Содержание
чёрные дыры, последние открытия, характеристики
Телескоп «Хаббл»
10 июня на официальном сайте миссии «Хаббл» опубликовали информацию об открытии, сделанном с помощью одноимённого телескопа. В течение 11 лет, из которых шесть ушло на наблюдения и ещё пять — на анализ данных, астрофизики из двух университетов пытались «поймать за хвост» аномальную чёрную дыру. Когда им это удалось, выяснилось, что они имеют дело с блуждающей чёрной дырой, к которой много вопросов.
Прежде чем переходить к основной части, стоит сказать пару слов о телескопе «Хаббл», без которого бы не было этого открытия, как и многих других.
«Хаббл», входящий в список самых больших обсерваторий американского космического ведомства, — совместный проект НАСА и ЕКА (Европейского космического агентства). Уникальность его состоит в том, что он расположен не на Земле, а на низкой околоземной орбите — на высоте 545 км. Это позволяет учёным избегать погрешностей, связанных с искажениями за счёт земной атмосферы, и получать данные, в 10 раз более точные, чем дают наземные телескопы такой же мощности.
«Хаббл» стоит в одном ряду с исследовательскими зондами «Вояджер» за счёт колоссальной переработки: изначально считалось, что он проработает несколько лет, но вот уже 32 года и два месяца телескоп исправно поставляет на Землю уникальные данные («Вояджеры» отработали вместо заявленных пяти 55 лет и пока не сдаются).
Космический боулинг: сколько чёрных дыр в Млечном Пути?
Чёрная дыра, блуждающая по нашей галактике Млечный Путь. Фото © hubblesite.org
О чёрных дырах известно крайне мало, несмотря на то что о них говорят с 1784 года, а усиленно изучают с 1916 года. Первый снимок чёрной дыры был получен только в 2019 году, второй — в мае этого года. Только в нашей Галактике от 10 млн до миллиарда чёрных дыр, при этом достоверных случаев обнаружения известно порядка 20.
Чёрные дыры сложно идентифицировать, ведь это объекты из разряда «воинствующая пустота и темнота» — кванты света из-за чудовищной гравитации не могут покинуть пределы чёрной дыры.
Это к вопросу, что «чернее ночи». Гипотетически, если человек попадёт в чёрную дыру, он либо мгновенно превратится в спагетти, либо «с точки зрения внешнего мира исчезнет навсегда» (цитата из Хокинга. — Прим. Лайфа), будто бы его никогда и не существовало. Если отбросить в сторону страшилки, чёрная дыра — это область искривления пространства-времени. В 1916 году в журнале Annalen der Physik вышла статья Альберта Эйнштейна с изложением общей теории относительности.
Там упоминались и чёрные дыры. Именно Эйнштейн вывел, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, а искривлением пространства-времени. Грубо говоря, звёздное пространство — батут, чёрная дыра — шар для боулинга, фоновая звезда — маленький шарик, катящийся в провал, образовавшийся от тяжёлого шара для боулинга. То есть чёрная дыра влияет на движение звезды и света, исходящего от неё, не потому, что она такая массивная (а она массивная — во много раз тяжелее Солнца), а потому, что искривляет пространство и время.
Китайский «Мандалорец»: Самый большой радиотелескоп FAST поймал те же сигналы, что и «Вояджер», и встревожил учёных неожиданными данными
Кротовые норы в космосе: может ли человек путешествовать во времени?
Благодаря Эйнштейну мы знаем, что во Вселенной главенствуют не законы механики, а законы искривления пространства-времени. Гравитация сильнее всего там, где пространство-время максимально искривлено, и исчезает там, где пространство-время плоское.
Фото © Shutterstock
В 1935 году Эйнштейн совместно с Натаном Розаном допустили существование временных мостов (естественных «машин времени»), или кротовых нор. Если в чёрной дыре есть вход, но нет выхода, то в кротовой норе есть и вход, и выход, и теоретически так можно перемещаться из одной Вселенной в другую. Но пока это возможно только в рамках квантовой теории.
Путешествовать в прошлое и предотвращать катастрофы могут супергерои из вселенной «Марвел», обычные люди пока это делать не научились.
