Черная дыра из чего состоит: состав, структура, снимки Messier 87 |

Содержание

состоят ли чёрные дыры из тёмной материи? / Хабр

Тёмной материи во Вселенной в пять раз больше, чем обычной. Но как это влияет на чёрные дыры?

Одного дня достаточно, чтобы мы выросли, или, наоборот, уменьшились.

— Пауль Клее

Хотите верьте, хотите – нет, но цитата подходит как к чёрным дырам, так и к людям. Иногда чёрная дыра может несказанно прирасти, а иногда – потерять больше массы-энергии, чем приобрела. На этой неделе статья посвящается вопросу Майкла Бута, который затрагивает не только этот аспект чёрных дыр, но и более тёмную их сторону:

Поскольку тёмная материя взаимодействует с барионной только через гравитацию, и поскольку тёмной материи существует в 5 раз больше, чем барионной, 5/6 чёрных дыр должны содержать тёмную материю. Сообщает ли нам эта информация что-либо полезное касательно чёрных дыр?

Отвечая на этот вопрос, нужно рассмотреть много аспектов, так что начнём мы с описания того, что такое чёрная дыра, и с того, что наша планета ею не является.

Если взять такую планету, как Земля, у неё есть огромное количество гравитационной энергии, удерживающее нас на поверхности. Чтобы убежать от гравитационного поля планеты, нам необходимо достичь огромных скоростей порядка 11 200 м/с. Гравитационное поле в фотосфере Солнца гораздо сильнее, там нужно двигаться со скоростью порядка 618 000 м/с, чтобы вырваться из его гравитационного поля. Это большие скорости, но достижимые.

Но если мы разместим достаточно массы в достаточно малом объёме пространства, скорость убегания может превысить 299 792 458 м/с, что равно скорости света в вакууме. А поскольку ничто не может перемещаться быстрее, ничто не сможет вырваться из такого гравитационного поля, даже свет. И мы получим чёрную дыру.

Снаружи нельзя сказать, создана ли изначально чёрная дыра из протонов и электронов, нейтронов, тёмной материи или даже антиматерии. Существует, насколько мы можем судить, всего три характеристики чёрной дыры, которые мы можем определить, наблюдая за ней: масса, электрический заряд и угловой момент, описывающий скорость её вращения. Поэтому, если нам нужно узнать, состоит ли изначально чёрная дыра из обычной, барионной, материи, или она состоит из тёмной материи, нам нужно посмотреть на:

Астрофиизку того, как формируются чёрные дыры;

Научную картину того, как они, единожды образовавшись, приобретают и теряют массу

Начнём с их происхождения.

Когда вы смотрите на молодой звёздный кластер в небе, вы, скорее всего, увидите набор из очень заметных голубых звёзд. Посмотрев поближе, вы бы обнаружили, что хотя эти звёзды самые горячие и яркие, они не являются представителями большинства. На каждого голубого гиганта приходятся сотни обычных звёзд, типа Солнца, или тусклее. Вообще, всего лишь 5% звёзд, которые когда-либо сформировались во Вселенной, больше и ярче нашей звезды!

Но именно самые большие, горячие и яркие звёзды имеют отношение к чёрным дырам, хотя они и самые редкие. Причина их яркости в том, что они сжигают своё ядерное топливо очень быстро. Звезда типа Солнца может жить 12 миллиардов лет до тех пор, пока не истратит всё горючее в ядре, но звезда в 10 раз массивнее проживёт лишь 0,1% от этого срока. Учтите, что самые массивные из известных нам звёзд в сотни раз массивнее Солнца, и представьте, насколько меньше эти гиганты живут.

Конечно, они могут сжечь и синтезированные ими элементы, они могут превратить гелий в углерод, затем углерод в кислород, неон и магний, затем кислород в кремний, а затем кремний в железо – и каждый раз ядро звезды будет сжиматься и разогреваться.

Именно эти процессы сгорания сдерживают звезду и не дают ей коллапсировать из-за гравитации, но железо – это последняя соломинка. После этого последнего шага уже не получить энергию из превращения железа во что-то более тяжёлое, поэтому ядро звезды коллапсирует. Ни атомы, ни ядра не могут сдержать гравитационные силы, и пока внешняя оболочка звезды красиво взрывается и превращается в сверхновую, внутренняя часть коллапсирует в чёрную дыру.

Поэтому сначала, когда они появляются, чёрные дыры на 100% состоят из нормальной, барионной материи, и на 0% из тёмной материи. Тёмная материя взаимодействует только через гравитацию, в отличие от обычной, которая взаимодействует через гравитацию, слабые, электромагнитные и сильные взаимодействия. Всё это – сложный способ объяснить, что когда обычная материя взаимодействует с другой обычной, она может слипаться, комковаться, обмениваться импульсами и собирать ещё материю. Тёмная материя не комкуется ни с обычной материей, ни сама с собой. Поэтому, представляя галактики и кластеры, мы видим спиральные или эллиптические галактики, где обычная материя собрана в относительно небольшом объёме, но они включены в гало тёмной материи, которая простирается, возможно, на тысячи объёмов обычной.

Да, в крупных галактиках и кластерах тёмной материи, возможно, существует в пять раз больше, чем обычной. Но всё это считается только внутри всего огромного гало. В тех регионах космоса, о которых мы говорим, обычная материя преобладает над тёмной. Рассмотрим наш район около Солнца. Если мы нарисуем сферу радиусом в 100 а.е. (а.е. – расстояние от Земли до Солнца) вокруг Солнечной системы, мы включим в неё все планеты, луны, астероиды, почти весь пояс Койпера, но барионная масса (обычной материи) того, что будет внутри сферы, в основном будет принадлежать Солнцу, и составит порядка 2 * 10³⁰ кг. С другой стороны, масса тёмной материи в этой сфере составит 1 * 10¹⁹ кг – примерно 0,0000000005% от массы обычной.

Для сравнения, примерно столько массы сосредоточено в астероиде Джуно, который на картинке внизу идёт под номером «3», и нарисован на фоне Луны для сравнения.

Говорим ли мы об индивидуальных черных дырах, расположенных в тысячах световых лет от центров галактики, или сверхмассивных, получившихся из-за слияния множества чёрных дыр вблизи галактического ядра, все они начали своё существование с содержания примерно 100% обычной и 0% тёмной материи.

Но со временем они поглотили оба вида материи.

