10 найдивніших речей, які ми дізналися про чорні діри у 2021

Вчені, що вивчають чорні діри, можуть бути впевнені, що з року в рік їх очікуватимуть вражаючі відкриття. Не став винятком і 2021 рік, в якому було отримано багато нових захоплюючих результатів, що стосуються цих дивних гравітаційних чудовиськ. Сьогодні ми розглянемо найзахоплюючіші відкриття чорних дір цього року і те, як вони просувають нас у розумінні Всесвіту.

Чорна діра, що найшвидше обертається

Навіть найвивченіші чорні діри можуть зробити сюрприз. У лютому фізики переглянули свої оцінки властивостей космічного монстра, що знаходиться у серці системи Cygnus X-1, який також виявився першою чорною дірою, існування якої підтверджено. Чорна діра Cygnus X-1, спочатку виявлена ​​майже 60 років тому, виявилася на 50% масивнішою, ніж вважалося раніше,  у 21 раз перевищуючи масу Сонця, і обертається вона дуже близько до швидкості світла, встановивши новий рекорд для чорних дір.

Чорна діра в Cygnus X-1 знаходиться на відстані приблизно 7200 світлових років від нас і повільно поглинає блакитну надгігантську зірку-компаньйона, надаючи дослідникам нове розуміння таких процесів.

Читайте також: Скільки чорних дір у Всесвіті?

Спагетіфікована зірка

Коли зірка наближається надто близько до краю чорної діри, гравітаційні сили розривають її на довгі нитки, які втягуються у пащу чорної діри. Цей процес, відомий як «спагетіфікація», утворює світло у міру того, як зірковий матеріал нагрівається шляхом тертя, що дозволяє астрономам відобразити цей жахливий акт у всій його красі. У травні дослідники вперше помітили зірку, яка була подрібнена і поглинена таким чином чорною дірою, що важила в 30 млн разів більше за масу Сонця, і розташовану в центрі галактики в 750 млн світлових років від Землі.

Окрім збору важливих даних про спагетіфікацію, спостереження допомогли вченим створити неймовірну візуалізацію поглинання зірки.

Читати далі: Астрономи вперше виявили наслідки «спагетіфікації» зірки чорною дірою

LIGO доводить правоту Гокінга

У червні дослідники з Обсерваторії гравітаційних хвиль з лазерним інтерферометром (LIGO) спостерігали, як дві гігантські чорні діри зливаються в єдине ціле, і проаналізували пульсації в тканині простору-часу, звані гравітаційними хвилями, що виникли в результаті того, що чорні діри рухалися на високій швидкості.

Вони виявили, що площа поверхні чорної діри, що утворилася, більша, ніж у перших двох разом узятих. Крім отримання дивовижних даних, результати дослідження допомагають довести припущення британського астрофізика Стівена Гокінга 1971 року, відоме як теорема про площу чорної діри. Теорема стверджує, що площа поверхні чорної діри не може зменшуватися з часом – закон, отриманий Гокінгом з використанням загальної теорії відносності Ейнштейна. А також його розуміння ентропії. Хоча результати дослідження стали перемогою для Гокінга, вони залишили фізиків здивованими. Відповідно до квантової механіки, чорні діри повинні стискатися і випаровуватися, тому незрозуміло, як поєднати це із законом Хокінга про те, що площа їхньої поверхні повинна завжди збільшуватися.

Теж цікаво: Вчені придумали, як прослухати гравітаційні хвилі Великого вибуху

Злиття чорної діри та нейтронної зірки

У червні дослідники, що працюють з LIGO, оголосили про те, що вперше вони впевнені в тому, що бачили злиття чорних дір із компактними утвореннями, які називаються нейтронними зірками. Поряд із чорними дірами, нейтронні зірки є одним з можливих кінцевих результатів смерті масивної зірки, коли зірка вибухає у вигляді наднової та залишає після себе залишки. Хоча LIGO і раніше помічав натяки на потенційні злиття чорних дір та нейтронних зірок, лише цього року два сигнали переконливо довели, що такі злиття відбуваються.

Обидва сигнали були виявлені в січні 2020 року з різницею приблизно 10 днів. У першому випадку чорна діра з масою в шість разів більша за сонячну поглинула нейтронну зірку з масою в півтора раза більшу за сонячну, а в другому – чорна діра з масою в дев’ять разів більша за сонячну і нейтронна зірка з масою вдвічі більша за сонячну.

Рекомендація редакції: Астрофізики вперше простежили за злиттям нейтронних зірок і чорних дір

Ранні чорні діри викликають бурі

Майже кожна відома галактика має надмасивну чорну діру в центрі, що передбачає тісний зв’язок між двома космічними об’єктами. Але вчені й досі не розуміють, як чорна діра впливає на свого галактичного господаря. Дослідження, опубліковане в червні, показало, що високошвидкісний вітер дме з галактики віком 13 млрд років, вік якої майже дорівнює віку самого Всесвіту. Це ранній виявлений приклад галактичного вітру, який виривається з надмасивних чорних дір у міру того, як вони поглинають навколишній газ і пил.

