Итоги года: в соседях у черной дыры

Телеканал «Наука» совместно с «ММ» продолжает подводить научные итоги 2020 года. 5-6 мая астрономам удалось найти самую близкую к Земле чёрную дыру. Она находится в 7,8 тысячах световых лет от нашей планеты. На популярные вопросы о чёрных дырах отвечает научный редактор телеканала Иван Семёнов.

1788 0 0

отправить по e-mail

Что такое чёрная дыра?

Черная дыра — это область пространства в космосе с такой сильной гравитацией, что ее не может покинуть даже свет. Черные дыры настолько загадочны и экзотичны, что до сих пор — совсем строго говоря — считаются объектами гипотетическими. Но теоретически они являются прямым следствием уравнений общей теории относительности. Когда некоторая масса под действием собственной гравитации коллапсирует в то, что ученые с осторожностью называют «сингулярностью», получившийся объект разрывает саму ткань пространства-времени, и они в некотором смысле «меняются местами». Граница черной дыры не является какой-то материальной поверхностью, это просто геометрическое место во Вселенной. Оно называется «горизонтом событий» потому, что ничто и никогда не вернется в неизменном виде в наш мир из-под этого горизонта.

Как мы можем узнать о черных дырах, если они на самом деле не видны?

Ну во-первых, общая теория относительности до сих пор экспериментально подтверждалась во всех своих предсказаниях. Даже спутники глобального позиционирования в своей работе учитывают поправку на эффекты ОТО. Так что к предсказаниям Эйнштейна, и к черным дырам в их числе, у ученых традиционно имеется определенное доверие... Кроме того, 10 апреля 2019 года международная коллаборация «Телескоп горизонта событий» (прим.ред. – о телескопе горизонта событий можно прочесть здесь) продемонстрировала миру вполне правдоподобное изображение явлений, окружающих черную дыру в центре галактики M 87 с массой примерно в 6 млрд раз большей массы Солнца. На этом изображении все соответствует теоретическим предсказаниям: темный центр изображения - это на самом деле тень черной дыры, а оранжевое и желтое кольцо — это вращающаяся вокруг горизонта событий масса перегретой пыли и газа. Это кольцо называется аккреционным диском, оно излучает в самых разных частотах, в зависимости от того, насколько раскалилось вещество перед своим падением за горизонт событий. Но «Телескоп горизонта событий» осуществлял свои наблюдения методом интерферометрии со сверхдлинной базой в миллиметровом диапазоне.

Первая презентация изображения черной дыры в галактике M87

Сколько времени нужно, чтобы возникла черная дыра?

Черная дыра массой в несколько десятков раз больше массы Солнца, вероятно, может образоваться почти сразу после взрыва массивной сверхновой звезды. Подобные относительно небольшие черные дыры также могут образовываться в результате слияния двух плотных звездных остатков, называемых нейтронными звездами. Нейтронная звезда также может слиться с черной дырой, тогда получается черная дыра побольше, а еще две черные дыры могут соединиться в одну. Подобные слияния и вызывают рябь пространства-времени, называемую гравитационными волнами. 5 лет назад человечество научилось фиксировать такие волны с помощью особых гравитационных обсерваторий.
Более загадочными являются гигантские черные дыры, которые, как считается, располагаются в центрах галактик — сверхмассивные черные дыры могут иметь массу в миллионы или миллиарды раз больше, чем Солнце. И для того, чтобы набрать такой «солидный вес» может не хватить и миллиарда лет...

Как ученые рассчитывают массу сверхмассивной черной дыры?

Исследуется движения звезд в центрах галактик. Они не могли бы вращаться с такими скоростями и с таким траекториям, если бы в середине этого коловращения не было какого-то сверхмассивного тела. И вот по этим скоростям и траекториям как раз и предсказывается масса центрального темного тела.

Может ли черная дыра «съесть» целую галактику?

Пока земная астрономия не наблюдала ничего подобного. Но надо понимать, что мы видим всего лишь примерно на 40 миллиардов световых лет во все стороны. И объекты на границе наших возможностей наблюдения мы видим такими, какими они были всего лишь через сотни миллионов лет после Большого взрыва. Кто знает, может, потом там где-то очень далеко какая-нибудь первичная черная дыра и сожрала какую-нибудь собравшуюся вокруг нее протогалактику... Но поблизости от нас нет такой сверхмассивной черной дыры и такой компактной галактики, чтоб ей угрожало полное поглощение центральной черной дырой.

Что произойдет, если вы упадете в черную дыру?

То, что мы знаем о внутреннем пространстве черных дыр, исходит из общей теории относительности Эйнштейна. А в самой середине, где, возможно, находится загадочный объект, который называют «сингулярностью», вообще должны перестать работать все известные нам законы. И что будет, если вы достигнете этой точки, предсказать не может никто. Но в неизменном виде достичь ее не получится. Любой макрообъект еще во время приближения к горизонту событий черной дыры будет, как говорят ученые, «спагеттифицирован», то есть растянут либо разорван огромным градиентом силы тяжести черной дыры.
Если же вы являетесь чем-то, что сохраняет внутреннюю структуру очень мощными силами — предположим, вы — протон! — то вы ничего не заметите кроме своего вращения до падения за горизонт событий и увеличения скорости почти до световой после падения за горизонт событий. Ну а в сингулярности — пока никто не может надежно предсказать, что с вами произойдет — нет у человечества такой математики.

Оказывали ли черные дыры какое-либо влияние на нашу планету?

Черные дыры звездной массы могут получаться после взрыва массивной сверхновой звезды. Именно во взрывах сверхновых появились ядра всех элементов тяжелее железа - золото, например. Так что как минимум на пальцах, шеях и в ушах многие земляне носят такое вещество, которое могло получиться во время образования какой-то черной дыры!

Наш журнал ММ Поддержать ММ

Коротко

Яна Титоренко

Машины и Механизмы