А квантовая теория, или «наука о малом» (распадающийся атом урана, фотоны, вот это вот всё), пока не дружит с общей теорией относительности, или «наукой о большом» (вращение планет, сталкивающиеся галактики, расширяющаяся Вселенная). Это две разные реальности, о совмещении которых остаётся только мечтать. Ведь это было бы крайне удобно, это бы сразу сделало человека хозяином всех миров — полёты на Марс стали бы задачей для пятиклассника, а серьёзные астронавты путешествовали бы до альфы Центавры и обратно, а потом отправлялись бы бороздить мультивселенную.
И сейчас стоит сказать о том, почему открытие новой чёрной дыры одновременно рушит подобные надежды, пугает и озадачивает учёных.
Теория относительности верна: почему Эйнштейн показывает язык?
Фото © Shutterstock
Наличие чёрных дыр доказывает актуальность Общей теории относительности. С каждым годом её значение растёт, а противники ОТО оказываются посрамлены. В 2019 году был получен первый снимок чёрной дыры в центре галактики M87 на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли, в мае 2022 года астрофизики представили миру снимок сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A из самого центра уже нашей Галактики.
Долгие годы существование чёрных дыр подтверждалось лишь косвенно (путём наблюдения за аккреационным диском, то есть зоной вокруг чёрной дыры, куда стягивается весь космический мусор), соответственно, с одной стороны, лазеек у критиков Эйнштейна было больше, с другой — была надежда на появление т.н. новой физики, в которой между квантовой теорией и «наукой о большом», изучающей галактики и расширение Вселенной, не будет противоречий. А это гипотетически открыло бы и путешествия во времени, и полёты в другие галактики.
Но учёные работают именно с тем материалом, который у них имеется в наличии. Около 50 лет они догадывались о существовании блуждающей чёрной дыры, удалённой на пять тысяч световых лет от Земли, локализированной в спиральном рукаве Стрельца-Киля Млечного Пути. В 2011 году астрофизики обратили внимание на то, что свет фоновой звезды (относительно неё и определили наличие чёрной дыры), усиливался в течение 270 дней. Шесть лет ушло на наблюдение – измерение угла отклонения света с помощью метода микролинзирования.
И ещё пять лет — на расшифровку данных. Оказалось, что это действительно чёрная дыра.
По мнению некоторых учёных, это в 1000 раз снизило вероятность неправоты Эйнштейна. Его теория работает, чёрная дыра искажает пространство-время, и это же является прямым доказательством того, что она действительно есть.
Эта чёрная дыра несётся со страшной скоростью — 160 тысяч км/час, что в три раза быстрее «Вояджера», и этого достаточно, чтобы, к примеру, долететь от Земли до Луны за три часа. Для сравнения: «Сапсан» преодолевает расстояние от Москвы до Петербурга за три часа 50 минут, самолёт долетает от Москвы до Австрии за два часа 50 минут.
Переполох в стиле «Вояджера»: Телескоп ALMA взбудоражил учёных неожиданными данными
Приблизится ли чёрная дыра к Земле?
Фото © hubblesite.org
Как сообщают учёные, чёрная дыра движется нетипично — не в общем потоке кружащихся вокруг центра Галактики звёзд. Поэтому её прозвали блуждающей чёрной дырой, дырой-бродягой.
Она движется быстрее соседних объектов, разница в скорости составляет 45 км/сек. Импульс движения таких объектов обусловлен неким толчком извне.
«Блуждающие по нашей Галактике чёрные дыры рождаются в результате редких чудовищных взрывов массивных звёзд, составляющих менее одной тысячной всего звёздного населения Млечного Пути, они по меньшей мере в 20 раз массивнее нашего Солнца», — отмечают в НАСА.
Эту чёрную дыру нельзя сфотографировать, в отличие от тех, что были запечатлены в 2019 и 2022 годах, потому что у неё нет аккреационного диска, а значит, и свечения там нет. Только гравитация, только искривление пространства-времени. Майкл Треммель из Центра астрономии и астрофизики в Йеле допускает, что космических бродяг в нашей Галактике может быть больше и вероятность того, что одна из таких чёрных дыр однажды пройдёт рядом с Солнечной системой, существует. В отличие от человечества, чёрные дыры уже могут путешествовать по Галактике.
Сейчас НАСА возлагает надежду на новый телескоп Nancy Grace Roman Space Telescope, который позволит открыть методом микролинзирования тысячи чёрных дыр в Млечном Пути, и тогда уже можно будет говорить обо всём с большей уверенностью.
