видео)


Идея объекта в космосе настолько массивного и плотного, что свет не может от него ускользнуть, существовала веками. Самое известное, что черные дыры были предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна, которая показала, что когда массивная звезда умирает, она оставляет после себя небольшое плотное остаточное ядро.Если масса ядра примерно в три раза больше массы Солнца, как показали уравнения, сила тяжести подавляет все другие силы и образует черную дыру.

Видео о черных дырах.


Ученые не могут напрямую наблюдать черные дыры с помощью телескопов, которые обнаруживают рентгеновские лучи, свет или другие формы электромагнитного излучения. Однако мы можем сделать вывод о наличии черных дыр и изучить их, обнаружив их влияние на другую материю поблизости.Например, если черная дыра проходит через облако межзвездной материи, она втягивает материю внутрь в процессе, известном как аккреция. Аналогичный процесс может произойти, если нормальная звезда проходит рядом с черной дырой. В этом случае черная дыра может разорвать звезду на части, притягивая ее к себе. По мере того, как притягиваемое вещество ускоряется и нагревается, оно испускает рентгеновские лучи, которые излучаются в космос. Недавние открытия предлагают некоторые соблазнительные доказательства того, что черные дыры оказывают драматическое влияние на окружающие их окрестности — они испускают мощные гамма-всплески, пожирают близлежащие звезды и стимулируют рост новых звезд в одних областях, но останавливают его в других.

Конец одной звезды — начало черной дыры

Большинство черных дыр образуются из остатков большой звезды, погибшей в результате взрыва сверхновой. (Более мелкие звезды становятся плотными нейтронными звездами, которые недостаточно массивны, чтобы улавливать свет.) Если общая масса звезды достаточно велика (примерно в три раза больше массы Солнца), теоретически можно доказать, что никакая сила не может удерживать звезда от коллапса под действием силы тяжести. Однако, когда звезда схлопывается, происходит странная вещь.По мере того как поверхность звезды приближается к воображаемой поверхности, называемой «горизонтом событий», время на звезде замедляется по сравнению со временем, наблюдаемым удаленными наблюдателями. Когда поверхность достигает горизонта событий, время останавливается, и звезда больше не может коллапсировать — это застывший коллапсирующий объект.

Астрономы определили кандидата на звание самой маленькой из известных черных дыр. (Видео)


Еще большие черные дыры могут возникнуть в результате столкновений звезд. Вскоре после запуска в декабре 2004 года телескоп НАСА Swift наблюдал мощные, мимолетные вспышки света, известные как всплески гамма-излучения.Позже Чандра и космический телескоп Хаббла собрали данные о «послесвечении» этого события, и вместе наблюдения привели астрономов к выводу, что мощные взрывы могут произойти, когда черная дыра и нейтронная звезда сталкиваются, образуя еще одну черную дыру.

Младенцы и гиганты

Хотя основной процесс образования понятен, одна из вечных загадок в науке о черных дырах заключается в том, что они, по-видимому, существуют в двух радикально разных масштабах.С одной стороны, бесчисленные черные дыры — остатки массивных звезд. Распространенные по всей Вселенной, эти черные дыры «звездной массы» обычно в 10–24 раза массивнее Солнца. Астрономы замечают их, когда другая звезда приближается достаточно близко, чтобы часть окружающей ее материи была захвачена гравитацией черной дыры, создавая при этом рентгеновские лучи. Однако большинство звездных черных дыр живут изолированно и их невозможно обнаружить. Однако, судя по количеству звезд, достаточно больших для образования таких черных дыр, по оценкам ученых, только в Млечном Пути существует от десяти миллионов до миллиарда таких черных дыр.

На другом конце спектра размеров находятся гиганты, известные как «сверхмассивные» черные дыры, которые в миллионы, если не миллиарды, раз массивнее Солнца. Астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры находятся в центре практически всех больших галактик, даже нашего Млечного Пути. Астрономы могут обнаружить их, наблюдая за их воздействием на близлежащие звезды и газ.

На этой диаграмме показаны относительные массы сверхплотных космических объектов.


Исторически астрономы долгое время считали, что черных дыр среднего размера не существует.Однако недавние данные Чандры, XMM-Newton и Хаббла подтверждают, что черные дыры среднего размера действительно существуют. Один из возможных механизмов образования сверхмассивных черных дыр включает цепную реакцию столкновений звезд в компактных звездных скоплениях, которая приводит к накоплению чрезвычайно массивных звезд, которые затем коллапсируют с образованием черных дыр промежуточной массы. Затем звездные скопления опускаются к центру галактики, где черные дыры промежуточной массы сливаются, образуя сверхмассивную черную дыру.

Недавние открытия
Дата Дискавери
17 декабря 2020 г. В поисках пропавшей гигантской черной дыры (Абель 2261)
27 ноября 2020 Галактика переживает праздник Черной дыры — пока (CQ4479)
19 ноября 2020 Хаббл обнаружил возможную «игру теней» диска вокруг черной дыры
14 октября 2020 г. Рецепт мощных квазаров
1 октября 2020 г. «Картирование эхо» в далеких галактиках может помочь измерить огромные космические расстояния
3 августа 2020 г. Черная дыра не выполняет свою работу (SpARCS1049)
29 июля, 2020 Скрытые на виду: чудовищные черные дыры, обнаруженные в соседних галактиках
16 июля 2020 Сбежавшая звезда может объяснить закон об исчезновении Черной дыры
15 июля 2020 Случаев ошибочной идентификации в черной дыре
19 июня 2020 В центре Млечного Пути захвачена награда за черную дыру
2 июня 2020 г. Интенсивная вспышка от черной дыры Млечного Пути, освещенной газом далеко за пределами нашей галактики
29 мая 2020 Вспышка черной дыры зафиксирована на видео (MAXI J1820 + 070)
14 мая 2020 Почему облака образуются возле черных дыр
28 апреля 2020 г. Телескоп Spitzer показывает точное время танца черной дыры
23 апреля 2020 Звезда выжила после близкого разговора с черной дырой (GSN 069)
31 марта 2020 г. Хаббл нашел лучшие доказательства неуловимой черной дыры среднего размера
19 марта 2020 Квазар, цунами разлетаются по галактикам
19 марта 2020 Тесты данных Chandra «Теория всего»
27 февраля 2020 Рекордный взрыв, обнаруженный черной дырой (скопление галактик Змееносец)
20 января 2020 г. XMM-Newton Maps Окрестности черной дыры
6 января 2020 г. Известная черная дыра имеет космический предел скорости (M87)

Куда ведут черные дыры?

