Десять новых захватывающих открытий о черных дырах

Космическое пространство является домом для всевозможных странных и чудесных объектов — нейтронных звезд, туманностей, скоплений галактик. Среди самых интересных — черные дыры. С тех пор, как немецкий астроном Карл Шварцшильд впервые предсказал их существование в 1916 году, исследователи накопили множество знаний об этих неуловимых гигантах.

По мере того, как астрономия становится все более и более продвинутой, ученые начинают больше узнавать о природе черных дыр. Магнитные завихрения, струи радиоволн, теории червоточин, рекордные взрывы. За последние несколько лет звездочеты увидели все это и начали отвечать на некоторые вопросы, которые задавали другие.

10 Беспрецедентный проблеск света за черной дырой

Черные дыры — это космические голиафы, которые пожирают все, что встречается на их пути. Их гравитационное притяжение настолько велико, что ничто, даже свет, не может избежать их притяжения. Таким образом, можно было ожидать, что будет невозможно обнаружить свет из-за черной дыры. Конечно, какие-то выбросы были бы засосаны, не так ли?

Альберт Эйнштейн не согласился. В 1915 году немецкий ученый предположил, что чрезвычайно тяжелые объекты, такие как черные дыры, должны искажать ткань времени и пространства, позволяя свету перемещаться вокруг них. Это была ключевая часть его общей теории относительности, идея, которая произвела революцию в современной физике. Ученые и раньше отмечали этот эффект, известный как гравитационное линзирование, но до недавнего времени никому не удавалось обнаружить свет из-за черной дыры.

Затем, в июле 2021 года, астрономы Стэнфордского университета открыли его. Команда исследовала сверхмассивную черную дыру в центре далекой галактики под названием Цвикки, когда они заметили странное рентгеновское излучение, которое они не могли понять. Они привыкли обнаруживать сигналы перед черной дырой, но эти новые были другими. Эти вспышки появились позже, и свет был менее ярким, как эхо, пришедшее после основной вспышки. После долгого анализа исследователи подтвердили, что эти загадочные обнаружения на самом деле были импульсами света, которые огибали край черной дыры Цвикки, еще раз подтверждая новаторскую теорию относительности Эйнштейна.

9 Астрономы фиксируют магнитные завихрения вокруг края черной дыры

В 2019 году астрономы вошли в историю, выпустив первое изображение окраины черной дыры. Сами черные дыры невозможно сфотографировать. На этом новаторском снимке была запечатлена тень M87 *, сверхмассивной черной дыры на расстоянии 55 миллионов световых лет от нас. Ученые составили фотографию, используя данные глобальной сети детекторов, известной как телескоп Event Horizon.

Два года спустя, в ходе еще одного невиданного научного подвига, команда представила новую фотографию, которая дает еще более важное представление о таинственном поведении небесных чудовищ. Наконец, в марте 2021 года исследователи обнаружили еще одно изображение M87 *, только на этот раз показывающее силовые линии магнитного поля, вращающиеся вокруг его тени.

Черные дыры, подобные M87 *, окружены светящимся кольцом из горячей космической материи. Ученые проанализировали свет из этой области и направление колебаний. Известно, что черные дыры испускают огромные струи материи, но никто не знает почему. Ученые надеются, что магнитные завихрения могут помочь объяснить это странное явление.

8 Обсерватории зафиксировали рекордный взрыв

В 2016 году рентгеновская обсерватория НАСА Чандра начала собирать необычные показания из глубины космоса. Скопление галактик Змееносец, находящееся на расстоянии около 390 миллионов световых лет, казалось, имеет странную кривую. Сначала ученые отвергли идею о том, что это вызвано черной дырой, потому что само количество задействованной энергии казалось слишком огромным, чтобы быть правдой.

Но по мере поступления новых данных стали накапливаться доказательства. В конце концов, НАСА осознало, что они открыли, по их словам, «самый большой взрыв во Вселенной».