Несмотря на распространённое заблуждение, чёрные дыры не засасывают всё внутрь, они просто распространяют гравитационное притяжение. Тёмная материя, в иных условиях пролетевшая бы мимо, будучи затянутой гравитацией внутрь горизонта событий, будет съедена чёрной дырой, которая нарастит свою массу. Но обычная материя, оказавшаяся вблизи чёрной дыры, будет излучать волны, распадётся и потеряет импульс. Также она будет взаимодействовать с аккреционным диском, испытывать трение, терять импульс и увеличивать количество проглатываемой материи. Иначе говоря, даже когда обычная материя просто пролетает мимо, часть её съедается дырой – в случае с тёмной материей такого не происходит.

Если вам нужно вырастить чёрную дыру, проще всего будет посчитать пропорции съеденных ею обычной и тёмной материи, взяв пропорциональную плотность обычной и тёмной материи в этом регионе. Для нашего местоположения плотность обычной материи составляет 1,2 * 10²⁸ кг на кубический световой год, а плотность тёмной материи — 2,5 * 10²⁷ кг на кубический световой год, или 20% от обычной. Неплохо!

Нужно помнить, что мы находимся на периферии Млечного пути, а в центре галактики всё совсем не так.

Там содержится ещё больше тёмной материи, поскольку плотность гало тёмной материи должна увеличиваться по мере продвижения к центру галактики. Однако, увеличиваться она будет не так уж сильно. Тут очень много неопределённостей, но даже самое оптимичтичное увеличиние даст нам множитель в районе 10 000. С пессимистическим, или более изотермическим, множитель будет от 10 до 100. С другой стороны, плотность нормальной материи в галактическом центре в 50 миллионов раз больше, чем тут у нас. И хотя в нашем регионе вклад тёмной материи в чёрную дыру может достигать 16%, в галактическом центре это число может составлять не более, чем 0,004%.

Такая вот жестокая реальность:

чёрные дыры формируются почти полностью из обычной материи, неважно, где это происходит

те, что формируются в регионах с низкой плотностью материи – таких, как наш – будут иметь в составе приличную порцию тёмной материи, но в среднем, её вклад будет гораздо меньше, чем вклад обычной

те, что формируются в регионах с высокой плотностью материи – таких, как центр галактики – сильно вырастут в массе, но 99,996% этой массы будет получено от обычной материи

Так что грустная правда в том, что тёмная материя – слишком малый компонент, участвующий в формировании чёрной дыры, чтобы на что-то влиять, и поэтому ничего особенного о ней мы не узнаем.

Для тех, кто интересуется потерей чёрными дырами массы: это происходит благодаря излучению Хокинга. И хотя оно однозначно происходит, оно идёт так медленно, что на этих временных отрезках им можно пренебречь. Чёрной дыре массой с Солнце потребовалось бы 10⁶⁷ лет для испарения, то есть, она теряет массы меньше одного электрона в год. Крупнейшим сверхмассивным чёрным дырам Вселенной потребовалось бы 10¹⁰⁰ лет для испарения, при этом они потеряют массу, сравнимую с электроном, когда пройдёт столько же времени, сколько прошло с начала существования Вселенной. Поэтому тем, кто надеется увидеть потерю массы, придётся ждать момента, когда Вселенная опустеет из-за тёмной энергии, и чёрные дыры окажутся вышвырнутыми из нашей галактики из-за гравитационных взаимодействий до того, как скорость уменьшения чёрных дыр сравняется со скоростью их роста из-за поглощения материи.

И вот вам ответ на вопрос, сделаны ли чёрные дыры из тёмной материи. Они могут состоять из неё максимум на 0,004%, и это самая оптимистичная оценка для самых массивных из них. Спасибо за отличный вопрос, Майкл, и те из вас, кто хочет задать вопрос для следующей колонке, могут присылать их мне!

«Из чего состоит черная дыра? » — Яндекс Кью

О сообществе

Мир и объекты в нём

Вопросы для саморазвития во всех возможных направлениях.

Белые дыры: что это, чем отличаются от черных дыр

Все звезды, планеты и галактики, которые мы видим сегодня, составляют только 4% Вселенной. Остальные 96% мы пока не можем обнаружить. Возможно, к таким объектам относятся и загадочные белые дыры

Белая дыра — это гипотетический физический объект Вселенной, внутрь которого ничего не может попасть. Из белых дыр материя только выходит наружу — в отличие от реально существующих черных дыр, которые затягивают в себя всё, в том числе и свет. По мнению некоторых ученых, если во Вселенной существуют черные дыры, то должны быть и их антиподы — белые дыры, в которые ничто не может войти.

Большинство теорий о белых дырах объясняют их свойства через понятие черной дыры, потому что черные дыры действительно существуют и активно изучаются. Белые дыры обнаружены пока только в теории: это математическая концепция, у которой нет реального подтверждения.

Аргумент в пользу существования белых дыр — общая теория относительности Альберта Эйнштейна (ОТО). В ней есть уравнения, относящиеся к червоточинам или «кротовым норам» — туннелям в пространстве-времени. Общая теория относительности допускает существование таких туннелей. Немецкий ученый Карл Шварцшильд в 1916 году первым в мире применил ОТО для решения конкретной астрофизической задачи. Одно из следствий решения Шварцшильда — червоточина, названная его именем, которая состоит из черной дыры, белой дыры и двух отдельных вселенных, связанных через них. Его математические уравнения, предсказавшие существование черных дыр, также предсказывают и белые дыры.

Одна из причин, по которой белые дыры считаются нереальными, заключается в том, что они должны уменьшать энтропию — рассеивание энергии. Белая дыра теоретически испускает в пространство большое количество энергии, то есть уменьшает энтропию. Это противоречит второму закону термодинамики, согласно которому энтропия системы остается либо постоянной, либо растет. Получается, белые дыры не вписываются в текущую модель Вселенной.

История появления теории белых дыр

Советские астрофизики Игорь Новиков и Николай Кардашев развивали теорию о белых дырах в 1960–1970-х годах. Новиков говорит о белой дыре как о «веществе, задержавшемся в расширении Вселенной», которое быстро превращается в черную дыру.

Игорь Новиков, астрофизик, об открытии белых дыр в своей книге «Куда течет река времени»:

«Белые дыры я открыл в 1963 году чисто математическим путем, когда пытался понять, откуда может взяться гигантская энергия, выделяющаяся в квазарах — необычайно мощно излучающих ядрах некоторых галактик. Через год после опубликования этой работы эти гипотетические объекты были независимо переоткрыты Ювалем Неэманом — известным израильским физиком. Математическая теория этих образований была разработана в 1966 году мною, а затем развивалась в США Джоном Бардиным и в Индии Ю. Шахом и П. Вайдья».