Итак, вы собираетесь прыгнуть в черную дыру .Что могло бы ожидать, если бы — вопреки всему — вы каким-то образом выжили? Где бы вы закончили и какими дразнящими историями вы бы смогли потчевать, если бы вам удалось выбраться на обратный путь?

Простой ответ на все эти вопросы, как объясняет профессор Ричард Мэсси: «Кто знает?» Как научный сотрудник Королевского общества в Институте вычислительной космологии Даремского университета, Мэсси полностью осознает, что тайны черных дыр лежат глубоко. «Падение через горизонт событий — это буквально переход за завесу — как только кто-то упадет за него, никто никогда не сможет отправить сообщение», — сказал он.«Они будут разорваны на части из-за огромной силы тяжести, поэтому я сомневаюсь, что кто-то, провалившийся, сможет куда-нибудь добраться».

Связанный: Викторина о черной дыре: насколько хорошо вы знаете самые странные творения природы?

Если это звучит как разочаровывающий — и болезненный — ответ, то этого следовало ожидать. С тех пор, как считалось, что общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала черные дыры, связав пространство-время с действием гравитации, было известно, что черные дыры возникают в результате смерти массивной звезды, оставляющей после себя небольшое плотное остаточное ядро.Если предположить, что это ядро ​​более чем примерно в три раза превышает массу Солнца, гравитация будет подавлять до такой степени, что оно упадет на себя в единственную точку или сингулярность, понимаемую как бесконечно плотное ядро ​​черной дыры.

Образовавшаяся необитаемая черная дыра будет иметь такое мощное гравитационное притяжение, что даже свет не сможет избежать ее. Итак, если вы окажетесь на горизонте событий — точке, в которой свет и материя могут проходить только внутрь, как предложил немецкий астроном Карл Шварцшильд, выхода нет.Согласно Мэсси, приливные силы превратят ваше тело в нити атомов (или «спагеттификацию», как это также известно), и объект в конечном итоге будет раздавлен сингулярностью. Идея о том, что вы могли бы где-нибудь появиться — возможно, с другой стороны — кажется совершенно фантастической.

А как насчет червоточины?

(Изображение предоставлено Карлом Тейтом, соавтором SPACE.com)

Или это? На протяжении многих лет ученые изучали возможность того, что черные дыры могут быть кротовой норой для других галактик.Они могут даже быть, как некоторые предполагают, путем в другую вселенную.

Такая идея витала в воздухе в течение некоторого времени: Эйнштейн объединился с Натаном Розеном, чтобы построить теорию мостов, соединяющих две разные точки в пространстве-времени в 1935 году. ведущие мировые эксперты по астрофизическим последствиям общей теории относительности Эйнштейна подняли дискуссию о том, могут ли объекты физически перемещаться через них.

«Читая популярную книгу Кипа Торна о червоточинах, я впервые в детстве увлекся физикой», — сказал Мэсси. Но маловероятно, что червоточины существуют.

Действительно, Торн, давший свои экспертные советы съемочной группе голливудского фильма «Интерстеллар», написал: «Мы не видим в нашей вселенной объектов, которые могли бы стать червоточинами с возрастом», в своей книге «Наука межзвездного» ( WW Norton and Company, 2014). Торн сказал Space.com, что путешествия по этим теоретическим туннелям, скорее всего, останутся научной фантастикой, и, конечно же, нет убедительных доказательств того, что черная дыра могла позволить такой проход.

Связанный: Самые странные черные дыры во Вселенной

Но проблема в том, что мы не можем подойти поближе, чтобы увидеть своими глазами. Да ведь мы даже не можем сфотографировать то, что происходит внутри черной дыры — если свет не может избежать их огромной гравитации , то фотоаппарат ничего не сможет сфотографировать. В нынешнем виде теория предполагает, что все, что выходит за пределы горизонта событий, просто добавляется к черной дыре, и, более того, поскольку время искажается близко к этой границе, это будет происходить невероятно медленно, поэтому ответы не будут быстрыми. предстоящий.

«Я думаю, что стандартная версия гласит, что они ведут к концу времени», — сказал Дуглас Финкбайнер, профессор астрономии и физики Гарвардского университета. «Наблюдатель далеко не увидит, как их друг-астронавт упал в черную дыру. Они будут становиться все краснее и слабее по мере приближения к горизонту событий [в результате гравитационного красного смещения]. Но друг падает прямо в черную дыру. место за пределами «навсегда». Что бы это ни значило «.

Художественная концепция червоточины. Если червоточины существуют, они могут вести в другую вселенную.Но нет никаких доказательств того, что червоточины реальны или что черная дыра действовала бы как таковая. (Изображение предоставлено: Shutterstock)

Может быть, черная дыра ведет к белой дыре

Конечно, если черные дыры действительно ведут в другую часть галактики или другую вселенную, на другой стороне должно быть что-то противоположное им. Может ли это быть белая дыра — теория, выдвинутая российским космологом Игорем Новиковым в 1964 году? Новиков предположил, что черная дыра связана с белой дырой, существовавшей в прошлом.В отличие от черной дыры, белая дыра позволяет свету и материи уходить, но свет и материя не могут проникать.

Ученые продолжили изучение потенциальной связи между черными и белыми дырами. В своем исследовании 2014 года, опубликованном в журнале Physical Review D , физики Карло Ровелли и Хэл М. Хаггард заявили, что «существует классическая метрика, удовлетворяющая уравнениям Эйнштейна за пределами конечной области пространства-времени, где материя коллапсирует в черную дыру, а затем вылезает из дыры.«Другими словами, весь материал, проглоченный черными дырами, может быть извергнут, а черные дыры могут стать белыми дырами после смерти.

Коллапс черной дыры не только не уничтожит информацию, которую она поглощает, но и остановит. Вместо этого он испытал бы квантовый отскок, позволяющий информации ускользнуть. В этом случае он пролил бы некоторый свет на предложение бывшего космолога Кембриджского университета и физика-теоретика Стивена Хокинга , который в 1970-х годах исследовал возможность того, что черный дыры испускают частицы и излучение — тепловое тепло — в результате квантовых флуктуаций.