Несмотря на все противоречия между ОТО и квантовой механикой, разногласия между учёными, можно сказать с уверенностью, что космическая наука сегодня развивается ежедневно со скоростью, которая не снилась учёным прошлого века.
Чёрная дыра в центре Галактики: Новые снимки с телескопа горизонта событий не на шутку встревожили учёных
Фото © Shutterstock
Научится ли человечество пользоваться «кротовыми норами»?
Научится, и очень скоро
Пусть хотя бы жизнь на других планетах освоят
Пусть хотя бы «Морской старт» достроят и запустят
Евгений Жуков
- Статьи
- Вселенная
- Наука и Технологии
Комментариев: 3
Для комментирования авторизуйтесь!
Создает собственные звезды. Телескоп Хаббл обнаружил очень необычную черную дыру
Астрономы обнаружили черную дыру в карликовой галактике, которая вопреки ожиданиям способствует появлению новых звезд, а не уничтожает их.
Related video
Ученые с помощью космического телескопа Хаббл обнаружили в карликовой галактике Henize 2-10, которая находится в созвездии Компас на расстоянии 30 млн световых лет от нас необычное явление. Черная дыра в этой галактике способствует звездообразованию, а не подавляет этот процесс, сообщает SciTechDaily.
Фотографии Хаббла показали поток газа, исходящий от черной дыры, который идет к области образования новых звезд, который способствует звездообразованию и в без того плотном газовом облаке. Черная дыра, которая находится в центре карликовой галактики Henize 2-10, вопреки существующим представлениям о природе черных дыр, создает звезды, а не поглощает их.
На изображении центральной области карликовой галактики Henize 2-10 прослеживается поток горячего газа длиной 230 световых лет, соединяющий черную дыру галактики и область звездообразования
Фото: SciTechDaily
«Я знала, что в галактике Henize 2-10 происходит что-то необычное и теперь Хаббл предоставил четкую картину связи между черной дырой и соседней областью звездообразования, расположенной в 230 световых годах от черной дыры», — говорит Эми Рейнс из Университета штата Монтана, США.
Эта связь проявляется в потоке газа, который идет от черной дыры со скоростью около 1,5 млн км в час. Он врезается в плотное газовое облако и способствует более бурному звездообразованию в этой области галактики.
Карликовая галактика Henize 2-10. Яркая область в центре, окруженная розовыми облаками и темными полосами пыли, указывает на расположение черной дыры и областей звездообразования
Фото: SciTechDaily
В более крупных галактиках такие струи газа наоборот мешают образованию новых звезд, говорят ученые. Но в карликовой галактике Henize 2-10 менее массивная черная дыра и ее газовые струи могут наоборот вызывать образование новых звезд.
По словам Райнс в будущем нужно сосредоточить особое внимание астрономов на исследовании черных дыр в карликовых галактиках.
Они могут стать ключом к разгадке тайны появления сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной.
Снимки Хаббла карликовой галактики Henize 2-10 показывают поток газа, простирающийся от черной дыры к области рождения ярких звезд, который заставляет и без того плотное облако формировать звездные скопления
Такие галактики, как Henize 2-10 не увеличивались в размерах в течение миллиардов лет и не сливались с более крупными галактиками, как Млечный Путь. Ученые считают, что черные дыры в карликовых галактиках могут быть аналогами черных дыр в ранней Вселенной, когда они только начинали формироваться и расти.
Напоминаем, что ученые смогли сосчитать количество черных дыр звездной массы, которые находятся в наблюдаемой Вселенной. Получилось просто невероятное число – 40 квинтиллионов.
Фокус также писал о том, что в соседней с нашей галактикой извергается черная дыра. Потоки плазмы разлетелись в пространстве на 1 млн световых лет.
Космический телескоп Хаббл, возможно, заметил движущуюся черную дыру | Умные новости
Цифровая иллюстрация черной дыры в космосе
Аарон Горовиц через Getty Images
Космический телескоп НАСА «Хаббл» впервые определил, что может быть изолированной черной дырой, блуждающей по галактике Млечный Путь, мчащейся вокруг, как будто в нее стреляют из пушки. По оценкам астрономов, он находится на расстоянии около 5000 световых лет и движется со скоростью от 67 000 до 100 000 миль в час, пишет Эшли Стрикленд из CNN.
«Наше открытие черной дыры согласуется с теоретическими расчетами, которые предполагают, что в нашей Галактике должно быть около 100 миллионов черных дыр», — сказал Newsweek Кайлаш Саху, астроном из Научного института космического телескопа. Браун. «Тогда, если предположить, что черные дыры следуют такому же распределению, что и звезды, можно статистически ожидать, что ближайшая черная дыра может находиться на расстоянии около 80 световых лет».
Но загадочный объект может вовсе не быть черной дырой. Две команды — одна из Калифорнийского университета в Беркли и другая из Научного института космического телескопа в Балтиморе — проанализировали данные Хаббла и обе обнаружили компактный объект. Но команда из Балтимора оценила массу объекта в семь солнечных масс (одна солнечная масса — это вес нашего Солнца), что означает, что это черная дыра, согласно заявлению НАСА. Результаты команды из Беркли, между 1,6 и 4,4 массами Солнца, были более неоднозначными, возможно, указывая на открытие нейтронной звезды.
«Как бы мы ни хотели сказать, что это определенно черная дыра, мы должны сообщить обо всех возможных решениях», — говорится в заявлении Джессики Лу из команды Беркли. «Это включает в себя как черные дыры с меньшей массой, так и, возможно, даже нейтронную звезду».
Блуждающие черные дыры образуются, когда взрываются огромные звезды, по крайней мере в 20 раз больше Солнца.
Гравитация сминает ядро звезды, и она схлопывается сама по себе, образуя настолько сильное гравитационное поле, что даже свет не может вырваться. Но в случае блуждающей звезды имплозия несимметрична, поэтому черная дыра проносится через галактику «как взорванное пушечное ядро», согласно НАСА. И черные дыры, и нейтронные звезды образуются в результате взрыва и коллапса ядра звезд, только звезд разного размера: черные дыры из более массивных, нейтронные звезды из меньших.
Черные дыры невидимы, поэтому открытие редкое, пишет Елена Кадвани для San Francisco Chronicle . Команды использовали явление, называемое гравитационным микролинзированием, для оценки массы объекта. Когда объект проходит через пространство перед звездой, гравитация заставляет свет искривляться. В зависимости от того, как меняется свет, ученые могут оценить размер объекта. Первое изображение черной дыры было получено только в 2019 году с использованием другого метода, называемого интерферометрией, для которого требуются снимки с нескольких телескопов, расположенных по всей планете.
Независимо от того, является ли находка черной дырой или звездой, согласно заявлению Беркли, она все равно примечательна.
«Это первая свободно плавающая черная дыра или нейтронная звезда, обнаруженная с помощью гравитационного микролинзирования», — говорится в заявлении Лу. «С помощью микролинзирования мы можем исследовать эти одинокие компактные объекты и взвешивать их. Я думаю, что мы открыли новое окно в эти темные объекты, которые нельзя увидеть по-другому».
Рекомендуемые видео
Хаббл подтверждает существование массивной черной дыры в сердце активной галактики
Астрономы, использующие космический телескоп НАСА «Хаббл», нашли убедительные доказательства существования массивной черной дыры в центре гигантской эллиптической галактики M87, расположенной в 50 миллионах световых лет от нас в созвездии Девы. Более ранние наблюдения предполагали присутствие черной дыры, но не были решающими.
Это наблюдение очень убедительно подтверждает существование гравитационно-коллапсирующих объектов, которые были предсказаны 80 лет назад общей теорией относительности Альберта Эйнштейна.
«Если это не черная дыра, то я не знаю, что это такое», — говорит доктор Холланд Форд из Научного института космического телескопа и Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд.
«Массивная черная дыра на самом деле является консервативным объяснением того, что мы видим в M87. Если это не черная дыра, то это должно быть что-то еще более сложное для понимания с помощью наших нынешних астрофизических теорий», — добавляет коллега-исследователь доктор Ричард Хармс из Корпорация прикладных исследований в Лэндовере, штат Мэриленд.
Открытие основано на измерениях скорости водоворота горячего газа, вращающегося вокруг черной дыры в форме диска. Наличие диска, обнаруженное на недавних изображениях Хаббла, позволяет беспрецедентно точно измерить массу объекта в центре диска.
