Ученые, изучающие черные дыры, могут быть уверены, что из года в год их будут ожидать поразительные открытия. Не стал исключением и 2021 год, в котором было получено много новых впечатляющих результатов, касающихся этих удивительных гравитационных чудовищ. Сегодня мы рассмотрим самые увлекательные открытия черных дыр в этом году и то, как они продвигают нас в понимании Вселенной.
Даже самые изученные черные дыры могут преподнести сюрприз. В феврале физики пересмотрели свои оценки свойств космического монстра, находящегося в сердце системы Cygnus X-1, также оказавшегося первой черной дырой, существование которой подтверждено. Черная дыра Cygnus X-1, первоначально обнаруженная почти 60 лет назад, оказалась на 50% массивнее, чем считалось ранее. Она в 21 раз превышает массу Солнца, и вращается очень близко к скорости света, установив новый рекорд для черных дыр.
Черная дыра в Cygnus X-1, находящаяся на расстоянии примерно 7200 световых лет от нас, медленно поглощает голубую сверхгигантскую звезду-компаньона, и дает исследователям новое понимание таких процессов.
Когда звезда приближается слишком близко к краю черной дыры, гравитационные силы разрывают ее на длинные нити, втягивающиеся в пасть черной дыры. Этот процесс, известный как «спагетификация», образует свет по мере того, как звездный материал нагревается путем трения, что позволяет астрономам запечатлеть этот ужасный акт во всей его красоте. В мае исследователи впервые заметили звезду, раздробленную и поглощенную таким образом черной дырой, которая весит в 30 млн раз больше массы Солнца, и расположена в центре галактики в 750 млн световых лет от Земли.
Кроме накопления важных данных о спагетификации, наблюдения помогли ученым создать невероятную визуализацию поглощения звезды.
В июне исследователи из Обсерватории гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO) наблюдали, как две гигантские черные дыры сливаются в единое целое, и проанализировали пульсации в ткани пространства-времени, называемые гравитационными волнами, которые возникают в результате движения черных дыр на высокой скорости.
Они обнаружили, что площадь образовавшейся поверхности черной дыры больше, чем у первых двух вместе взятых. Помимо получения удивительных данных, результаты исследования помогают доказать предположение британского астрофизика Стивена Хокинга, высказанное в 1971 году, известное как теорема о площади черной дыры. Теорема утверждает, что площадь поверхности черной дыры не может уменьшаться со временем – закон, полученный Хокингом с использованием общей теории относительности Эйнштейна. А также его понимание энтропии. Хотя результаты исследования оказались победой для Хокинга, они оставили физиков озадаченными. Согласно квантовой механике, черные дыры должны сжиматься и испаряться, поэтому непонятно, как соотнести это с законом Хокинга о том, что площадь их поверхности должна всегда увеличиваться.
В июне исследователи, работающие с LIGO, объявили о том, что впервые они уверены в том, что видели слияние черных дыр с компактными образованиями, называемыми нейтронными звездами. Наряду с черными дырами, нейтронные звезды являются одним из возможных конечных результатов смерти массивной звезды, когда звезда взрывается в виде сверхновой и оставляет после себя остатки. Хотя в LIGO и раньше замечали указания на потенциальное слияние черных дыр и нейтронных звезд, только в этом году два сигнала убедительно доказали, что такие слияния происходят.
Оба сигнала были обнаружены в январе 2020 г. с разницей примерно в 10 дней. В первом случае черная дыра с массой в шесть раз больше солнечной поглотила нейтронную звезду с массой в полтора раза больше солнечной, а во втором – черная дыра с массой в девять раз больше солнечной поглотила нейтронную звезду с массой вдвое больше солнечной.
Почти каждая известная галактика имеет сверхмассивную черную дыру в центре, что предполагает тесную связь между двумя космическими объектами. Но ученые до сих пор не понимают, как черная дыра влияет на своего галактического хозяина. Исследование, опубликованное в июне, показало, что высокоскоростной ветер исходит из галактики возрастом 13 млрд лет, что почти равняется возрасту самой Вселенной. Это ранее обнаруженный пример галактического ветра, вырывающегося из сверхмассивных черных дыр по мере того, как они поглощают окружающий газ и пыль.