«Хокинг сказал, что черная дыра не вечна», — сказал Финкбейнер. Хокинг подсчитал, что излучение заставит черную дыру потерять энергию, сжаться и исчезнуть, как описано в его статье 1976 года, опубликованной в Physical Review D . Учитывая его заявления о том, что испускаемое излучение будет случайным и не будет содержать информации о том, что упало, черная дыра после своего взрыва сотрет массу информации.

Это означало, что идея Хокинга расходилась с квантовой теорией, согласно которой информацию нельзя уничтожить.Физика утверждает, что информацию становится все труднее найти, потому что, если она будет потеряна, становится невозможным узнать прошлое или будущее. Идея Хокинга привела к «информационному парадоксу черной дыры» и долгое время озадачивала ученых. Некоторые говорили, что Хокинг просто ошибался, а сам этот человек даже заявил, что допустил ошибку во время научной конференции в Дублине в 2004 году.

Связано: Самые дальние идеи Стивена Хокинга о черных дырах

Итак, Вернемся ли мы к концепции черных дыр, испускающих сохраненную информацию и выбрасывающих ее обратно через белую дыру? Может быть.В своем исследовании 2013 года, опубликованном в Physical Review Letters, Хорхе Пуллин из Университета штата Луизиана и Родольфо Гамбини из Университета Республики в Монтевидео, Уругвай, применили петлевую квантовую гравитацию к черной дыре и обнаружили, что гравитация увеличивается по направлению к ядру, но уменьшается и удаляется. все, что входило в другую область вселенной. Результаты подтвердили идею о том, что черные дыры служат порталом. В этом исследовании сингулярности не существует, и поэтому она не образует непреодолимый барьер, который в конечном итоге сокрушит все, с чем сталкивается.Это также означает, что информация не исчезает.

Может быть, черные дыры никуда не денутся

И все же физики Ахмед Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли все еще считали, что Хокинг мог что-то знать. Они работали над теорией, которая стала известна как межсетевой экран AMPS, или гипотеза межсетевого экрана черной дыры. По их расчетам, квантовая механика могла реально превратить горизонт событий в гигантскую стену огня, и все, что соприкасалось, мгновенно сгорело.В этом смысле черные дыры никуда не ведут, потому что ничто не может попасть внутрь.

Это, однако, противоречит общей теории относительности Эйнштейна. Кто-то, пересекающий горизонт событий, на самом деле не должен испытывать никаких больших затруднений, потому что объект будет в свободном падении и, исходя из принципа эквивалентности, этот объект — или человек — не почувствует экстремальных эффектов гравитации. Он мог бы следовать законам физики, присутствующим в других частях Вселенной, но даже если бы он не противоречил принципу Эйнштейна, он подорвал бы квантовую теорию поля или предположил, что информация может быть утеряна.

Художественное впечатление от приливного разрушения, которое происходит, когда звезда проходит слишком близко к сверхмассивной черной дыре. (Изображение предоставлено журналом All About Space)

Черная дыра неопределенности

Сделайте шаг вперед, Хокинг еще раз. В 2014 году он опубликовал исследование , в котором отказался от существования горизонта событий (то есть там нечего сжигать), заявив, что гравитационный коллапс вместо этого создаст «видимый горизонт».

Этот горизонт будет задерживать световые лучи, пытающиеся уйти от ядра черной дыры, и будет существовать в течение «периода времени». В его переосмыслении видимые горизонты временно удерживают материю и энергию, прежде чем растворятся и высвободят их позже. Это объяснение лучше всего соответствует квантовой теории, которая гласит, что информация не может быть уничтожена, и, если это когда-либо будет доказано, оно предполагает, что из черной дыры может вырваться что угодно.

Хокинг зашел так далеко, что заявил, что черные дыры могут даже не существовать. «Черные дыры следует переопределить как метастабильные связанные состояния гравитационного поля», — писал он. и хотя видимое поле будет двигаться внутрь под действием силы тяжести, оно никогда не достигнет центра и не будет объединено в плотную массу.

(Изображение предоставлено Карлом Тейтом, соавтор SPACE.com)

И все же все, что передается, не будет в форме поглощенной информации. Было бы невозможно выяснить, что произошло, глядя на то, что выходит, что само по себе вызывает проблемы — не в последнюю очередь, скажем, для человека, который оказался в таком тревожном положении. Они никогда больше не почувствуют того же!

Одно можно сказать наверняка, именно эта загадка поглотит еще много научных часов на долгое время.Ровелли и Франческа Видотто недавно предположили, что компонент темной материи может быть образован остатками испарившихся черных дыр, а статья Хокинга о черных дырах и « мягких волосах » была опубликована в в 2018 году и описывает, как частицы с нулевой энергией остаются вокруг точка невозврата, горизонт событий — идея, которая предполагает, что информация не теряется, а фиксируется.

Это шло вразрез с теоремой об отсутствии волос, которая была выражена физиком Джоном Арчибальдом Уилером и работала на том основании, что две черные дыры будут неразличимы для наблюдателя, потому что ни один из специальных псевдозарядов физики элементарных частиц не будет сохранен.Это идея, о которой говорят ученые, но есть еще кое-что, прежде чем она станет ответом на вопрос, куда ведут черные дыры. Если бы только мы могли найти способ прыгнуть в одну из них.

Дополнительные ресурсы:

(Изображение предоставлено: журнал All About Space)

Объяснение 5 фактов о черных дырах! | Исследуйте | Потрясающие мероприятия и забавные факты

Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech


Почти пять лет назад, в начале 2015 года, исследователи из Пекинского университета обнаружили одну из самых больших черных дыр 12.8 миллиардов световых лет от Земли!

Это означает, что свет, окружающий черную дыру, начал свой путь к Земле менее чем через 1 миллиард лет после Большого взрыва.

Ученые изучают черные дыры с 1783 года, когда ученый Джон Мичелл впервые высказал идею, что они возможны.

Но по прошествии всего этого времени они все еще остаются загадкой!


Возможно, мы все еще изучаем эти космические чудеса, но читайте дальше, чтобы узнать, что мы знаем о черных дырах.