Черные и белые дыры: в чем разница

Новиков писал о том, что, возможно, белые дыры возникают на том месте, откуда выходят вещества из черной дыры. Есть гипотеза, что наблюдатель, проскочив в горловину черной дыры, появится из другого отверстия этой горловины в «нашем» пространстве вдали от черной дыры, в которую он упал. Или «вынырнет» в пространство «другой» Вселенной. Белые дыры — это те самые другие отверстия горловины, из которых может «вынырнуть» наблюдатель. То есть в белую дыру нельзя упасть, из нее можно только вылететь. Если такой полет наблюдателя станет возможным, то он подтвердит наличие белых дыр во Вселенной.

Связь черной и белой дыр. Рисунок из книги И.Д. Новикова «Куда течет река времени», 1990 год

Другую теорию происхождения белых дыр предложил в 2014 году итальянский физик-теоретик Карло Ровелли (Carlo Rovelli) и его команда из Университета Экс-Марсель во Франции. Они предположили, что белые дыры могут возникнуть как результат смерти черных дыр. Математические вычисления, описывающие белые дыры, показывают, что они должны быть крайне нестабильны и могут испарять или даже разрушать черные дыры.

Карло Ровелли, физик-теоретик:

«Как умирает черная дыра? Мы не знаем. Как рождается белая дыра? Возможно, белая дыра — это смерть черной дыры».

Существуют ли белые дыры и где их искать?

Объекты Вселенной, которые могли бы считаться белыми дырами, на сегодня неизвестны. Ученые также не знают, как они могли бы образоваться, если бы существовали. Белые дыры никто никогда не регистрировал — в отличие от черных дыр, с которыми отождествляются некоторые астрономические объекты.

Израильские астрофизики Алон Реттер и Шломо Хеллер говорят, что единственная реально известная на сегодня белая дыра — это Большой взрыв, момент зарождения нашей Вселенной, во время которого произошло расширение пространства, продолжающееся до сих пор. Большой взрыв был мгновенным, а не непрерывным и длительным. Поэтому можно предположить, что белые дыры — это тоже не длительное явление и их можно наблюдать только в момент события.

Реттер и Хеллер зафиксировали в 2016 году вспышку гамма-лучей — наиболее яркого выброса излучения во Вселенной. Долгое время длинные гамма-всплески связывались с извержениями сверхновых звезд, но эта новая вспышка была аномальной — она не содержала выброса сверхновых. Астрофизики предполагают, что причиной вспышки стала белая дыра. В будущем, по их прогнозам, таких аномальных вспышек будет обнаружено больше, что позволит говорить о белой дыре как о реальном, а не гипотетическом объекте.

Как выглядит белая дыра?

Американский физик Дуглас Эрдли в 1974 году заявил, что белая дыра не может долго существовать, она неустойчива и быстро превращается в черную дыру. Для внешнего наблюдателя белая дыра неизбежно будет выглядеть как черная.

Похожего мнения придерживается и физик Карло Ровелли. Он рассуждает, как могла бы выглядеть белая дыра для стороннего наблюдателя — например, космического корабля. Скорее всего, она бы визуально была идентична черной дыре: вращающаяся сфера чудовищной массы со скоплениями колец пыли и газа вокруг горизонта событий — границы, отделяющей объект от остальной части Вселенной. Но если бы корабль продолжил наблюдение, по мнению Ровелли, он стал бы свидетелем невозможного для черной дыры явления — выброса материи из дыры наружу. Это было бы ключевым моментом понимания, что перед наблюдателем именно белая дыра, а не черная, которая все втягивает в себя.

Черная дыра, по мнению создателей фильма «Интерстеллар». Возможно, так же выглядит и белая дыра

(Фото: cerncourier.com)

Что нам известно сегодня о белых дырах

Кирилл Масленников, кандидат физико-математических наук, пулковский астроном:

«Уравнения общей теории относительности допускают решение с сингулярностью, обратной по отношению к сингулярности черной дыры. Такой гипотетический объект называют белой дырой. В противоположность черной она все выбрасывает и ничего не впускает. При этом нарушаются законы термодинамики, но никого это особо не волнует, так как совершенно непонятно, откуда такой объект может взяться. Белые дыры иногда появляются в разных экзотических теориях, но пока никакие наблюдаемые объекты в космосе на эту роль не годятся».

Черные дыры состоят из темной материи?

Иллюстрация активной черной дыры, которая аккрецирует вещество и разгоняет его часть … [+] наружу двумя перпендикулярными струями. Обычная материя, подвергающаяся подобному ускорению, прекрасно описывает, как работают квазары. Вещество, попадающее в черную дыру любого типа, будет отвечать за дополнительный рост как массы, так и размера горизонта событий для черной дыры, будь то нормальная материя или темная материя.

МАРК А. ГАРЛИК

Когда дело доходит до Вселенной, мало объектов более привлекательных, захватывающих или экстремальных, чем черные дыры. Уникальный результат непреодолимой силы гравитации, черные дыры — это области пространства, где так много массы упаковано в такой малый объем, что ничто — даже самые быстрые формы энергии из всех, такие как свет — не может выйти из них. Поскольку существует совершенно темная область космоса, где все, что пересекает ее, неизбежно всасывается, и ничто изнутри не может выйти наружу, мы никогда не сможем исследовать их внутреннюю структуру, чтобы увидеть, из чего они сделаны. Итак, могут ли они состоять из темной материи? Вот что хочет знать Радхана Домала, спрашивая от имени своего ребенка:

«Мой сын учится в 3-м классе и хочет узнать о темной материи и темной энергии. Его вопрос: «Состоят ли черные дыры из темной материи?» Я не знаю, как ему помочь».

Вы пришли в нужное место. Давайте не только выясним, но и разберем его таким образом, чтобы каждый мог понять и насладиться ответом.

В апреле 2017 года все 8 телескопов/массивов телескопов, связанных с горизонтом событий. .. [+] Телескоп указал на Мессье 87. Вот как сверхмассивная черная дыра выглядит снаружи, а горизонт событий хорошо видно.

Сотрудничество с Event Horizon Telescope и др.

Во-первых, давайте начнем с более простого вопроса: что означает, что что-то физически может быть «черным», и это то же самое, что быть «темным» в том смысле, в котором мы его используем?

