10 огромных черных дыр, обнаруженных в 2020 году
В настоящее время физики переживают золотой век новых знаний о черных дырах. С 2015 года исследователи могут получать сигналы непосредственно от сливающихся черных дыр с помощью гравитационно-волновой обсерватории с лазерным интерферометром (LIGO), в то время как обсерватории, такие как телескоп Event Horizon (EHT), получили первое изображение тени черной дыры. Этот год не стал исключением, со свежим урожаем захватывающих и уникальных результатов, расширяющих горизонты наших черных дыр. Здесь мы рассмотрим некоторые из самых впечатляющих открытий черных дыр 2020 года.
Нобелевская премия по физике достается черным дырам
Как будто для подтверждения того, что этот год был великим для исследований черных дыр, в октябре высшее научное достижение – Нобелевская премия – была вручена трем физикам, чьи работы пролили свет на жизнь этих загадочных космических существ. Роджер Пенроуз из Оксфордского университета в Великобритании получил половину премии «за открытие, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности», в то время как Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Рейнхард Гензель из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе По данным Шведской королевской академии наук, Боннский университет и Институт внеземной физики им. Макса Планка в Германии совместно разделили вторую половину «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики». Гез – только четвертая женщина, удостоенная Нобелевской премии по физике, после Марии Кюри в 1903 году, Марии Гепперт-Майер в 1963 году и Донны Стрикленд в 2018 году.
LIGO видит крах самой большой черной дыры
LIGO и его европейский аналог Дева наблюдают черные дыры через гравитационные волны, огромную рябь в ткани пространства-времени, излучаемую при колебании массивных объектов. На объектах уже сделано несколько впечатляющих открытий. Но в мае коллаборация объявила, что обнаружила самое крупное столкновение с черной дырой в истории: одна в 85 раз больше массы Солнца, а другая в 66 раз больше массы Солнца, столкнувшись вместе, образуя черную дыру, в 142 раза превышающую массу Солнца. Помимо установления рекордов, находка стала первой в так называемой «запретной» зоне черных дыр среднего веса. Хотя астрономы видели маленькие черные дыры размером примерно с наше Солнце и знают, что колоссальные, в миллионы раз больше массы Солнца, существуют в центрах галактик, никто ранее не обнаружил доказательств существования черных дыр в этом среднем диапазоне. Как именно они образовались, остается загадкой, над которой сейчас работают ученые.
Изначальные черные дыры сделали его большим
Вскоре после Большого взрыва Вселенная была пронизана горячим и турбулентным излучением. В некоторых регионах энергия была достаточно плотной, чтобы теоретически схлопнуться сама по себе и образовать черную дыру. Хотя физики до сих пор не знают, существуют ли эти сущности, известные как первичные черные дыры (ПЧД), в последнее время они размышляли о том, что могло бы произойти, если бы они существовали. В нескольких статьях, в том числе опубликованной в ноябре, высказывается предположение, что эти черные дыры, некоторые из которых будут меньше, чем образовавшиеся из умирающих звезд, предположительно могут составлять темную материю, неизвестное вещество, которое оказывает гравитационное влияние на всю Вселенную. В ближайшие годы проводятся эксперименты по поиску ПЧД, которые либо подтвердят, либо опровергнут их существование.
Могут существовать сверхмассивные черные дыры
Что, если вы возьмете невероятно массивные черные дыры, расположенные в центрах галактик, и увеличите их число до 11? Это то, что исследователи предложили в сентябрьской статье, обсуждая возможность «колоссально большие черные дыры» или ПЛАБ. Эти сущности будут весить по крайней мере в 1 триллион раз больше массы Солнца, в 10 раз больше, чем самая большая из известных в настоящее время черных дыр, зверя с массой 66 миллиардов Солнца под названием TON 618. Некоторые из SLAB могли образоваться в ранней Вселенной, создавая это еще один класс первичных черных дыр, а это значит, что мы сможем увидеть их отпечаток на космическом микроволновом фоне – свет, оставшийся с того времени, когда нашей Вселенной было всего 380000 лет. Других можно было обнаружить, посмотрев, как они искажают свет далеких звезд, если между нами окажется ПЛАБ. Эта концепция пока остается гипотетической, но привлекает повышенное внимание.
LIGO обнаруживает однобокое слияние
Большинство пар черных дыр, обнаруженных приборами LIGO и Virgo, имеют примерно одинаковую массу. Но в апреле коллаборация сообщила, что наблюдала самая асимметричная авария. Объекты, которые столкнулись на расстоянии около 2,4 миллиарда световых лет от нас, имели массу примерно в восемь и 30 раз больше нашего Солнца соответственно. “Это примерно равно соотношению наполнения обычного Oreo и [that] в Mega Stuf Oreo “, Кристофер Берри, ученый в области гравитационных волн из Северо-Западного университета, написал в блоге в это время. Такое неожиданное событие считалось достаточно редким, чтобы гравитационно-волновые установки не заметили его всего через несколько лет. Открытие ставит под сомнение эти предположения и побудило исследователей рассмотреть возможность иерархического слияния, в котором одна черная дыра сталкивается с другой, а затем образовавшийся остаток сливается с еще одной черной дырой в качестве объяснения.