1. Черные дыры раньше были звездами

Ядро звезды коллапсировало, образовав внутри черную дыру. В течение нескольких секунд происходит гамма-всплеск материи от черной дыры. ( Изображение предоставлено NASA / SkyWorks Digital)

Хотите узнать, как рождается черная дыра?

Звезды живут очень долго, но, как и мы, не вечны. Они медленно прожигают топливо, благодаря которому они сияют.

Когда они заканчиваются, происходит одно из трех, в основном в зависимости от его массы (то есть того, сколько вещества что-то содержит).Звезда превратится либо в белого карлика, либо в нейтронную звезду, либо в черную дыру.

Если звезда достаточно большая (например, в 10-15 раз больше и тяжелее Солнца), она взорвется, когда достигнет своего конца! Взрыв заставляет звезду прогибаться, делая ее намного меньше. Поскольку размер звезды становится меньше, а масса — нет, гравитация, окружающая звезду, становится настолько сильной, что поглощает все вокруг, включая свет. Так рождается черная дыра.


2.Есть 3 типа черных дыр

Авторский концепт изображает сверхмассивную черную дыру в центре галактики. (Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)

Хотите узнать о различных видах черных дыр? Вот они:

  • Primordial: Они считаются крошечными! Они варьируются от размера атома до горы. Горы, наверное, не кажутся вам крошечными, но космос — очень большое место!
  • Stellar: Это наиболее часто встречающиеся.Они примерно в 20 раз больше Солнца!
  • Сверхмассивный: Черная дыра, открытая в 2015 году, попадает в эту категорию. Чтобы попасть в эту группу, дыра должна быть более чем в миллион раз тяжелее Солнца!

Что еще может скрываться в космосе? Может инопланетяне ?! Откройте для себя две известные нерешенные тайны Канады, связанные с НЛО!


3. Их не видно невооруженным глазом

Художественный концепт показывает сверхмассивную черную дыру в центре далекой галактики, поглощающую последние части звезды. (Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)

Как бы вы ни смотрели, вы не сможете обнаружить черную дыру в одиночку!

Причина, по которой черные дыры такие черные, заключается в том, что они поглощают все вокруг, включая свет! Это потому, что гравитационное притяжение в их центре очень сильное.

Но без отражения у нас нет ничего, что могло бы обнаружить дыру напрямую. Поэтому вместо этого ученые ищут традиционные эффекты, которые черная дыра оказывает на свое окружение.

Когда звезду втягивают в дыру, она распадается и искажается. По мере того, как она всасывается, частицы вещества звезды движутся быстрее, создают сильное тепло и отбрасывают блики рентгеновских лучей. Это то, что астрономы могут использовать для определения дыры.


4. Черные дыры помогли создать галактики

Художественный концепт показывает примитивную сверхмассивную черную дыру (центральная черная точка) в центре молодой, заполненной звездами галактики. (Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)

Астрономы еще не совсем уверены, какую роль черные дыры сыграли в создании галактик.Но одна теория гласит, что большая звезда взорвалась, образовалась черная дыра, а вокруг нее образовалась остальная часть галактики!


5. В Млечном Пути есть черная дыра

Концепция художника показывает активность в ядре нашей галактики Млечный Путь, где есть сверхмассивная черная дыра в области, известной как Стрелец A *, или Sgr A *, с массой примерно в четыре миллиона раз больше, чем наше Солнце. (Изображение предоставлено ESA – C. Carreau)

Знаете ли вы, что в центре нашей галактики есть черная дыра, известная как Стрелец A *?

На самом деле, ученые считают, что почти в каждой галактике есть сверхмассивная черная дыра!

Поскольку притяжение черной дыры настолько велико, вы можете задаться вопросом, находится ли Земля в опасности быть втянутой в одну из сверхмассивных разновидностей.

Что ж, не волнуйтесь! Стрелец A *, черная дыра Млечного Пути, находится в 26 000 световых лет от Земли. Это слишком далеко, чтобы это на нас повлияло! Уф!

Загадочный космический объект, проглоченный черной дырой, сбивает с толку астрономов

Что-то загадочное произошло в космосе.

Примерно в 800 миллионах световых лет от нас черная дыра поглотила неопознанный объект, и в результате космического слияния высвободилось достаточно энергии, чтобы сморщить ткань пространства-времени. Эти морщины, называемые гравитационными волнами, прошли через Вселенную и, в конце концов, омыли Землю 14 августа 2019 года. Здесь три детектора, достаточно чувствительные, чтобы измерить такие крошечные возмущения, зафиксировали слияние — и когда астрономы расшифровали информацию, записанную в гравитационные волны, они столкнулся с загадкой.

Столкновение, получившее название GW190814, выделяется из десятков космических слияний, обнаруженных лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) — совместной работой сотен ученых — и ее итальянским аналогом Дева. В течение миллионов или, возможно, миллиардов лет два объекта вращались вокруг друг друга, приближаясь по спирали все ближе и ближе, пока наконец не столкнулись. Астрономы определили, что одним из этих объектов была черная дыра с массой 23 солнца. Другой, съеденный целиком, был примерно 2.6 солнечных масс — и это загадочный объект, не поддающийся определению.

«Мы с уверенностью не наблюдали ничего подобного раньше», — говорит Вики Калогера из Северо-Западного университета, которая координировала отчет о слиянии, опубликованный вчера в журнале Astrophysical Journal Letters .

Таинственный объект находится как раз на переломном этапе между наличием поверхности, такой как звезда, и превращением в яму бездонного пространства-времени, также известную как черная дыра. Его масса помещает его в мутную зону между самыми тяжелыми из известных нейтронных звезд — звездными трупами, оставшимися после взрыва звезд в сверхновых — и самыми легкими черными дырами, которые образуются, когда звездный остаток достаточно компактен, чтобы коллапсировать в точку бесконечной плотности. .

Ученые пытаются выяснить, где кончаются нейтронные звезды и начинаются черные дыры, поскольку эта граница может показать, как материя ведет себя в самых экстремальных условиях Вселенной. И поскольку эти экзотические объекты являются конечными точками звездной эволюции, в какой-то момент, когда все звезды сгорают, они могут быть единственными объектами, дрейфующими через пустую в остальном Вселенную. Все это делает идентификацию странного объекта, увиденного в GW190814, очень заманчивой.

«Если это нейтронная звезда, это потрясающая масса для нейтронной звезды.Если это черная дыра, это потрясающая масса для черной дыры, — говорит Калогера. «В любом случае, это оживило наши антенны, как только мы это увидели».