Черная дыра — это объект настолько массивный, но компактный, что ничто не может избежать его гравитационного притяжения, даже свет. Объект в центре M87 подходит под это описание.
Она весит столько же, сколько три миллиарда солнц, но сконцентрирована в пространстве, не большем, чем наша Солнечная система.
Теперь, когда астрономы увидели сигнатуру огромного гравитационного поля в центре M87, стало ясно, что в этой области содержится лишь малая часть того количества звезд, которое необходимо для создания такого мощного притяжения. Там должно быть что-то еще, чего нельзя увидеть.
Форд и Хармс были поражены изображениями M87, сделанными с помощью телескопа Wide Field Planetary Camera-2 (в режиме ПК) 27 февраля. Они не ожидали увидеть такие явные свидетельства наличия газового диска в центре M87.
«Просто совершенно неожиданно увидеть спиралевидную структуру в центре эллиптической галактики, — говорит Форд.
Форд и Хармс использовали спектрограф слабых объектов HST для измерения скорости движения газа по обеим сторонам диска в областях, расположенных примерно в 60 световых годах от черной дыры в центре.
Они подсчитали, что диск горячего (около 10 000 Кельвинов) ионизированного газа вращается с огромной скоростью вокруг чрезвычайно массивного, но необычайно компактного центрального объекта — черной дыры.
«После того, как вы получите это измерение, все, что вам нужно, — это простая ньютоновская физика, чтобы вычислить массу центрального объекта, который заставляет диск вращаться», — говорит Хармс.
Измерение было проведено путем изучения того, как свет от диска смещается в синее и красное цвета, когда одна сторона диска вращается к нам, а другая — от нас. Газ на одной стороне диска удаляется от Земли со скоростью около 1,2 миллиона миль в час (550 километров в секунду). Газ на другой стороне диска вращается с той же скоростью, но в противоположном направлении по мере приближения к зрителям на Земле.
«Теперь все сходится воедино», сказал Форд. «Мы видим дискообразную структуру, которая, кажется, имеет спиралевидную структуру, и она вращается. Одна сторона приближается, а другая удаляется».
Облако газа состоит в основном из водорода. Атомы водорода были ионизированы или лишены своего единственного электрона, возможно, из-за излучения, возникающего вблизи черной дыры.
В течение следующих нескольких месяцев они попытаются заглянуть еще ближе к центру, где диск должен вращаться с еще большей скоростью, что улучшит измерение массы черной дыры.
M87: близлежащая активная галактика
На основании наблюдений еще в 1917 году астрономы подозревали, что в центре M87 происходит необычная активность. Они обнаружили длинный палец энергии, исходящий из ядра. Исследования с использованием радиотелескопов в 1950-х годах обнаружили большие выбросы энергии из галактики. Это дало понять, что яркая оптическая струя и радиоисточник были результатом энергии, выделяемой чем-то в центре галактики.
На изображениях с высоким разрешением джет выглядит как цепочка узлов (некоторые из них размером всего десять световых лет в поперечнике) внутри расширяющегося конуса, исходящего из ядра M87. Массивная черная дыра была предполагаемым «двигателем» для генерации огромной энергии, питающей струю. Гравитационная энергия высвобождается газом, падающим в черную дыру, создавая луч или струю электронов, летящих наружу по спирали почти со скоростью света.
Охота за черными дырами
Наблюдение Хаббла подтверждает более чем двухсотлетнюю теорию и предположения о реальности черных дыр. Термин «черная дыра» был введен в 1967 году американским физиком Джоном Уилером. Однако французский ученый Симона Пьер Лаплас впервые предположил, что могут существовать «темные звезды», обладающие такой сильной гравитацией, что сам свет не может ускользнуть. Эта гипотеза была помещена в теоретическую основу общей теории относительности Эйнштейна, опубликованной в 1915, в котором постулируется, что очень массивные объекты на самом деле искажают пространство и время. Теория получила поддержку в 1916 году, когда немецкий физик Карл Шварцшильд описал математическую основу черных дыр.
Однако на протяжении десятилетий черные дыры считались не реальными астрономическими объектами, а всего лишь математическими диковинками. С открытием активных галактик и квазаров черные дыры стали излюбленным «двигателем» для объяснения широкого спектра мощных и энергичных событий, наблюдаемых во Вселенной.