Что-то черное буквально определяется отсутствием цвета любого типа: любой свет, который вы направляете на него, любой энергии, любой длины волны или любой интенсивности, всегда будет поглощаться и никогда не отражаться. Совершенно черный материал поглощает все, что с ним встречается, и просто нагревается в ответ.

Даже когда что-то черное, оно все равно излучает энергию или излучает. Если вы возьмете железный горшок и поставите его на плиту, он нагреется; вы не сможете его увидеть, но сможете почувствовать. При температуре выше определенной — около 525 °C (977 °F) — горячие предметы, даже если они полностью черные, начинают светиться красным и излучать свет.

ЕЩЕ ДЛЯ ВАС

Когда лава извергается из вулкана, она кажется красной не потому, что она состоит из красного … [+] вещества, а потому, что серо-черный материал, из которого она состоит, нагревается до такой температуры, что горячий, что он излучает в видимом свете. (Группа Avalon/Universal Images через Getty Images)

Universal Images Group через Getty Images

Черные предметы поглощают все формы света и энергии и излучают только свет/энергию в зависимости от их температуры. С другой стороны, темные предметы будут поглощать свет и энергию, но не будут излучать ничего, что можно было бы обнаружить. Вот что делает что-то по-настоящему темным: оно блокирует все формы света, но не испускает собственного.

Итак, если это на самом деле «черный» и «темный», что такое черная дыра и что такое темная материя? Действительно ли черные дыры черные, а темная материя действительно темная?

Начнем с черных дыр. Черные дыры — это области пространства с таким большим количеством материи и энергии в таком маленьком объеме, что это создает то, что известно как горизонт событий. Горизонт событий — это граница: все, что находится за его пределами, все еще может ускользнуть, если оно движется или ускоряется достаточно быстро, но все, что пересекает горизонт событий, будет втянуто в центральную сингулярность независимо от того, что оно делает или как быстро оно движется. Изнутри горизонта событий черной дыры даже свет, движущийся с самой высокой скоростью во Вселенной, не может вырваться.

Как внутри, так и вне горизонта событий черной дыры Шварцшильда пространство течет либо как … [+] движущаяся дорожка, либо как водопад, в зависимости от того, как вы хотите это визуализировать. На горизонте событий, даже если бы вы бежали (или плыли) со скоростью света, не было бы преодоления потока пространства-времени, затягивающего вас в сингулярность в центре. Однако за пределами горизонта событий другие силы (например, электромагнетизм) часто могут преодолевать гравитацию, заставляя улетучиваться даже падающую материю.

Эндрю Гамильтон / JILA / Университет Колорадо

Возникает интересная загадка: действительно ли черные дыры черные? Ответ положительный: черные дыры чрезвычайно черные, возможно, самые черные во всей Вселенной. Да, вне черных дыр может существовать материя, которая излучает свет, но он исходит не от самой черной дыры. Единственное, что мешает черным дырам быть абсолютно черными, — это законы квантовой физики, которые описывают, как ведет себя Вселенная на самых маленьких масштабах длины. Даже в самом пустом пространстве, где нет материи, действуют правила квантовой физики.

Близко к горизонту событий черной дыры пространство очень сильно искривлено; Вдали от горизонта событий черной дыры пространство искривляется все менее и менее сильно и кажется почти идеально плоским. Разница между квантовыми свойствами искривленного и неискривленного пространства вызывает испускание небольшого количества излучения — в виде низкоэнергетического света: излучение Хокинга. Это единственная форма света, которая исходит от черной дыры, и ее невозможно обнаружить. Насколько мы можем их наблюдать, черные дыры одновременно и полностью черные, и совершенно темные.

Если убрать материю за пределы черной дыры, единственная возможность у нее будет испускать . .. [+] свет любого типа — это излучение Хокинга: квантовые эффекты, возникающие из-за искривления пространства вблизи черной дыры горизонт событий дыры. Кроме того, черные дыры одновременно полностью черные и совершенно темные.

Коммуникация науки ЕС

Что насчет темной материи? Как это соотносится с «обычной» материей?

Здесь все становится запутанным, так что пристегнитесь. Когда мы думаем о «нормальной» материи, мы думаем о таких вещах, как материя в нашей Солнечной системе: растениях, животных, океанах, континентах, планетах, лунах и Солнце. Если бы мы смотрели только глазами — или с помощью телескопов, которые могли бы видеть тот же тип света, что и наши глаза, — почти все, что существует во Вселенной, было бы темным.

Единственными не темными объектами будут:

сами звезды,
светящиеся газовые облака,
взрывающихся или умирающих звезд,
остатки тех умирающих звезд (таких как белые карлики и нейтронные звезды),
неудавшихся звезд, которые все еще светились (как коричневые карлики),
и темные объекты, такие как планеты, которые находились достаточно близко к источникам света, чтобы они могли поглощать и отражать часть этого света.

Темная туманность Барнард 68, теперь известная как молекулярное облако, называемое глобулой Бока, имеет температуру … [+] менее 20 К. Она очень темная в видимом свете, но все же довольно теплая по сравнению с температуры космического микроволнового фона. Это темная материя, но не «темная материя».

ESO

Нормальная материя, которая не излучала свет, тогда была бы настоящей «темной» материей, поскольку именно она поглощает свет и не излучает его. Если у вас есть облако нейтрального газа в межзвездном или межгалактическом пространстве, это отличный пример темной материи: она поглощает видимый свет, проходящий через нее, но не излучает собственного видимого света. Но это просто обычная материя, которая не излучает свет; это не то, чем на самом деле является темная материя.

Вместо этого то, что мы называем «темной материей», представляет собой совершенно новый тип материи, который, к сожалению, имеет неточное название. Темная материя на самом деле не «темная», как мы ее понимаем, потому что она не поглощает свет и не препятствует прохождению света через нее. То, что мы должны были бы назвать, если бы хотели быть точными, — это «невидимая материя», потому что свет просто проходит сквозь нее, как будто ее вообще нет. Это выходит за рамки света: через него проходит обычная материя, и даже другие частицы темной материи тоже проходят через темную материю. Это действительно невидимо для каждого взаимодействия, о котором мы знаем.

Пример/иллюстрация гравитационного линзирования и искривления звездного света из-за массы. Прежде чем… [+] были сделаны какие-либо количественные предсказания, даже до того, как Эйнштейн разработал теорию, он знал, что свет должен искривляться массами. Прошло около 60 лет с того момента, как Эйнштейн впервые предложил свою теорию, до первого обнаружения гравитационной линзы.

