«Черная» пятница: все, что вы не знали о черных дырах

Черная дыра в представлении художника

По всему миру люди пытаются пробиться в магазины, стараясь скупить как можно больше вещей, пока действует черная пятница. Ну а мы решили в этот день рассказать о действительно «черных» объектах — черных дырах. Что это такое, зачем они нужны и как долго могут существовать, расскажем в нашем новом материале.

Черная дыра — это астрономический объект, гравитационное притяжение которого настолько сильно, что даже попавший в него свет не может выйти наружу. Внешняя часть черной дыры называется горизонтом событий. Это граница, где скорость, необходимая для выхода за ее пределы, превышает скорость света. Материя и излучение, которые пересекают эту границу, не могут выйти наружу.

Ученые наблюдали два основных класса черных дыр. «Звездные» черные дыры с массой в три-десять раз больше Солнца распространены по всей нашей галактике, в то время как сверхмассивные монстры весом от 100 000 до миллиардов солнечных масс находятся в центрах большинства галактик, включая нашу. Астрономы подозревают, что существует еще один класс, называемый черными дырами промежуточной массы, который включает объекты весом от 100 до более чем 10 000 солнечных масс, но наблюдать их до сих пор удавалось очень редко.

Черная дыра звездной массы образуется, когда звезда весом более 20 Солнц расходует все свое ядерное топливо и коллапсирует под действием собственного веса. Коллапс запускает взрыв сверхновой, который «сдувает» внешние слои звезды. Но если ядро такого объекта весит более трех солнечных масс, никакая известная сила не может остановить его коллапс в черную дыру. Происхождение сверхмассивных черных дыр плохо изучено, но мы знаем, что они существуют с самых ранних дней жизни галактики.

После своего рождения черные дыры могут расти, накапливая вещество, которое попадает в них, включая газ от соседних звезд и даже других черных дыр.

В 2015 году ученые впервые обнаружили гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени, предсказанную столетием ранее общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Волны наблюдались на детекторах лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), расположенных в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон. Их источником было слияние двух вращающихся по орбите черных дыр, которые по спирали вошли друг в друга 1,3 миллиарда лет назад. С тех пор LIGO и другие объекты наблюдали многочисленные следы слияния черных дыр, фиксируя произведенные при этом гравитационные волны.

Ученые исследовали черные дыры, используя различные длины волн, которые поглощали или испускали эти объекты. Хотя свет не может покинуть горизонт событий черной дыры, огромные приливные силы в ее окрестностях заставляют близлежащую материю нагреваться до миллионов градусов и испускать радиоволны и рентгеновские лучи. Некоторые из материалов, вращающихся еще ближе к горизонту событий, могут быть выброшены, образуя струи частиц, движущихся со скоростью, близкой к световой. Они испускают радио-, рентгеновские и гамма-лучи.

Первое изображение черной дыры

Потрясающее изображение, сделанное в этом году, показывает тень сверхмассивной черной дыры в центре галактики Мессье 87 (M87), расположенной примерно в 55 миллионах световых лет от Земли. Эта черная дыра имеет массу в 6,5 миллиардов раз больше Солнца. Чтобы поймать ее тень, астрономам пришлось задействовать восемь наземных радиотелескопов по всему земному шару, работающих вместе, как если бы они были одним телескопом размером со всю нашу планету. Он получил название Телескопа горизонта событий (EHT).

Использование данных со спутников NASA позволило проверить построенные EHT модели движения газа вокруг черной дыры. Однако, даже несмотря на столь масштабное исследование и получение долгожданной картины сверхмассивной черной дыры, у ученые осталась масса вопросов об этих объектах.

Первое изображение черной дыры, полученное EHT
Первое изображение черной дыры, полученное EHT

Например, остается загадкой, почему частицы получают такой огромный энергетический импульс при движении вокруг черных дыр. Они образуют огромные струи, которые вылетают из полюсов черных дыр почти со скоростью света. Один из вопросов также состоит в том, куда уходит энергия, когда какой-либо материал попадает в такой объект?

На все эти вопросы астрономы попытаются ответить с помощью улучшения проекта EHT, в который будет добавлено несколько новых обсерваторий по всему миру. Исследователи планируют собрать как можно больше данных из спектров черной дыры, и уверены, что анализ результатов их работы будет использоваться еще многие годы.

За горизонтом

Чем больше ответов находят астрономы, тем больше у них возникает вопросов. Черные дыры — одни из самых малоизученных и загадочных объектов во Вселенной. Приближаясь в их горизонту событий, нам приходится манипулировать понятиями, которые не совсем укладываются в голове обычного человека. Время приближения объекта для стороннего наблюдателя стремится к бесконечности, а скорость его сближения с черной дырой — к скорости света.

Но разработка новых инструментов и методов исследования позволит лучше понять процессы, происходящие вблизи этих гравитационных монстров и приоткрыть завесу тайны, которая их окружает.

Кто знает, может через несколько лет нам удастся доказать существование проходимых кротовых нор — черных дыр, которые могут быть «порталами» и переносить вещество из одной части Вселенной в другую практически мгновенно. Тогда сюжет фильма «Интерстеллар» мог бы стать реальностью, а проблема путешествия между галактиками была бы решена.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

1 комментарий на “«Черная» пятница: все, что вы не знали о черных дырах

Комментарии закрыты.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: