ТОП-10 відкриттів, пов'язаних з чорними дірами

Опубликованно 12.09.2018 03:50

Щороку вчені повідомляють про відкриття, пов'язаних з чорними дірами, крок за кроком, що дозволяють наблизитися до розуміння їх природи. Сьогодні поговоримо про десятці самих останніх.

Безліч чорних дір проміжної маси

Серед сімейства чорних дір, мабуть, більше всіх виділяються так звані чорні діри середньої (або проміжної) маси. Це чорні діри, маса яких значно більше, ніж маса чорних дір зоряної величини (від 10 до декількох десятків мас Сонця), але набагато менше, ніж у надмасивних чорних дір (від мільйона до сотень мільйонів мас Сонця). Раніше передбачалося, що цей вид чорних дір зустрічається істотно рідше двох інших зазначених класів, однак недавнє відкриття спростувало цю думку.

У 2018 році вчені знайшли місце, де найчастіше зустрічаються такі об'єкти. З невідомих поки причин найчастіше чорні діри середньої маси зустрічаються в центрах маленьких галактик. Як тільки це з'ясували вчені, рідкісний вид чорних дір перестав бути рідким. Більш того, це відкриття, можливо, допоможе вирішити ще одну загадку, пов'язану з чорними дірами.

Одним з найбільш актуальних питань сучасної астрономії є природа надмасивних чорних дір. Вчені не можуть зрозуміти, як деякі з виявлених надмасивних чорних дір у відносно компактних галактиках дуже швидко виросли в розмірах з моменту Великого вибуху. Вказати на правильну відповідь можуть ті самі чорні діри середньої маси. Відповідно до одного з припущень, надмасивні чорні діри могли вирости з чорних дір середньої маси, згідно з іншим — вони такими народилися спочатку. Але як? Точної відповіді вчені надати поки не можуть, але, схоже, починають рухатися в правильному напрямку.

Загадкові об'єкти поруч зі Стрільцем А*

Стрілець А* — це надмасивна чорна діра, розташована в центрі нашої галактики. На початку 2000-х поряд з нею вчені виявили два загадкових об'єкта. Їх прозвали об'єктами G-класу і спочатку прийняли за газопилові хмари. Загадка почалася після того, як ці об'єкти наблизилися до чорної діри. Замість того щоб бути розірваними потужною гравітацією надмасивної чорної діри, об'єкти G1 і G2 змогли якимось чином уціліти.

У 2018 році вчені виявили ще три об'єкта G-класу (G3, G4, G5) поруч зі Стрільцем А*. Аналіз зібраних за 12 років даних остаточно картину для астрономів не прояснив. Об'єкти привертають до себе увагу своїми незвичайними властивостями. Всі п'ять G-об'єктів мають характерні візуальні ознаки газових хмар, але при цьому ведуть себе як зірки з великою масою.

Виходячи з цього вчені зробили припущення, що зіткнулися з дуже рідкісним типом зірок, нехарактерних для нашої галактики. Поява цих об'єктів вчені пояснюють унікальними умовами в околицях надмасивної чорної діри: тут під дією потужної гравітації може відбуватися згортання подвійних зірок з утворенням єдиного, великого, оповитого товстими газопиловими оболонками об'єкта. Проте вчені відзначають, що не всі об'єкти мають схожі орбіті навколо чорної діри, тому точно пояснити природу побаченого явища вони поки не можуть.

Найдавніша чорна діра

Відкриття самої стародавньої чорної діри – це не просто питання віку. Виявлення цього дідка може допомогти нам вирішити безліч цікавих загадок, пов'язаних з тією епохою, коли перші зірки у Всесвіті тільки почали запалюватися.

На думку вчених, виявлена в 2017 році чорна діра ULAS J1342+0928 з'явилася на світ всього близько 690 мільйонів років після Великого вибуху. Коли вік всесвіту становив лише 5 відсотків від нинішнього, маса цієї чорної діри вже 800 мільйонів разів перевищувала масу нашого сьогоднішнього Сонця.

Об'єкт розташований приблизно в 13,1 мільярда світлових років від Землі і сформувався в ранній період становлення Всесвіту. Цей період часто називають епохою реионизации, коли за рахунок гравітаційного тяжіння почали з'являтися перші зірки, галактики, скупчення і надскупчення галактик. Повна картина реионизации раніше вченим незрозуміла, тому що з'явилися в цей період чорні діри безумовно можуть бути одними з найцікавіших джерел нової інформації.

Як вже зазначалося вище, вчені не можуть зрозуміти, яким чином за такий короткий термін після Великого вибуху чорні діри змогли накопичити величезну кількість маси. Об'єкти подібні ULAS J1342+0928 можуть пролити світло на це питання, однак для того щоб робити якісь висновки, було б непогано знайти хоча б ще кілька подібних космічних динозаврів. На жаль, чорні діри епохи реионизации зустрічаються вкрай рідко.