NASA / STScI

Единственная причина, по которой мы вообще знаем об этой невидимой материи — которую я все равно назову «темной материей», — заключается в том, что она ведет себя так, как будто у нее есть масса, а все массы во Вселенной искривляются и искажаются. ткань космоса. Когда мы смотрим на свет от удаленных объектов, этот свет должен пройти через искривленное и искаженное пространство, а это означает, что удаленные объекты, которые мы видим, будут казаться нам искаженными.

Мы видим не далекие звезды и галактики в точности такими, какие они есть, а скорее звезды и галактики, какими они появляются после прохождения через аналог зеркала в доме смеха: где изображения искажаются из-за того, что происходит между ними, где свет покидает объект и достигает наших глаз (или телескопов). Возникают два типа искажений: сильное гравитационное линзирование и слабое гравитационное линзирование, и оба они раскрывают существование и необходимость темной материи.

Скопления и скопления галактик искривляют и искривляют пространство, которое линзирует свет от фоновых объектов… [+], проходящих через них. Здесь дуги, искаженные формы и другие особенности проявляются как сочетание слабых и сильных эффектов гравитационного линзирования.

ЕКА, НАСА, К. Шарон (Тель-Авивский университет) и Э. Офек (Калифорнийский технологический институт)

Итак, пришло время собрать воедино эти фрагменты информации и задать главный вопрос: как создать черную дыру? Ответ так же прост, как вы могли предположить; вы просто собираете достаточно массы (или материи любой формы) вместе в одной области пространства и позволяете гравитации разрушить ее. Как только вы преодолеете определенный критический порог, образование черной дыры станет не только возможным, но и фактически неизбежным.

Это легко сделать для обычной, нормальной материи, и мы действительно знаем несколько способов, которыми наша Вселенная действительно формирует черные дыры из обычной материи. Вот они:

большая массивная звезда наберет в своем ядре достаточную массу, чтобы в ней произошла коллапс ядра сверхновой, ведущей к черной дыре,
две нейтронные звезды могут столкнуться, создав горизонт событий и приведя к черной дыре,
и плотное скопление материи в виде газа или звезды может напрямую коллапсировать, что приведет к черной дыре.

Существуют и другие теоретически возможные механизмы, такие как аккреция на остаток звезды, которые могли бы создать черную дыру, но просто не наблюдались.

На этих двух изображениях Хаббла одних и тех же областей космоса массивная звезда (слева) внезапно … [+] исчезла (справа), что указывает на то, что она непосредственно коллапсировала, образовав черную дыру. Не было никаких свидетельств сверхновой или какого-либо инфракрасного излучения; прямой коллапс — единственный в настоящее время жизнеспособный, неэкзотический сценарий.

НАСА/ЕКА/К. Kochanek (OSU)

Но у темной материи есть большая проблема, если мы хотим, чтобы она образовывала черные дыры. Нормальная материя может образовывать эти плотные скопления объектов по одной причине: она может сталкиваться с другими частицами обычной материи, и эти столкновения могут рассеивать энергию. Вы сделаны из обычной материи, и вы можете проверить это, потирая руки взад-вперед или дав кому-нибудь «дай пять». Когда вы потираете руки, вы на самом деле чувствуете энергию, которая исходит от них, потому что ваши руки нагреваются. Когда вы даете пять кому-то другому, вы можете услышать высвобождаемую энергию (в виде звука) и почувствовать ее (в укусе в руке).

Это рассеянная энергия, и она возникает из-за реальных физических взаимодействий обычной материи, таких как столкновения, с другими формами обычной материи. Но темной материи нет. Насколько мы можем судить, она не сталкивается ни с нормальной материей, ни с темной материей, а значит, не может рассеять свою энергию и, следовательно, не может коллапсировать. Темная материя, как она есть во Вселенной, всегда рассеяна и никогда не бывает плотной, поэтому только обычная материя может создавать черные дыры, а не темная материя.

В то время как обычная материя, как и видимая часть нашей галактики, может взаимодействовать, сталкиваться и рассеивать … [+] энергию, темная материя (в синих сгустках) не может. Темная материя остается рассеянной и, как следствие, не может достичь высокой плотности, необходимой для создания черных дыр.

НАСА, ЕКА и Т. Браун и Дж. Тамлинсон (STScI)

Если у вас есть черная дыра, все, что попадает внутрь горизонта событий извне, включая темную материю, увеличивает ее массу. . Но чтобы изначально образовать черную дыру, вам нужна обычная материя. Только нормальная материя, которая способна взаимодействовать, терять энергию и сжиматься до очень маленького объема, может набрать достаточную массу в достаточно маленьком пространстве, чтобы привести к образованию черной дыры.

Хотя это весьма спекулятивно и вряд ли отражает реальность, ученые иногда выдвигают теории о том, что темная материя могла бы, в конце концов, привести к черной дыре.

Вселенная могла родиться с областями, очень богатыми темной материей, и они могли непосредственно коллапсировать в черные дыры. Однако эти богатые регионы должны быть в тысячи раз богаче, чем мы наблюдаем.
Или темная материя все-таки может взаимодействовать с собой, что позволяет ей рассеивать энергию, но существуют очень жесткие ограничения, и нам, вероятно, придется их нарушить, чтобы сделать это возможным.

Хотя ответ кажется «нет», это все равно интересный вопрос. В конце концов, иногда просто задавая правильные вопросы, мы можем получить ответы и идеи, которые иначе никогда бы не получили!

Отправляйте свои вопросы «Задайте Итану» на номер , начинающийся с abang, на gmail, точка com !

черная дыра | Определение, формирование, типы, изображения и факты

черная дыра в M87

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Андреа Гез
Рейнхард Гензель
Кип Торн
Стивен Хокинг
Субрахманьян Чандрасекар

Похожие темы:: аккреционный диск
горизонт событий
Черная дыра Керра
мини черная дыра
сверхмассивная черная дыра

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое черная дыра?

Черная дыра — это космическое тело с чрезвычайно сильной гравитацией, из которого не может вырваться даже свет. Черные дыры обычно нельзя наблюдать напрямую, но их можно «наблюдать» по влиянию их огромных гравитационных полей на близлежащее вещество.

Какова структура черной дыры?

Сингулярность представляет собой центр черной дыры, скрытый «поверхностью» объекта, горизонтом событий. Внутри горизонта событий скорость убегания превышает скорость света, так что даже лучи света не могут выйти в космос.

Как образуется черная дыра?