Кроме того, мощные ветры, скорость которых примерно 1,8 млн км/ч, движутся достаточно быстро, чтобы разносить материал по всей галактике, и, вероятно, препятствуют звездообразованию. Это говорит о том, что галактики и черные дыры имеют древнюю и очень тесную связь.
Стивен Хокинг был не единственным, кто в этом году одержал победу над черными дырами. В июле астрономы запечатлели рентгеновские лучи, исходящие от сверхмассивной черной дыры в центре спиральной галактики Zwicky, которая находится в 1,8 млрд световых лет от нас. Исследователи не только обнаружили свет, происходящий от передней части черной дыры, но также смогли найти странные отблески света, которые они поначалу не могли обнаружить.
Оказалось, что они выходят из задней части черной дыры, а это значит, что гигантская сущность искривляла ткань пространства-времени настолько, что свет затягивался с одной стороны черной дыры на другую. Этот процесс точно соответствует тому, что можно было бы ожидать от общей теории относительности Эйнштейна, но до сих пор он не был обнаружен.
Ученые не боятся делать предположения, если они основаны на соответствующих данных. В августе группа астрономов на Тайване предположила, что технологически высокоразвитые инопланетяне могут собирать энергию из черных дыр с помощью гипотетических мегаструктур, известных как сферы Дайсона, которые окружают звезду. Несмотря на то, что черные дыры считаются темными, они выделяют большое количество энергии, поскольку питаются окружающим материалом, который нагревается и излучается как свет.
Астрономы заинтересовались, может ли внеземной вид разместить орбитальные платформы, покрытые чем-то вроде солнечных батарей вокруг черной дыры, чтобы поглотить ее энергетические выбросы. Поскольку черные дыры меньше звезд, это позволило бы пришельцам сэкономить на строительных материалах и потенциально накапливать огромное количество энергии.
Приблизительно 12 огромных невидимых черных дыр могут скрываться в окрестностях Млечного Пути. Такой вывод был сделан в августе, когда исследователи обнародовали результаты нового моделирования столкновений галактик. Во время таких грандиозных событий гравитационные силы могут заставить сверхмассивные черные дыры, весящие в миллионы или миллиарды раз больше Солнца, летать и блуждать в чернильных глубинах космоса.
Некоторые из них могут впоследствии поселиться в ореолах галактик, подобных нашей, а в галактике размером с Млечный Путь насчитывается в среднем около 12 черных дыр. Астрономы надеются выяснить, как искать эти утраченные гиганты, чтобы убедиться в правильности их моделирования.
В декабре телескопы зафиксировали свидетельство существования ближайшей к нашей планете пары вращающихся друг вокруг друга черных дыр на расстоянии около 89 млн световых лет от Земли в созвездии Aquarius. Предыдущая рекордная пара черных дыр находится в пять раз дальше, чем эта, что означает, что ученые имеют возможность изучить такие системы более подробно, чем раньше. Оба члена дуэта являются тяжелоатлетами – большая имеет массу почти 154 млн Солнц, а меньшая в 6,3 млн раз массивнее нашей звезды.
Они вращаются друг вокруг друга на расстоянии всего 1600 световых лет – ничтожная величина по космическим меркам и еще один рекорд, указывающий на то, что через 250 млн лет они сольются в одну гигантскую черную дыру.
Крохотная галактика, вращающаяся вокруг нашей собственной на расстоянии около 820 тыс. световых лет, похоже, содержит что-то странное. В карликовой галактике Leo I, которая в 50 раз меньше Млечного Пути, находится огромная черная дыра, имеющая почти такую же массу, как и черная дыра в центре Млечного Пути. Астрономы удивляются, как такая большая черная дыра оказалась в такой маленькой галактике.
“Нет никакого объяснения существованию такого типа черных дыр в карликовых сфероидальных галактиках”, – сказала в своем заявлении Мария Хосе Бустаманте, аспирант по астрономии Техасского университета в Остине. Чтобы понять, что это значит для эволюции черных дыр и галактик, придется подождать некоторое время.
Leave a Reply