Найдинамічніша чорна діра

У 2018 році вчені виявили «голодну» чорну діру в відомої нам Всесвіту. Щодня, щомиті вона споживає масу еквівалентну масі нашого Сонця, за рахунок чого ще і швидко розростається. На щастя для нас, вона знаходиться дуже далеко. Якщо б цей монстр знаходився в центрі Чумацького Шляху, то створюване їм рентгенівське випромінювання стерилізував б Землю від життя.

Коли вчені виявили перший світло від квазара J2157-3602, пов'язаного з цією чорною дірою, то його вік був оцінений в 12 мільярдів років. Як тільки вчені підтвердили, що поруч з квазаром дійсно знаходиться чорна діра, її маса вже становила близько 20 мільярдів сонячних мас. На даний момент астрономи не можуть пояснити причину стільки швидкого зростання чорної діри.Єдине, що відомо про цей об'єкт, так це те, що його апетити розігрівають навколишній газ і пил до таких станів, що їх яскравість легко затьмарить світло практично всіх зірок на небі.

Приховане скупчення

В одному галактичному скупченні можуть знаходитися сотні і навіть тисячі галактик. Ці скупчення розглядаються вченими в якості одних з найбільших об'єктів у Всесвіті. Думаєте таку громадину неможливо приховати одним єдиним космічним об'єктом? Помиляєтесь. Один квазар довів зворотне.

Виявлений об'єкт отримав назву PKS1353-341 і спочатку мався на увазі окремої галактикою, з неймовірно яскравої центральної областю. Проте астрономи Массачусетського технологічного інституту в 2018 році відкрили правду, яка переховувалася протягом декількох десятиліть з моменту виявлення цього об'єкта. Виявилося, що об'єкт являє собою не галактику, а один єдиний квазар (область розпеченого газу, навколишнього надмасивну чорну діру), який знаходиться в центрі цілого галактичного скупчення, розташованого в 2,4 мільярда світлових років від Землі.

Квазар виявився настільки яскравим, що в буквальному сенсі затьмарив увесь навколишній простір, що містить сотні галактик. Вчені з MIT розрахували його яскравість і виявилося, що вона в 46 мільярдів разів перевищує яскравість Сонця. На думку дослідників, така екстремальна яскравість пов'язана з поглинанням центральної надмасивної чорною дірою великої кількості оточуючого її матеріалу.

Подвійні системи

Ще однією загадкою для вчених є так звані подвійні, тобто парні чорні діри, обертаються навколо один одного. Випадки зіткнення чорних дір вчені вже відзначали в минулому. Два були визначені в 2015 році, ще один – у 2017-м. Що дивно, завдяки останньому вчені вперше стали прямими свідками не менш рідкісного явища.

В отриманому сигналі зіткнення двох чорних дір були відзначені ознаки гравітаційної брижів простору-часу — зміни гравітаційного поля, що поширюється подібно хвилям. Обидві чорні діри при цьому не були знищені, але замість цього злилися в єдине ціле – надмасивну чорну діру, за розмірами ще більше, ніж її батьки.

З приводу природи появи систем з подвійних чорних дір у вчених є два припущення. Згідно з одним, подвійні чорні діри з'являються при загибелі подвійних систем зірок. Згідно з другою – чорні діри формуються незалежно один від одного і вже після, дрейфуючи в космосі, притягуються один до одного під дією гравітаційних сил.

Смертоносний міхур

У 2018 році фізики припустили ще один сценарій апокаліпсису: Земля може бути знищена за допомогою чорних дір. Роком раніше науковий світ святкував підтвердження відкриття гравітаційних хвиль – феномена, розтягуючого і стискати тканину реальності. Ця смертоносна сила.

У новій теорії, вчені з Прінстонського університету передбачили один із сценаріїв того, що може статися, якщо в результаті високоенергетичних космічних катаклізмів (наприклад, при злитті двох чорних дір або двох нейтронних зірок), що з'явилися гравітаційні хвилі зіткнутися між собою.

Гравітаційні хвилі для ілюстрації прикладу часто порівнюють з колами на воді, які виникають, якщо кинути камінь. Однак, якщо частка або об'єкт, що рухається зі швидкістю світла, можуть з'явитися плоскі гравітаційні хвилі. На думку вчених, якщо хвилі будуть досить великими, тоді їх зіткнення може створити гігантську чорну діру, яка змінить простір і час на величезній площі космічного простору.

Якщо це станеться поряд із Землею, то не тільки всьому живому, але і самій планеті і всій Сонячній системі прийде кінець.