Черная дыра может образоваться в результате гибели массивной звезды. В конце жизни массивной звезды ядро становится нестабильным и разрушается само по себе, а внешние слои звезды сдуваются. Сокрушительный вес составляющего вещества, падающего со всех сторон, сжимает умирающую звезду до точки нулевого объема и бесконечной плотности, называемой сингулярностью.

Какие есть примеры черных дыр?

Один из примеров черной дыры можно найти в Лебеде X-1, двойной рентгеновской системе, состоящей из голубого сверхгиганта и невидимого компаньона, масса которого в 14,8 раза больше массы Солнца. Другим примером является Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра, существующая в центре Галактики Млечный Путь.

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

черная дыра , космическое тело с чрезвычайно сильной гравитацией, из которого ничего, даже свет, не может вырваться. Черная дыра может образоваться в результате гибели массивной звезды. Когда такая звезда исчерпает внутреннее термоядерное топливо в своем ядре в конце своей жизни, ядро становится нестабильным и гравитационно коллапсирует внутрь себя, а внешние слои звезды сдуваются. Сокрушительный вес составляющего вещества, падающего со всех сторон, сжимает умирающую звезду до точки нулевого объема и бесконечной плотности, называемой сингулярностью.

Узнайте подробности о черной дыре

Просмотреть все видео к этой статье

Подробная информация о структуре черной дыры рассчитана на основе общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Сингулярность представляет собой центр черной дыры и скрыта «поверхностью» объекта, горизонтом событий. Внутри горизонта событий скорость убегания (то есть скорость, необходимая для выхода вещества из гравитационного поля космического объекта) превышает скорость света, так что даже лучи света не могут выйти в космос. Радиус горизонта событий называется радиусом Шварцшильда в честь немецкого астронома Карла Шварцшильда, который в 1916 предсказал существование коллапсирующих звездных тел, не излучающих никакого излучения. Размер радиуса Шварцшильда пропорционален массе коллапсирующей звезды. Для черной дыры с массой в 10 раз большей, чем у Солнца, радиус будет равен 30 км (18,6 мили).

Викторина «Британника»

Викторина по астрономии и космосу

Что делает планету карликовой? Сколько миль в световом году? Что такое квазар? Отправляйтесь в другие миры, проверяя свои знания о космосе, небесных телах и солнечной системе.

Только самые массивные звезды, имеющие массу более трех солнечных, в конце своей жизни становятся черными дырами. Звезды с меньшим количеством массы эволюционируют в менее сжатые тела, либо белые карлики, либо нейтронные звезды.

Черные дыры обычно невозможно наблюдать напрямую из-за их небольшого размера и того факта, что они не излучают свет. Однако их можно «наблюдать» по влиянию их огромных гравитационных полей на близлежащую материю. Например, если черная дыра является членом двойной звездной системы, вещество, втекающее в нее от ее компаньона, сильно нагревается, а затем сильно излучает рентгеновские лучи, прежде чем войти в горизонт событий черной дыры и исчезнуть навсегда. Одна из составляющих звезд двойной рентгеновской системы Лебедь X-1 — черная дыра. Обнаружен в 1971 в созвездии Лебедя, эта двойная система состоит из голубого сверхгиганта и невидимого компаньона, масса которого в 14,8 раза больше массы Солнца, которые обращаются друг вокруг друга за период в 5,6 дня.

Некоторые черные дыры, по-видимому, имеют незвездное происхождение. Различные астрономы предполагают, что большие объемы межзвездного газа собираются и коллапсируют в сверхмассивные черные дыры в центрах квазаров и галактик. По оценкам, масса газа, быстро падающая в черную дыру, выделяет более чем в 100 раз больше энергии, чем такое же количество массы высвобождается в результате ядерного синтеза. Соответственно, коллапс межзвездного газа в миллионы или миллиарды солнечных масс под действием силы гравитации в большую черную дыру объясняет огромный выход энергии квазарами и некоторыми галактическими системами.

Одна такая сверхмассивная черная дыра, Стрелец A*, существует в центре Галактики Млечный Путь. Наблюдения за звездами, вращающимися вокруг Стрельца А*, демонстрируют наличие черной дыры с массой, эквивалентной более чем 4 000 000 Солнц. (За эти наблюдения американский астроном Андреа Гез и немецкий астроном Рейнхард Генцель были удостоены Нобелевской премии по физике 2020 года.) Сверхмассивные черные дыры были обнаружены и в других галактиках. В 2017 году телескоп Event Horizon получил изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87. Эта черная дыра имеет массу, равную шести с половиной миллиардам Солнц, но имеет диаметр всего 38 миллиардов километров (24 миллиарда миль). Это была первая черная дыра, полученная напрямую. О существовании еще более крупных черных дыр, каждая с массой, равной 10 миллиардам Солнц, можно судить по энергетическому воздействию на газ, вращающийся с чрезвычайно высокими скоростями вокруг центра NGC 3842 и NGC 4889., галактики вблизи Млечного Пути.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас

Британский астрофизик Стивен Хокинг предположил, что существует еще один вид незвездных черных дыр. Согласно теории Хокинга, многочисленные крошечные первичные черные дыры, возможно, с массой, равной массе астероида или меньшей, могли быть созданы во время Большого взрыва, состояния чрезвычайно высоких температур и плотности, в котором Вселенная возникла 13,8 миллиарда лет назад. назад. Эти так называемые мини-черные дыры, как и более массивные, со временем теряют массу из-за излучения Хокинга и исчезают. Если некоторые теории Вселенной, требующие дополнительных измерений, верны, Большой адронный коллайдер может создать значительное количество мини-черных дыр.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и дополнена Адамом Августином.

Что такое черная дыра?

Черная дыра — это область Вселенной, где сила гравитации настолько велика, что убежать от нее невозможно.

Чем ближе вы подходите, тем быстрее вам нужно двигаться, чтобы успешно бежать в противоположном направлении.

Но подойдите слишком близко — за границу, известную как «горизонт событий», — и вам придется двигаться быстрее скорости света, чтобы бежать.

Насколько нам известно, это невозможно, поэтому ваша судьба решена: мегагравитация черной дыры разорвет вас на части в процессе, известном как «спагетификация».

Согласно нашей лучшей теории гравитации, общей теории относительности Эйнштейна, ваше спагеттированное тело в конце концов окажется в «сингулярности» — бесконечно маленькой и плотной точке на «дне» черной дыры.

Действительно, в сингулярности перестают существовать сами представления о пространстве и времени, и любые следы вас будут стерты из Вселенной.

Интересуетесь черными дырами? Узнайте ответы на самые большие вопросы о черных дырах.