Телескопы наблюдают, как черная дыра превращает звезду в спагетти
Когда массивный объект приближается к черной дыре на определенном расстоянии, присутствующие там экстремальные гравитационные силы могут разорвать объект на длинные нити материала, которые рассыпаются повсюду. Этот процесс, в просторечии называемый спагеттификацией, редко наблюдается, потому что большинство черных дыр окружено затемняющим облаком газа и пыли, отрыжкой от прежних приемов пищи, а также материала, который не был съеден. Но в октябре астрономам из Европейской южной обсерватории удалось поймать спагеттификация звезды с беспрецедентной детализацией с использованием как очень большого телескопа, так и телескопа новых технологий. Это насильственное событие, известное как AT 2019qiz, даст исследователям представление об этих явлениях и поможет им лучше понять гравитацию в экстремальных условиях.
Самая близкая черная дыра из когда-либо обнаруженных
Никто не хочет подходить слишком близко к черной дыре (см. Статью о спагеттификации). К счастью, космический Пак-Ман, замеченный в мае на орбите с парой звезд-компаньонов, известных как HR 6819, находится на астрономически безопасном расстоянии от своих партнеров. Скрываясь на расстоянии 1000 световых лет от Земли в южном созвездии Телескопиума, новообретенная черная дыра в три раза ближе, чем предыдущий рекордсмен. Астрономы не могут напрямую наблюдать саму черную дыру, но смогли сделать вывод о ее присутствии, основываясь на том, как она гравитационно влияет на два других объекта в системе, двигаясь по их орбитам. Наблюдатели в Южном полушарии могут увидеть звезды в системе HR 6819 невооруженным глазом, просмотрев звездную карту и посмотрев в созвездие Telescopium, недалеко от границы с созвездием Павлина, павлина.
Черные дыры могут быть пушистыми шариками
Для образования черной дыры материя и энергия должны схлопнуться до крошечной точки бесконечной плотности. Поскольку подобные бесконечности должны быть физически невозможными, теоретики давно искали способ обойти такой странный результат. Согласно теории струн, которая заменяет все частицы и силы субатомными, вибрирующими струнами, черные дыры могут оказаться чем-то еще более странным – клубком фундаментальных струн, похожим на нечеткую пряжу. В октябре исследование показало, что если атомы в нейтронных звездах, тип звездных остатков, недостаточно плотных для образования черной дыры, на самом деле представляют собой связку струн, то при сжатии этих струн вместе на самом деле образуется не черная дыра, а пушистый шарик, который выглядел бы как вышеупомянутый фундаментальный клубок пряжи. Странная идея еще не получила полного воплощения, но это одна из возможных альтернатив работе с бесконечностью.
Во вселенной могут скрываться опасные “ голые ” черные дыры
По мнению физиков, каждая черная дыра должна быть окружена так называемым горизонтом событий – границей, через которую, упав, вы никогда не выйдете. Тем не менее, с тех пор, как были впервые постулированы черные дыры, исследователи задавались вопросом, необходим ли горизонт событий строго. Может ли быть черная дыра без нее, так называемая «голая» черная дыра? Это может быть опасно, поскольку известные законы физики нарушаются внутри горизонта событий черной дыры, а обнаженная черная дыра не сможет обеспечить защиту этого барьера. Хотя большинство теоретиков считают, что нагота для черных дыр запрещена, в ноябрьской статье было высказано предположение, что есть способ проверить это наверняка. Уловка состоит в том, чтобы найти различия в аккреционных дисках или кольцах из газа и пыли, образовавшихся при питании черной дыры, которые могут указывать на видимую разницу между голыми и нормальными черными дырами.
Сокровище черных дыр
В этом году для ученых, занимающихся изучением черных дыр, Рождество наступило рано. В октябре коллаборация, курирующая LIGO и его европейский аналог Virgo, выпустила обширный новый каталог из десятков сигналов гравитационных волн, обнаруженных в период с апреля по сентябрь 2019 года. 39 событий включали в себя множество интригующих открытий, таких как массивное слияние черных дыр, которое привело к Остаток с массой 142 Солнца, чрезвычайно однобокое событие с массой в восемь и тридцать раз больше Солнца, и загадочный объект, который, казалось, был либо маленькой черной дырой, либо большой нейтронной звездой. Исследователи были в восторге от данных, которые показали, что объекты улавливают в среднем один новый сигнал каждые пять дней, и планируют использовать его, чтобы лучше понять поведение и частоту слияния черных дыр.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