Прислушиваясь к гравитации

Путешествуя со скоростью света, гравитационные волны омывают все на своем пути. Но они искажают пространство-время так быстро, что их невероятно сложно обнаружить. Детекторы LIGO в Вашингтоне и Луизиане и детектор Virgo в Италии отражают лазерные лучи взад и вперед, чтобы измерить, сколько времени требуется свету на прохождение.Любые небольшие изменения нормального времени путешествия будут результатом сжатия и расширения пространства-времени.

Впервые обнаружение удалось в 2015 году, наблюдение, в конечном итоге, принесло Нобелевскую премию по физике. С тех пор большинство обнаружений указывало на пары разбивающихся черных дыр. Астрономы также обнаружили морщины в пространстве-времени от сталкивающихся нейтронных звезд. Однако, в отличие от предыдущих слияний, ученые изо всех сил пытались определить истинную природу объектов, вовлеченных в GW190814.

В то время как более тяжелый объект явно является черной дырой, менее массивный объект является одним из немногих известных небесных тел в так называемой разнице масс между нейтронными звездами и черными дырами. Где-то в этом промежутке материя становится нестабильной и коллапсирует в черную дыру, а нейтронные звезды существуют прямо на пороге этого предела.

«Природа накладывает ограничения на стабильную плотность материала», — говорит Завен Арзуманян из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. «Но мы не знаем, что это такое и что имеет значение только с этой стороны», — говорит Арзуманян, научный руководитель NICER, эксперимента по изучению нейтронных звезд с Международной космической станции.

Наблюдения показывают, что максимальная масса нейтронных звезд составляет около 2,1 солнечной массы, а большинство из них ближе к 1,4, говорит Фериал Озель из Университета Аризоны, изучающий границы этих объектов. Некоторые наблюдения указывают на еще более тяжелые нейтронные звезды — около 2,5 солнечных масс, — но данные еще не так надежны. А теориям, описывающим внутреннюю физику нейтронных звезд, трудно установить, что могло бы удержать звезду от коллапса, когда она станет намного больше.

По другую сторону разрыва масс самые легкие наблюдаемые черные дыры имеют массу около 5 солнечных.До недавнего времени почти ничего не занимало промежуточной позиции. Один объект, также обнаруженный LIGO, является продуктом столкновения двух нейтронных звезд и весил около 2,7 солнечных масс.

На данный момент неясно, поглотила ли черная дыра в результате последнего слияния другую черную дыру или же она поглотила нейтронную звезду.

«Если она в конечном итоге станет нейтронной звездой — если нейтронная звезда может быть такой же массивной, как 2,6 массы Солнца, — это действительно меняет парадигму», — говорит Озель.

Она и Калогера подозревают, что загадочный объект — это легкая черная дыра.«У нас нет физической причины, по которой масса черной дыры не может быть 2,6 солнечной массы», — говорит Озель. Но оба отмечают, что узнать наверняка будет непросто. Система находится слишком далеко, чтобы ее могли изучить другие обсерватории. Кроме того, однобокие массы скрывали потенциальную подсказку: если бы черная дыра была менее массивной, можно было бы наблюдать, как она деформируется и измельчает приближающуюся нейтронную звезду, а не проглатывает ее целиком. Такая грязная еда оставит заметный след в гравитационных волнах.

«Я не думаю, что у нас есть шанс узнать, что это за объект», — говорит Озель. «Признаков того, что это могла быть нейтронная звезда, просто нет, но их отсутствие тоже ничего не значит».

Неизвестное происхождение

Даже не зная, что один из них на самом деле, объекты, участвующие в слиянии GW190814, особенно примечательны, потому что они очень несовместимы. В большинстве наблюдаемых столкновений LIGO и Virgo участвуют пары, относительно похожие по массе; но при массе 23 солнечных, эта черная дыра примерно в девять раз тяжелее своего более легкого партнера.

«Мы такого раньше не видели», — говорит Озель. «Это открывает дверь к некоторым гравитационным испытаниям, которые мы не могли проводить раньше, и к вопросам о том, как формируются эти двоичные файлы».

Из-за асимметрии системы ученым сложно объяснить ее происхождение и окружающую среду. Например, в шаровых скоплениях — древних, тесно связанных скоплениях звезд, вращающихся вокруг галактик — ожидается, что пары компактных объектов будут гораздо более равными по массе. Внутри самих галактик системы, развивающиеся изолированно, могут образовывать однобокие пары, но не ожидается, что эти системы будут сталкиваться достаточно часто, чтобы производить такое наблюдение.

Команда рассматривает более экзотические сценарии формирования, в том числе множественные сливающиеся системы, слабосвязанные звездные скопления и объекты, погрязшие в дисках материала, вращающихся вокруг сверхмассивных черных дыр.

Но, как это часто бывает во вселенной безграничных возможностей, остается много неизвестного.

«Отчасти очарование нейтронных звезд состоит в том, что они представляют собой последнюю промежуточную станцию ​​для вещества в гравитационном коллапсе», — говорит Арзуманян. «Какова наивысшая стабильная плотность, которой разрешено достичь материи, прежде чем она взорвется и схлопнется внутри своего собственного горизонта событий, чтобы ее больше никогда не увидеть?»

Что такое черная дыра?

Черные дыры — это точки в космосе, которые настолько плотны, что создают глубокие опускания гравитации.За пределами определенной области даже свет не может избежать мощного притяжения гравитации черной дыры. И все, что находится слишком близко — будь то звезда, планета или космический корабль — будет растягиваться и сжиматься, как замазка, в теоретическом процессе, метко известном как спагеттификация.

Есть четыре типа черных дыр: звездные, промежуточные, сверхмассивные и миниатюрные. Самый известный способ образования черной дыры — звездная смерть. Когда звезды достигают конца своей жизни, большинство из них раздувается, теряет массу, а затем остывает, образуя белых карликов.Но самые большие из этих огненных тел, которые по крайней мере в 10-20 раз массивнее нашего Солнца, суждено стать либо сверхплотными нейтронными звездами, либо так называемыми черными дырами звездной массы.

В центре нашей галактики вспыхивает сверхмассивная черная дыра. Узнайте о типах черных дыр, о том, как они образуются и как ученые открыли эти невидимые, но необычные объекты в нашей Вселенной.