Кто первым подумал о черных дырах?

Оппенгеймер на фото с Альбертом Эйнштейном Фото CORBIS/Corbis через Getty Images

Идея черной дыры старше, чем многие думают. Еще в 18 веке англичанин Джон Мичелл задался вопросом, можно ли добавить Солнцу достаточную массу, чтобы свет не смог покинуть его гравитационные тиски.

Первое современное воплощение черной дыры появилось в статье 1939 года Роберта Оппенгеймера, знаменитого руководителя Манхэттенского проекта.

Называется О продолжающемся гравитационном сжатии Оппенгеймер предположил, что если ядро коллапсирующей звезды будет иметь достаточную массу, оно станет тем, что мы сейчас называем черной дырой.

Само словосочетание «черная дыра» не появится еще три десятилетия: оно было придумано Джоном Уилером в 1967 году.

Косвенные доказательства их существования появились в 1970-х годов, когда астрономы увидели интенсивное рентгеновское излучение, исходящее из области вокруг компактного объекта.

В 1990-х годах мы видели, как звезды вращаются вокруг центра нашей галактики таким образом, что можно предположить, что они вращаются вокруг монстра с массой в четыре миллиона солнечных — только сверхмассивная черная дыра отвечала всем требованиям.

Наконец, первые конкретные доказательства появились в 2015 году, когда Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) обнаружила гравитационные волны от столкновений черных дыр.

Детектор Ливингстона Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории. Предоставлено: Калифорнийский технологический институт/MIT/LIGO Lab 9.0003

Затем, в 2019 году, сеть радиотелескопов, известная как Event Horizon Telescope, показала первое в истории изображение черной дыры в галактике M97.

Падение в черную дыру — далеко не желательный исход ни для вас, ни для физиков-теоретиков, изучающих черные дыры.

Если пространство и время исчезают в клубе дыма, то исчезает и наша способность объяснять происходящее.

Какие существуют типы черных дыр?

Credit: draco-zlat/getty images

Как и многие другие небесные тела, черные дыры можно разделить на классы:

Миниатюрные черные дыры

Все еще гипотетически, эти черные дыры имеют массу меньше Солнца. Впервые они были предложены Стивеном Хокингом в 1971 году, который предположил, что они могли образоваться в ранней Вселенной. Некоторые эксперты утверждали, что миниатюрные черные дыры могут появиться в результате столкновений, создаваемых Большим адронным коллайдером, но до сих пор ни одна из них не была обнаружена.

Черные дыры звездной массы

Эти черные дыры с массой от 4 до 100 масс Солнца считаются наиболее распространенными из четырех классов. Ближайшая из известных звезд — V616 Единорога, образовавшаяся в результате коллапса ядер массивных звезд в конце их жизни. Он расположен на расстоянии около 3000 световых лет, а его масса в 9-13 раз превышает массу Солнца.

Черные дыры промежуточной массы

Массой от 100 до 100 000 масс Солнца было обнаружено лишь несколько таких черных дыр. Они были предложены в качестве зародышей сверхмассивных черных дыр. Эти титаны могли образоваться путем слияния их меньших собратьев.

Больше похоже на это

Сверхмассивные черные дыры

Они могут иметь массу от 100 000 до 50 миллиардов масс Солнца. Они существуют в сердце большинства крупных галактик. Даже в центре Млечного Пути есть сверхмассивная черная дыра, известная как Sgr A*. Его первооткрыватели в 1974 году, Брюс Балик и Роберт Браун, добавили звездочку, чтобы обозначить, что открытие было «захватывающим». Sgr A* в 4,1 миллиона раз массивнее Солнца.

Как астрономы видят черные дыры?

Концепт этого художника показывает черную дыру с аккреционным диском, испускающим струю горячего газа, называемого плазмой. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech

Как можно увидеть что-то, от чего не может ускользнуть даже свет?

Один из способов наблюдения за черной дырой — наблюдение за аккреционным диском; сплющенная полоса газа, пыли и других обломков звезды, которая приблизилась к черной дыре, но еще не совсем в нее попала. тепло, рентгеновские и гамма-лучи, которые можно наблюдать в специальных обсерваториях.

Измерив также орбиту звезды вокруг скрытого объекта, ученые могут сделать вывод о массе и размере последнего и тем самым подтвердить, что это действительно черная дыра.

С помощью этого метода были обнаружены десятки черных дыр звездной массы.

Излучение, исходящее от аккреционных дисков, когда черная дыра лишает ближайшую звезду ее материального хвоста, — это один из способов сделать вывод о существовании черной дыры. Кредит: ЕСО/Л. Calçada

Точно так же многие сотни сверхмассивных черных дыр, которые находятся в центре большинства галактик, были обнаружены путем наблюдения за быстрыми орбитами звезд и газа и наблюдения за тем, как звезды буквально разрываются на части сильным гравитационным полем.

В сердце нашей Галактики тоже есть черная дыра, обозначенная как Стрелец A*.

Совсем недавно астрономы Лазерной интерферометрической обсерватории гравитационных волн (LIGO) и интерферометра Virgo использовали технику, называемую интерферометрией, для обнаружения гравитационных волн.

Эти «рябь» в ткани пространства-времени вызваны бурными и энергичными космическими процессами, которые могут образоваться в результате слияния двух черных дыр.

Учитывая, что число обнаружений черных дыр исчисляется тысячами, можно предположить, что эти объекты редки — можно сказать, исчезающе редки.

Однако считается, что только в нашем Млечном Пути существует от 10 миллионов до одного миллиарда черных дыр.

Галактики освещаются черными дырами в их центрах. Предоставлено: ClaudioVentrella / Getty Images

Общая теория относительности и горизонт событий

«Черная дыра — это место, где нарушаются законы общей теории относительности», — говорит Елена Джорджи, научный сотрудник Принстонского университета.

Вы можете сами убедиться в проблемах, вызванных объектом со значительной массой, но нулевым размером. Просто попробуйте разделить любое понравившееся число на ноль на калькуляторе.

Как говорит Джорджи: «Это говорит вам, что что-то не так».

В 1960-х годах Роджер Пенроуз, лауреат Нобелевской премии по физике и давний сотрудник Стивена Хокинга, предложил решение, позволяющее обойти эту неловкую ситуацию.

Черная дыра в центре галактики M87 в поляризованном свете. Предоставлено: EHT Collaboration

Он сказал, что сингулярность всегда должна быть украшена горизонтом событий; другими словами, никакие «голые» сингулярности не допускаются.