Крім того, потужні вітри, що рухаються зі швидкістю приблизно 1,8 млн км/год, рухаються досить швидко, щоб розносити матеріал по всій галактиці та, ймовірно, перешкоджати зіркоутворенню. Це говорить про те, що галактики та їхні чорні діри мають стародавній та дуже тісний зв’язок.

Читайте також: Вчені виявили рентгенівське випромінювання за горизонтом подій чорної діри

Світлові відлуння доводять правоту Ейнштейна

Стівен Гокінг був не єдиним, хто цього року здобув перемогу над чорними дірами. У липні астрономи зафільмували рентгенівські промені, що спалахують від надмасивної чорної діри в центрі спіральної галактики Zwicky, яка знаходиться на відстані 1,8 млрд світлових років від нас. Дослідники не тільки виявили світло, що походить від передньої частини чорної діри, але також змогли знайти дивні відлуння світла, які вони спочатку не могли виявити.

Виявилося, що вони виходять із задньої частини чорної діри, а це означає, що гігантська сутність викривляла тканину простору-часу настільки, що світло тяглося з одного боку чорної діри на іншу. Цей процес точно відповідає тому, що можна було б очікувати від загальної теорії відносності Ейнштейна, але досі він не був остаточно виявлений.

Інопланетяни можуть використати силу чорної діри

Вчені не бояться робити припущення, якщо вони засновані на відповідних даних. У серпні група астрономів на Тайвані припустила, що технологічні інопланетяни можуть збирати енергію з чорних дір за допомогою гіпотетичних мегаструктур, відомих як сфери Дайсона, які оточують зірку. Попри те, що чорні діри вважаються темними, вони виділяють велику кількість енергії, оскільки вони живляться навколишнім матеріалом, який нагрівається та випромінюється як світло.

Астрономи поцікавилися, чи може позаземний вид розмістити орбітальні платформи, вкриті чимось на зразок сонячних батарей навколо чорної діри, щоб поглинути її енергетичні вибухи. Оскільки чорні діри менші за зірки, це дозволило б прибульцям заощадити на будівельних матеріалах і потенційно дозволити їм накопичувати неймовірну кількість енергії.

Детальніше:  Що таке сфера Дайсона і чому ми її не побудували?

Блукаючі чорні діри можуть оселитися в нашій галактиці

Приблизно 12 величезних невидимих ​​чорних дір можуть ховатися на околицях Чумацького Шляху. Такий висновок був зроблений у серпні, коли дослідники опублікували результати нового моделювання зіткнень галактик. Під час таких грандіозних подій гравітаційні сили можуть змусити надмасивні чорні діри, що важать у мільйони або мільярди разів більше за Сонце, літати і блукати по чорнильних глибинах космосу.

Деякі з них можуть згодом оселитися в ореолах галактик, подібних до нашої, а в галактиці розміром з Чумацький Шлях налічується в середньому близько 12 галактик. Астрономи сподіваються з’ясувати, як шукати цих втрачених гігантів, щоб переконатися у правильності їхнього моделювання.

Читайте також: У зоряному скупченні за межами нашої галактики виявлено чорну діру

Виявлено найближчу пару чорних дір

У грудні телескопи зафіксували свідчення існування найближчої до нашої планети пари чорних дір, що обертаються одна навколо одної на відстані близько 89 млн світлових років від Землі у сузір’ї Aquarius. Попередня рекордна пара чорних дір знаходиться вп’ятеро далі, ніж ця, що означає, що вчені мають можливість вивчити такі системи детальніше, ніж раніше. Обидва члени дуету є важкоатлетами – велика має масу майже 154 млн Сонць, а менша в 6,3 млн разів масивніша за нашу зірку.

Вони обертаються одна навколо одної на відстані всього 1600 світлових років – нікчемна величина за космічними мірками і ще один рекорд, що вказує на те, що через 250 млн років вони зіллються в одну гігантську чорну діру.

Читати далі: Дуже Великий Телескоп виявив найближчу пару надмасивних чорних дір

Чорна діра, надто велика для своєї галактики

Крихітна галактика, що обертається навколо нашої власної на відстані близько 820 тис світлових років, схоже, містить щось дивне. У карликовій галактиці Leo I, яка в 50 разів менша за Чумацький Шлях, знаходиться величезна чорна діра, що має майже таку ж масу, як і чорна діра в центрі Чумацького Шляху. Астрономи дивуються, як така велика чорна діра опинилася в такій маленькій галактиці.

«Немає жодного пояснення існуванню такого типу чорних дір у карликових сфероїдальних галактиках», – сказала у своїй заяві Марія Хосе Бустаманте, аспірант з астрономії Техаського університету в Остіні. Щоб зрозуміти, що саме це означає для еволюції чорних дір та галактик, доведеться почекати найближчі роки.

Читайте також:

• Чорні діри утворилися одразу після Великого вибуху?
• Дуже Великий Телескоп виявив найближчу пару надмасивних чорних дір