На заключительной стадии огромные звезды гаснут с мощными взрывами, известными как сверхновые.Такой взрыв выбрасывает звездное вещество в космос, но оставляет за собой звездное ядро. Пока звезда была жива, ядерный синтез создавал постоянный внешний толчок, который уравновешивал притяжение внутренней силы тяжести от собственной массы звезды. Однако в звездных остатках сверхновой больше нет сил, противодействующих этой гравитации, поэтому ядро ​​звезды начинает схлопываться само по себе.

Если его масса коллапсирует в бесконечно малую точку, рождается черная дыра. Упаковка всей этой массы — во много раз превышающей массу нашего собственного Солнца — в такую ​​крошечную точку придает черным дырам их мощное гравитационное притяжение.Тысячи этих черных дыр звездной массы могут скрываться в нашей галактике Млечный Путь.

Одна черная дыра не похожа на другие

Сверхмассивные черные дыры, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, могут иметь массу, равную миллиардам солнц; эти космические монстры, вероятно, прячутся в центрах большинства галактик. В центре Млечного Пути находится собственная сверхмассивная черная дыра, известная как Стрелец A * (произносится как «ай-звезда»), которая более чем в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца.

Самые крошечные члены семейства черных дыр пока что теоретические. Эти маленькие вихри тьмы, возможно, ожили вскоре после того, как Вселенная сформировалась в результате Большого взрыва, примерно 13,7 миллиарда лет назад, а затем быстро испарились. Астрономы также подозревают, что во Вселенной существует класс объектов, называемых черными дырами промежуточной массы, хотя доказательства их существования пока остаются спорными.

Независимо от своего начального размера, черные дыры могут расти на протяжении всей своей жизни, поглощая газ и пыль от любых объектов, которые подбираются слишком близко.Все, что выходит за горизонт событий, точку, в которой побег становится невозможным, теоретически предназначено для спагеттификации благодаря резкому увеличению силы гравитации при падении в черную дыру.

Как однажды описал этот процесс астрофизик Нил Деграсс Тайсон: «Пока вас растягивают, вас сжимают — вытесняют через ткань пространства, как зубная паста через тюбик».

Но черные дыры — это не совсем «космические пылесосы», как это часто изображается в популярных СМИ.Объекты должны подползти довольно близко к одному, чтобы проиграть это гравитационное перетягивание каната. Например, если бы наше Солнце было внезапно заменено черной дырой аналогичной массы, наша планетарная семья продолжала бы вращаться по орбите без помех, если бы она была гораздо менее теплой и освещенной.

Вглядываясь в темноту

Поскольку черные дыры поглощают весь свет, астрономы не могут обнаружить их напрямую, как многие сверкающие космические объекты в небе. Но есть несколько ключей, которые показывают присутствие черной дыры.

Например, сильная гравитация черной дыры притягивает любые окружающие объекты. Астрономы используют эти беспорядочные движения, чтобы сделать вывод о присутствии невидимого монстра, который прячется поблизости. Или объекты могут вращаться вокруг черной дыры, и астрономы могут искать звезды, которые, кажется, не вращаются вокруг ничего, чтобы обнаружить вероятного кандидата. Так в начале 2000-х астрономы в конце концов определили Стрельца A * как черную дыру.

Черные дыры тоже едят грязь, что часто выдает их местонахождение. Когда они потягивают окружающие звезды, их массивные гравитационные и магнитные силы перегревают падающий газ и пыль, заставляя их излучать излучение.Часть этой светящейся материи окружает черную дыру в области вращения, называемой аккреционным диском. Даже вещество, которое начинает падать в черную дыру, не обязательно надолго. Черные дыры иногда могут выбрасывать падающую звездную пыль в виде мощной радиационной нагрузки.

Истины, мифы и загадки черной дыры

Космос далеко за пределами нашей планеты наполнен вещами настолько странными и чудесными, что бывает трудно поверить в их существование. Возможно, самые странные из них — черные дыры — бездонные ямы, пожирающие звезды, питающие центры галактик и искажающие пространство и время.Если вы подойдете слишком близко, все время может пройти мимо вас, и возврата не будет.

Мы еще не знаем всех деталей того, как работают черные дыры, но это не то же самое, что вообще ничего не знать. Так что давайте заглянем в темноту и разберемся в том, что мы можем, и попутно разрушим некоторые мифы.

Черная дыра — это объект с настолько сильной гравитацией, что искажает пространство-время вокруг себя. Источник изображения: Alain r / Wikimedia Commons (исполнение художника).

В чем мы почти уверены, что знаем

Давайте начнем с некоторых истин — вещей, которые мы почти наверняка правы, основываясь на наших текущих знаниях.

Правда: черные дыры существуют

Идея черных дыр существует уже сотни лет с тех пор, как ученые взяли известные законы физики и определили, что произойдет в их крайних проявлениях. Хотя эти законы физики не выдержали экспериментальной проверки, это еще не гарантия того, что эти экстремальные сценарии действительно происходят в природе.

Итак, чтобы доказать существование черных дыр, нам нужно взглянуть на астрономические наблюдения.

Мы не можем напрямую видеть черные дыры с помощью любого света, который мы умеем обнаруживать.Но мы можем видеть их косвенно, исходя из того, как они влияют на окружающую их материю. Сюда входят наблюдения за тем, как объекты движутся вокруг черных дыр или как искажается свет.

Вы обнаруживаете, что там есть что-то, что более чем в четыре миллиона раз превышает массу нашего Солнца, но в крошечной области, которая абсолютно не производит света. Мы думаем, что это может быть только черная дыра. Аманда Бауэр, через ABC News

Не удовлетворены косвенными доказательствами? Примите участие в открытии гравитационных волн, о котором впервые было объявлено в феврале 2016 года, а о втором обнаружении было объявлено в июне 2016 года.Направив два лазерных луча по длинному туннелю и ища отклонения в том, как распространяется свет, ученые обнаружили рябь в самом космосе. Пульсация совпала с предсказанным сигналом двух сталкивающихся черных дыр, что дало нам прямые доказательства их существования.

Столкновение двух черных дыр было обнаружено путем измерения гравитационных волн. Источник изображения: LIGO / T. Pyle.