Скопления галактик — одни из крупнейших известных структур во Вселенной. Они состоят из тысяч галактик, темной материи и горячего газа. Ближе к середине скопления Змееносца находится большая галактика, содержащая сверхмассивную черную дыру. Ученые считают, что колоссальный взрыв мог произойти из-за этого гигантского пожирателя космоса. Энергия, выделяемая при взрыве, в пять раз мощнее, чем в предыдущем рекордсмене — обширном извержении в скоплении галактик MS 0735 + 74.

Симона Джачинтуччи, ведущий автор исследования, сравнила взрыв с извержением 1980 года, оторвавшим вершину горы Сент-Хеленс. «Ключевое отличие состоит в том, что вы можете поместить пятнадцать галактик Млечный Путь подряд в кратер, в котором это извержение пробило горячий газ скопления».

7 Изменяющие форму объекты, скрывающиеся возле черной дыры в Млечном Пути

В последние годы астрономы заметили несколько странных объектов, меняющих форму, прячущихся в Млечном Пути. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили, что они вращаются вокруг черной дыры в сердце нашей галактики. Самые дальние от черной дыры кажутся самыми компактными. Но они начинают растягиваться по мере приближения к горизонту событий.

Эти причудливые газовые шарики были названы объектами G. Ученые считают, что они образуются, когда две звезды сливаются вместе под действием огромного гравитационного притяжения черной дыры.

Ученые обнаружили шесть мутирующих G-объектов в Млечном Пути, хотя в других местах Вселенной их может быть больше. Лауреат Нобелевской премии Андреа Гез наткнулась на первый объект G еще в 2005 году. Но прошло семь лет, прежде чем исследователи из Германии открыли второй.

6 Сверхмассивные черные дыры могут быть замаскированными червоточинами

Червоточины — это космические туннели, которые пересекают пространство, транспортируя путешественников в любую точку этой вселенной и, возможно, в другие. Более ста лет назад Альберт Эйнштейн объяснил, что червоточины могут существовать, но никто не знает наверняка, существуют ли они на самом деле.

В течение многих лет астрономы искали в небе доказательства, подтверждающие или опровергающие существование червоточин. Но в ноябре 2020 года исследователи опубликовали статью, в которой предполагалось, что они, возможно, наткнулись на них, даже не осознавая этого. Михаил Пиотрович выдвинул идею о том, что некоторые черные дыры на самом деле могут быть отверстиями в кротовые норы.

У черных дыр и червоточин больше общего, чем вы можете себе представить. Они оба необычайно плотны и обладают огромным гравитационным притяжением. Основное отличие состоит в том, что ничто не может выйти из черной дыры после входа, тогда как любой объект, попавший в червоточину, теоретически может вернуться обратно. Пиотрович и его команда надеются, что изучение гамма-излучения поможет подтвердить их увлекательную теорию.

5 Слияние черных дыр вызывает свет триллиона звезд

Черные дыры известны тем, что скрываются в чернильной черноте космоса, врезаются друг в друга и сливаются. Однако до недавнего времени ученые предполагали, что этот процесс был невидимым, происходящим под покровом тьмы.

Но теперь исследователи считают, что при столкновении черных дыр излучается ослепительная волна света, в триллион раз ярче, чем солнце. Обсерватория гравитационных волн Лиго в 2019 году обнаружила ослепительную вспышку, которая, по мнению ученых, была вызвана слиянием двух черных дыр в присутствии третьей черной дыры. Окружающий газ и пыль действуют как прожекторы при столкновении, освещая катастрофическое событие.

«Эта сверхмассивная черная дыра бурлила в течение многих лет до этой более резкой вспышки», — объяснил Мэтью Грэм, ведущий автор исследования. «Мы пришли к выводу, что вспышка, вероятно, является результатом слияния черных дыр».

4 Ученые фотографируют струю радиоволн

Телескоп Event Horizon (EHT) — это невероятный инженерный подвиг. Он состоит из восьми радиообсерваторий, разбросанных по всему миру. Сопоставление их данных создает один гигантский высокоточный телескоп размером с Землю.