Он спасает как румянец черной дыры, так и наш собственный, удобно скрывая место, которое мы не можем объяснить, за слоем одежды, которое мы никогда не сможем увидеть, поскольку свет не может выйти из-за горизонта событий, чтобы показать нам, что там происходит. .

Таким образом, нет такой части наблюдаемой Вселенной, которую не могла бы описать общая теория относительности. Эта карта, позволяющая выбраться из тюрьмы, называется гипотезой слабой космической цензуры (WCCC).

Если вы думаете, что WCCC звучит слишком удобно — потому что, хотя горизонт событий понимается математически, мы не уверены на 100%, как он проявляется физически — вы можете быть правы.

«Доказательств этому нет», — говорит Томас Андраде, научный сотрудник Барселонского университета.

Тот факт, что общая теория относительности, по-видимому, не работает в центре черной дыры, предполагает, что там может существовать более глубокая и всеобъемлющая теория гравитации, которую нам еще предстоит открыть, точно так же, как общая теория относительности является более точной картиной гравитации, чем оригинальная работа Исаака Ньютона о силе.

Физики, изучающие некоторые из этих альтернативных теорий, обнаружили, что черные дыры на самом деле могут быть без горизонта.

Примирение квантовой физики и гравитации

Столкновение двух черных дыр вызывает рябь в пространстве-времени, известную как «гравитационные волны». Предоставлено: Марк Гарлик / Science Photo Library / Getty Images

Многие физики считают, что мы придем к более полной теории гравитации, если сможем объединить общую теорию относительности с квантовой физикой — странными и дурацкими правилами, которые управляют атомами и субатомным миром. .

Чтобы эти две выдающиеся теории хорошо сочетались друг с другом, физикам часто приходится допускать, что Вселенная содержит больше измерений, чем четыре, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни (три пространственных и одно временное).

Недавно Андраде обнаружил, что во вселенной, имеющей в общей сложности 6 или 7 пространственных измерений, можно разорвать горизонт событий. Все, что вам нужно, это чтобы две черные дыры столкнулись.

К счастью, мы уже знаем, что столкновения черных дыр являются обычным явлением — они создали большую часть гравитационных волн, которые мы обнаружили в последние годы с помощью таких экспериментов, как LIGO в США.

Художественное представление двух бинарных черных дыр на орбитах друг вокруг друга. Авторы и права: SXS (симуляция экстремального пространства-времени)

Две черные дыры сливаются в одну после столкновения, но Андраде обнаружил, что сила удара удлиняет горизонт событий новой черной дыры.

«Он истончается и становится нестабильным», — говорит он.

Горизонт событий затем фрагментируется подобно тому, как вода разделяется на капли, вытекающие из прохудившегося крана. Вскоре обнажается обнаженная сингулярность внизу.

Однако для того, чтобы это заработало, требовались довольно жесткие ограничения. Скорость, с которой сталкивались черные дыры, не должна была быть ни слишком медленной, ни слишком быстрой.

Кроме того, сами черные дыры должны были с самого начала вращаться довольно быстро. Плюс, конечно, мы даже не знаем, действительно ли Вселенная имеет дополнительные измерения.

«Действительность этих модификаций не ясна», — говорит Джорджи.

Даже если это произойдет, может оказаться трудно наблюдать такие столкновения, как гравитационные волны — единственный способ, которым мы можем в настоящее время обнаружить такие слияния — подавляются в более высоких измерениях.

Излучение Хокинга и голая сингулярность

Иллюстрация, показывающая, что генерирует излучение Хокинга. Фото: Getty Images

Черные дыры — это множество вещей: космические люки, гравитационные чудовища и крушители звезд. Но черные дыры еще и стыдливы — они ненавидят обнажаться на публике.

Столкновения с черными дырами — не единственный способ стереть горизонт событий. Одна из самых известных идей Стивена Хокинга известна как излучение Хокинга.

Выпуская частицы обратно в космос, черная дыра может очень медленно испаряться.

«Процесс испарения Хокинга может превратить электрически заряженную черную дыру в голую сингулярность без горизонта», — говорит профессор Шахар Ход из израильского академического центра Руппина.

За исключением того, что черная дыра Хода настолько заряжена, насколько это вообще возможно.

Но это может быть натянуто, так как любой электрический заряд будет быстро поглощаться облаками материала, которые собираются вокруг горизонта событий.

Тем не менее, он утверждает, что сильно заряженная черная дыра эквивалентна черной дыре, вращающейся очень быстро:

«Ожидается, что такие быстро вращающиеся черные дыры существуют в центрах галактик. »

Конусообразные тени, исходящие от яркого центра галактики IC 5063, могут быть отброшены пылевым кольцом, окружающим сверхмассивную черную дыру в ее центре. Авторы и права: НАСА, ЕКА, STScI и В.П. Максим (CfA)

Возможно, даже черная дыра может образоваться вообще без горизонта событий — голая при рождении, как и мы.

Группа под руководством доктора Ясера Таваколи из Университета Гилана в Иране изучала коллапс пылевых облаков в теоретической пятимерной Вселенной.

Они обнаружили, что существует предел массы облака, ниже которого оно сжимается, образуя то, что Таваколи называет «внезапной сингулярностью».

Другими словами, тот, который свободно виден внешнему наблюдателю.

Таким образом, кажется, что есть несколько способов достичь голой сингулярности, особенно в теориях гравитации, которые стремятся выйти за рамки общей теории относительности.

Если мы хотим понять, какая из этих идей находится на правильном пути, обнаружение голой сингулярности, несомненно, поможет.

По словам Вей-Сян Шао из Национального Тайваньского университета, это может быть непросто: голая черная дыра неплохо маскируется под скрытую горизонтом событий.

Он внимательно посмотрел на тени, отбрасываемые черными дырами — темные зоны вокруг них, вызванные экстремальной локальной гравитацией.

Эти тени прославились благодаря первой в истории фотографии черной дыры, сделанной Телескопом горизонта событий в 2019 году.

Обнаженная тень сингулярности выглядела до жути знакомой. «Черты тени очень напоминают черты [обычной] черной дыры», — говорит он в статье, подробно описывающей его исследование.

Последовательность изображений звезды, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Фото: ESO

К счастью, доктор Дипанджан Дей из Университета Чарусат в Индии считает, что голая черная дыра может проявить себя еще одним способом: по тому, как она влияет на звезды, вращающиеся вокруг нее.

Он обнаружил, что черная дыра без горизонта событий будет вызывать другую прецессию орбит звезд.