Судя по всему, что мы узнали, либо черные дыры действительно существуют, либо законы физики в том виде, в каком мы их знаем, нужно изменить.Но для того, чтобы мы приняли этот последний вариант, эти уточненные теории должны быть разработаны, протестированы и доказаны, и при этом они все еще смогут объяснить более простую физику, например, почему вы не уплываете от Земли, когда прыгаете, или как мы можем использовать гравитационное ускорение планет, чтобы доставить космический корабль к определенным целям во внешней Солнечной системе.

Верно: вы можете использовать черные дыры, чтобы путешествовать во времени

Хотите путешествовать во времени? Некоторое время оставайтесь в местах с сильной гравитацией. Вы не можете вернуться в прошлое, но если вы подойдете достаточно близко к черной дыре, вы сможете отправиться в будущее.

Это свойство характерно не только для черных дыр — это может произойти там, где есть достаточная гравитация. Просто эффекты становятся заметными только в том случае, если сила тяжести действительно интенсивностей, поэтому сверхмассивная черная дыра может стать вашим главным билетом в будущее… при условии, что вы сможете подойти достаточно близко. (Это может быть проблемой, учитывая, что ближайшая сверхмассивная черная дыра, Стрелец A *, находится на расстоянии около 26000 световых лет.)

Только не переходите горизонт событий , иначе вы никогда не сможете вернуться и пожинать плоды своего путешествия во времени!

Детали гравитационного путешествия во времени просто ошеломляют.Подробнее читайте в нашей теме о гравитации.

Использование гравитации вблизи черных дыр для путешествия в будущее — это не то же самое, что войти в черную дыру и использовать ее как червоточину. Как мы надеемся прояснить в этой теме, пересечение горизонта событий черной дыры было бы очень плохой идеей.

Верно: черные дыры вызывают огромные приливные силы

Еще один результат экстремальной гравитации — экстремальные приливные силы. На Земле гравитационное притяжение Солнца и Луны создает приливы в наших океанах.Это потому, что гравитация солнца и луны искажает океан в разных направлениях, в зависимости от времени суток. Если бы вы находились на планете, вращающейся вблизи сверхмассивной или звездной черной дыры, приливные силы могли бы быть экстремальными, что могло бы привести к сценариям, подобным захватывающей сцене прилива в фильме 2014 года « Межзвездный » (хотя в этом конкретном научно-фантастическом представлении все еще есть сомнительная физика).

Черные дыры могут разорвать даже планеты или звезды!

Но, как и возможность путешествия во времени вперед, огромные приливные силы не являются уникальным явлением для черных дыр.Юпитер, например, настолько массивен, что заставляет его луны сжиматься и растягиваться, что приводит к нагретому ядру и вулканической активности.

Ближайший к Юпитеру спутник Ио (на фото) настолько искажен гравитацией Юпитера (и других спутников), что на нем происходят огромные извержения вулканов. Источник изображения: НАСА / Лаборатория реактивного движения.

Разрушенные мифы

То, что черные дыры причудливы, не означает, что все, что вы о них слышите, — правда.Вот несколько распространенных заблуждений.

Миф: все черные дыры черные

Мы склонны представлять черные дыры как черные сферы в центре космоса. Но не все черные дыры подходят под это описание, потому что свет все еще может излучаться из области за пределами горизонта событий.

Некоторые черные дыры служат источником энергии для самых ярких известных объектов во Вселенной, известных как квазары . Когда материал приближается к горизонту событий, он начинает ускоряться — и нагреваться — ярко сияя, пока не пройдет через горизонт событий.

Квазары — самые яркие объекты, обнаруженные во Вселенной. Источник изображения: ESO / M. Корнмессер (исполнение художника).

Еще одна причина, по которой черные дыры не обязательно выглядят черными, связана с тем, как они искажают время. С точки зрения того, кто находится далеко, космический корабль, направляющийся к черной дыре, никогда — буквально никогда не — не достигнет ее. Таким образом, если яркий объект направляется к черной дыре, его свет будет казаться плавающим за пределами горизонта событий, становясь все краснее и краснее, все слабее и тусклее, пока не исчезнет.Это связано с явлением красное смещение .

Черные дыры искажают пространство-время настолько, что на горизонте событий время практически останавливается. Вы бы увидели, что ваши часы идут нормально, и вы просто упали бы — ляп, ушел. Но кто-то далеко увидел бы, как ваши часы тикают медленнее, когда вы падаете … ваше падение буквально длилось вечность. Фил Плэйт, через ускоренный курс Astronomy
Миф: черные дыры засасывают все в

Пожалуй, наиболее распространенный миф о черных дырах состоит в том, что они «засасывают» в себя материю, как действительно мощные пылесосы.Не волнуйся! Они не собираются в конечном итоге потреблять все во вселенной, и вам не нужно их бояться … если только вы не планируете путешествовать ОЧЕНЬ близко.

Почему? Что ж, хотя черные дыры во многих отношениях экстремальны, у них нет бесконечной массы — и именно масса определяет силу их гравитации. Некоторые черные дыры, известные как звездные черные дыры — имеют массу, примерно равную массе очень массивных звезд. Таким образом, точно так же, как объекты могут вращаться вокруг массивных звезд, не падая внутрь, то же самое можно сказать и о черных дырах.Вы могли бы счастливо вращаться вокруг черной дыры вечно.

Как только вы подойдете достаточно близко, история изменится, и гравитация направит вас внутрь. Но это то же самое, что и любой массивный объект, такой как планета или звезда.

Миф: все звезды становятся черными дырами

Звездные черные дыры образуются, когда у массивных звезд заканчивается топливо и они разрушаются в результате катастрофического взрыва. Но не все звезды так заканчивают свою жизнь. Если звезда среднего или небольшого размера (как наше Солнце), она станет белый Гном — стабильная звезда с низкой энергией, у которой недостаточно массы, чтобы коллапсировать в черную дыру.Если звезда намного больше, она станет либо нейтронная звезда или черная дыра. Чтобы звезда могла стать черной дырой в конце своей жизни, она должна быть примерно в 20 раз больше нашего Солнца. Вы можете сравнить эти результаты в этой инфографике от Khan Academy о жизненных циклах звезд.

Итак, наше Солнце в конечном итоге не станет черной дырой, как и большинство звезд в нашей Вселенной.