В июле 2021 года в рамках проекта EHT была опубликована серия изображений черной дыры, излучающей струи радиоволн. Черная дыра в центре галактики Центавр А известна тем, что излучает большое количество энергии, намного больше, чем в Млечном Пути. Но это первый раз, когда ученые запечатлели черную дыру с такой четкостью, которая выбрасывает материал в небо. EHT позволяет ученым фотографировать гигантские джеты с точностью в десять раз более высокой и разрешением в шестнадцать раз лучше, чем это было возможно раньше.

3 Исследователи обнаружили черную дыру, поглощающую нейтронную звезду

Черные дыры и нейтронные звезды — одни из самых плотных и экзотических объектов во Вселенной. Когда они врезаются друг в друга, начинается ад. Столкновение — катастрофическое событие. Два гиганта сливаются с такой интенсивностью, что создают большие волны, эхом отражающиеся в пространстве и времени.

За последние несколько лет ученые наблюдали столкновение двух черных дыр и двух нейтронных звезд. Но до недавнего времени захват черной дыры, врезающейся в нейтронную звезду, был гораздо более сложной задачей.

Потом после долгого ожидания, словно автобусы, приехали сразу двое. В январе 2020 года астрономы получили сигналы от слияния двух черных дыр и нейтронных звезд с интервалом в десять дней друг от друга. Ученые считают, что оба события произошли около миллиарда лет назад. Поскольку космос настолько обширен, космическое эхо дошло до Земли только в прошлом году. В обоих случаях черная дыра была настолько огромной, что поглотила нейтронную звезду.

2 Астрономы озадачены черной дырой с «невозможной» массой

В 2020 году ученые остались ломать голову после обнаружения столкновения с черной дырой, которое, согласно теории, должно было быть невозможным. По крайней мере, один из голиафов имел массу в 85 раз больше массы Солнца, что, по мнению ученых, было слишком большим, чтобы участвовать в таком столкновении.

После того, как они врезались друг в друга и слились, они образовали черную дыру почти в 150 раз тяжелее Солнца. Это тяжелее любой черной дыры, обнаруженной ранее.

Считается, что отдаленное слияние произошло, когда Вселенная была только наполовину своего нынешнего возраста. Астрофизик-теоретик Илья Мандель назвал это открытие «удивительно неожиданным».

1 Являются ли черные дыры источником почти бесконечной энергии?

Британский физик сэр Роджер Пенроуз — центральная фигура в астрономии. В 1969 году он выдвинул идею о том, что черные дыры могут использоваться будущими цивилизациями для выработки энергии. Теоретически объект, помещенный рядом с черной дырой, но не внутри нее, должен приобретать отрицательную энергию. Пенроуз предположил, что затем объект должен разделиться пополам: одну половину втягивает черная дыра, а другая половина отскакивает. Половина, которая отскочила, теперь должна была получить энергию от черной дыры. Эта энергия, если ее использовать, может быть использована для питания всей планеты.

В настоящее время такой подвиг выходит далеко за рамки современных технологий. Но был ли прав Пенроуз? В 1971 году физик Яков Зельдович изобрел эксперимент, который мог быть проведен здесь, на Земле, чтобы проверить обширную теорию Пенроуза. К сожалению, из-за технологических ограничений эксперимент Зельдовича также оказался невозможным.

Перенесемся в июнь 2020 года, когда спустя более полувека с тех пор, как Пенроузу впервые пришла в голову эта идея, исследователи из Университета Глазго наконец смогли продемонстрировать его теорию. Команда построила кольцо динамиков, чтобы воссоздать вращательные эффекты черной дыры. Затем они слушали, как пучки звуковых волн искривлялись и искривлялись, как объект в первоначальной теории Пенроуза.

«Мы очень рады, что смогли экспериментально проверить некоторые чрезвычайно странные физические явления спустя полвека после того, как теория была впервые предложена». Об этом журналистам сообщил профессор Даниэле Фаччо. «Странно думать, что мы смогли подтвердить полувековую теорию космического происхождения здесь, в нашей лаборатории на западе Шотландии, но мы думаем, что это откроет множество новых возможностей для научных исследований».