Чорна діра-ізгой

Вчені не раз задавалися питанням про можливості «викиду» галактиками своїх центральних чорних дір. Однак довгий час доказів цього явища астрономи не могли виявити. Але в 2017 році галактика 3C186 піднесла дослідникам космосу справжній сюрприз.

На думку вчених, раніше галактика 3C186 являла собою дві окремі галактики, які в якийсь період своєї історії злилися в одну. Нова галактика отримала цілком явні обриси і форму, замість передбачуваного безладного будови, але головний сюрприз підніс її центр: вчені, повні надій знайти в ньому надмасивну чорну діру, взагалі нічого не знайшли.

Пізніше чорна діра все-таки виявилася, тільки в 35 000 світлових років від галактичного центру 3C186. Коли сталося зіткнення двох зоряних скупчень, зіткнулися і їх центральні галактичні чорні діри, що в підсумку призвело до появи надмасивної чорної діри. Дана подія, найімовірніше, створило дуже потужні гравітаційні хвилі, які цю новостворену чорну діру і виштовхнули з галактики, пояснюють вчені.

Зробити це, втім, виявилося не так-то просто, продовжують дослідники. Для викиду чорної діри з галактичного центру знадобилося енергія, еквівалентна вибуху 100 мільйонів наднових. Вчені досі не розібралися в тому, що ж там відбулося насправді, але вже стає зрозумілим, що існують сили, здатні протистояти навіть мощі самих чорних дір.

Що цікаво, чорна діра-ізгой продовжує рухатися до кордонів своєї галактики. При поточних темпах вона буде повністю викинута за її межі приблизно через 20 мільйонів років.

Зворотний хід часу

Чорні діри утворюються, коли відбувається гравітаційний колапс (стиснення) досить масивної зірки, або колапс центральної частини галактики або протогалактического газу. У цей момент в космос викидається колосальний обсяг гамма випромінювання. Останнє в свою чергу являє собою найбільш яскраве електромагнітне події, що відбуваються у Всесвіті і досі не до кінця вивчене вченими.

У 2018 році в спійманих сигналах гамма-випромінювання були виявлені вельми дивні ознаки, які, на думку дослідників з NASA, можна інтерпретувати як «зворотний хід часу». Зазвичай при кожній події гамма-викиду відбувається випромінювання хвилі з певною сигнатурою, яке ніколи не повторюється. У виявлених ж сигналах містилися аномалії, які, як виявилося, неможливо пояснити з позиції жодної теоретичної моделі. Ці сигнали представляли собою особливі хвилеподібні структури, які були повернені у часі так, як ніби їх початок знаходилося в кінці спалаху, а кінець — в перші миті викиду.

Для деяких фізиків подібного спостереження виявилося достатньо для того, щоб заявити про свідоцтві зворотного ходу часу. Відповідно ж до іншого і, швидше за все, більш реальним поясненням, промені, гамма-викиду на своєму шляху могли зіткнутися з якоюсь матерією, наделившей хвилі сигнатурою, яка була прийнята вченими за зворотний хід часу. Цілком можливо, що промені вдарилися про якесь скупчення матерії, яка подіяла на них як відбиває поверхня. Проте не виключається можливість, що мова йде про абсолютно новому законі фізики, першим прикладом якого стали вчені в 2018 році.

Привиди загиблих всесвітів

У серпні цього року британський фізик Оксфордського університету Роджер Пенроуз зробив дуже гучну заяву. Він і його команда стверджують, що до появи нашого Всесвіту, тобто до Великого вибуху, існував інший всесвіт. На такий висновок вчених наштовхнув ряд спостережуваних світлових аномалій у мікрохвильовому фоновому випромінюванні, які, за словами Пенроуза, представляють собою світлові спіралі, що залишилися від чорних дір, що належали попередньої всесвіту, що існувала до Великого вибуху.

В одній із своїх теорій ще більш знаменитий британський фізик Стівен Хокінг припустив, що чорні діри, після того, як втратять основну масу своїх часток, пропадають. Ці гіпотетичні частинки носять назву гравітонів. Вони не мають маси, електричного та іншого заряду, але при цьому володіють енергією і тому беруть участь в гравітаційній взаємодії.

Коли одна всесвіт гине і з'являється нова, ці гравітони, як вважає, Пенроуз, стають частиною нового всесвіту. Вчений і його колеги переконані, що виявили ці вцілілі «залишки» у мікрохвильовому фоновому випромінюванні. Вони назвали виявлені світлові аномалії «точками Стівена Хокінга». Якщо спостереження вчених підтвердяться, нас чекає серйозна редактура теорії Великого вибуху.

Нагадаємо, раніше астрономи визначили, чим харчуються чорні діри.

Категория: Технологии