Миф: горизонты событий вызывают спагеттификацию

Поскольку гравитация быстро становится сильнее, чем ближе вы подходите к черной дыре, человек, который (гипотетически) движется ногами вперед к черной дыре, может тянуть ноги быстрее, чем его голова, и его бока будут раздавлены внутрь.По мере того, как они продолжают двигаться к черной дыре, эффект будет усиливаться, пока они в конечном итоге не будут разорваны на цепочку отдельных атомов в процессе, называемом спагеттификацией.

Хотя исследователи считают, что спагеттификация — это реальное явление, существует распространенное мнение, что это всегда происходит на горизонте событий каждой черной дыры. Но точка, в которой происходит спагеттификация, зависит от размера черной дыры. Что касается самых больших сверхмассивных черных дыр, вы можете легко пройти горизонт событий, не будучи спагеттифицированным… и вы можете даже не осознавать, что пересекли горизонт событий! В этих случаях спагеттификации не произойдет, пока вы не выйдете далеко за горизонт событий.

Миф: Большой адронный коллайдер создаст черные дыры, которые уничтожат всех нас

Были опасения, что Большой адронный коллайдер (БАК) — крупнейший в мире ускоритель частиц , которому приписывают доказательство существования бозона Хиггса, смогут создавать крошечные черные дыры, которые уничтожат всех нас.

Большой адронный коллайдер находится под землей на французской и швейцарской границах. Изображение © ЦЕРН.

Это правда, что звездная или сверхмассивная черная дыра была бы плохой новостью, если бы возникла в непосредственной близости от нашей родной планеты.Но ни то, ни другое невозможно. В нашей локальной части галактики нет звезд, достаточно массивных, чтобы стать черными дырами. Даже если бы вы могли каким-то образом использовать всю массу всех объектов в нашей солнечной системе, вам все равно не хватило бы количества, необходимого для создания одной из этих больших черных дыр.

Что касается микроскопических черных дыр, мы даже не уверены в их существовании. И, если они действительно существуют, хотя мы не знаем, как они будут работать, мы знаем, что они не разрушительны.

Столкновения, которые происходят на LHC, — это столкновения, которые происходят в природе постоянно.Космические лучи регулярно бомбардируют Землю, сталкивая частицы с той же энергией, что и на БАК. Если такого рода столкновения — виды столкновений, которые происходили на протяжении миллиардов лет — создают мини-черные дыры, то они, похоже, не причиняют никакого вреда.

В чем мы менее уверены

Как всегда бывает в науке, предстоит еще многое сделать.Вот некоторые вопросы, над которыми сегодня работают исследователи.

Существуют ли крошечные черные дыры?

Хотя мы знаем, что черные дыры бывают разных размеров (или, точнее, разной массы), мы не совсем уверены, есть ли какие-то ограничения на то, насколько маленькими они могут быть. Крошечные черные дыры, также называемые микрочерными дырами или мини-черными дырами, вполне предсказуемы.

Крошечные черные дыры было бы невероятно трудно наблюдать, так как считается, что они мало влияют на окружающую среду, прежде чем почти мгновенно исчезнут (из-за испарения Радиация Хокинга ).Возможно, однажды мы сможем создавать их в контролируемой среде, такой как LHC, но, как объяснялось выше, нам не нужно их бояться.

Как образуются сверхмассивные черные дыры?

Сверхмассивные черные дыры обладают такой большой массой, что они не могут быть образованы типичной умирающей звездой. Одна идея состоит в том, что они образуются, когда галактики (с черными дырами в центре) сталкиваются, а затем эти галактики сталкиваются с другими галактиками. Но неясно, может ли это объяснить размер сегодняшних сверхмассивных черных дыр, исходя из времени, которое им пришлось сформироваться после Большого взрыва.

Другая идея состоит в том, что первоначальные «семена» сегодняшних сверхмассивных черных дыр образовались из газовых облаков до образования звезд и галактик или во время самого Большого взрыва.

Видео: объяснение сверхмассивных черных дыр (PHD Comics / YouTube). Просмотр сведений о видео.
Все ли черные дыры испаряются?

Считается, что со временем черные дыры в конечном итоге испарятся, выпустив частицы в результате процесса, известного как излучение Хокинга.Крошечные черные дыры, по прогнозам, исчезнут почти мгновенно, а для больших потребуется гораздо больше времени (около 10 100 лет, чтобы испарились самые большие — колоссальное число по сравнению даже с возрастом Вселенной). Из-за этого считается, что наша Вселенная в конечном итоге вступит в «эру черных дыр» — после того, как звезды перестанут формироваться и в основном сгорят, во Вселенной будут преобладать сверхмассивные черные дыры, которые медленно, медленно, медленно, медленно, испаряются.

Хотя излучение Хокинга еще не подтверждено экспериментально, сегодня оно широко признано учеными, поскольку хорошо согласуется с тем, что мы знаем о физике.

Что происходит внутри черной дыры?

Если бы вы были достаточно храбры или глупы, чтобы отправиться в черную дыру, что бы произошло, когда вы пересекли горизонт событий?

Во-первых, физическое воздействие на ваше тело. Считается, что в конечном итоге спагеттификация произойдет (скорее для звездных черных дыр, чем для сверхмассивных черных дыр). Другая идея заключается в том, что, когда путешественники пересекают горизонт событий, они будут встречены перегретой энергетической стеной, известной как брандмауэр, которая не позволит им путешествовать дальше.

Идея брандмауэра была введена, чтобы попытаться разрешить парадокс, который возникает из нашего нынешнего понимания черных дыр, известного как парадокс информации о черной дыре . Но не всех исследователей убеждает идея брандмауэра, и маловероятно, что мы когда-либо узнаем, правда ли это на самом деле… по крайней мере, пока мы не примирим некоторые различия между общей теорией относительности и квантовой механикой.

Хорошо, вот некоторые из предлагаемых представлений о том, что может случиться с вашим телом.Что случится с течением времени? Как объяснялось выше, мы знаем, что по сравнению с другими людьми, сидящими далеко, время будет течь с другой скоростью, когда вы приблизитесь к черной дыре. Основываясь на наших текущих знаниях физики, мы думаем, что действительно станет странным на горизонте событий … и что вы можете даже увидеть, что все время обгоняет вас .

Видео: происходят ли события внутри черных дыр? (PBS Space Time / YouTube).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *