Адские монстры Эйнштейна. Физики наконец выяснили, как именно черные дыры захватывают материю

Как предсказывает теория гравитации Эйнштейна, существует точка, в которой вещество перестает кружить вокруг черной дыры и падает прямо вниз, стремительно уходя за точку невозврата внутри этих монструозных космических объектов.

До сих пор эта пресловутая область падения, предсказанная Эйнштейном, оставалась чистой теорией.

Новое исследование доказывает, что великий провидец в очередной раз оказался прав. Ученые раскрыли подробную механику падения материи на черную дыру из-за горизонта событий.

Благодаря рентгеновским данных активной черной дыры, мы наконец-то увидели доказательство того, что эта «область падения» существует.

«Теория Эйнштейна предсказывала существование этого финального погружения, но мы впервые смогли продемонстрировать, как оно происходит», — рассказывает физик Эндрю Маммери из Оксфордского университета, один из авторов работы.

Черная дыра и область падения — как это работает?

Теоретическая работа Альберта Эйнштейна предсказала, что при определенном приближении к черной дыре материя больше не сможет двигаться по стабильной круговой орбите и будет падать прямо вниз — как вода через кромку аналогичного стока.

Нет причин полагать, что это не так — материя должна каким-то образом пересечь горизонт событий, а теория гравитации Эйнштейна выдерживает тщательную проверку со всех сторон.

Единственное, в чем физики не были уверены, так это в том, что сможем ли мы это обнаружить.

Читайте также:

Всевидящее око. NASA разрабатывает футуристический телескоп, который будет искать жизнь в космосе

Работа Маммери и его коллег состояла из нескольких частей. Одной из них была разработка численных симуляций и моделей, изображающих погружающуюся область, чтобы показать, какой свет она излучает.

После этого им потребовались данные наблюдений, которые содержали бы такое же излучение погружающейся области.

Результаты исследования были опубликованы в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

«Представьте, что это похоже на реку, превращающуюся в водопад — до сих пор мы смотрели на реку. Мы впервые видим водопад», — поясняет Маммери.

По его словам, материя, направляющаяся к черной дыре, не идет по прямой линии.

Она кружит вокруг, как вода, закручивающаяся по спирали, неумолимо стремящаяся к стоку.

Это не простое уподобление: сравнение настолько уместно, что ученые используют вихри воды для изучения среды вокруг черных дыр.

Изучение самих черных дыр несколько затруднено, поскольку искривленное пространство-время вокруг них настолько экстремально.

Черная дыра, которую изучали исследователи, находится в системе, удаленной от нас на расстояние около 10 000 световых лет, под названием MAXI J1820+070.

Там расположена черная дыра, масса которой примерно в 8,5 раз больше массы Солнца. Рядом с ней — двойная звезду, из которой черная дыра высасывает материал по мере того, как пара объектов вращается, питаясь всплесками, которые проявляются в виде рентгеновского мерцания.

Астрономы следят за этой черной дырой, чтобы лучше понять ее поведение, поэтому исследователи смогли получить доступ к очень качественным данным, полученным с помощью рентгеновских приборов NuSTAR и NICER на низкой околоземной орбите.

Читайте также:

Теоретик частицы Бога. Умер физик Питер Хиггс, предсказавший существование одноименного бозона

Особый интерес у них вызвала вспышка, произошедшая в 2018 году.

В предыдущих исследованиях отмечалось, что в наблюдениях этой вспышки было обнаружено дополнительное свечение, которое не совсем удавалось объяснить.

В исследовании 2020 года было высказано предположение, что это свечение может возникать внутри самой внутренней области стабильной круговой орбиты — то есть в зоне погружения. Маммери и его коллеги изучили это свечение с особой тщательностью и обнаружили, что оно совпадает с эмиссией, полученной в результате моделирования.

Эти наблюдения позволяют утверждать, что Эйнштейн был прав. У черных дыр действительно существуют область погружения.

«В галактике существует множество черных дыр, и теперь у нас есть новая мощная техника, позволяющая использовать их для изучения самых сильных из известных гравитационных полей», — говорит Маммери.

Ранее NV Техно писал о том, что некоторые ученые продвигают гипотезу о возможности использования черных дыр в качестве источников энергии.

Авторы рассматривают не традиционные концепции, которые подразумевают захват тепловой и кинетической энергию аккреционного диска и струй черной дыры.

Вместо этого они хотят использовать гипотезу Роджера Пенроуза, который в 1970-х предположил, что можно использовать эффект, когда вращающееся тело искривляет близлежащее пространство таким образом, что объект, падающий на тело, слегка перемещается вдоль траектории вращения.

Вблизи вращающейся черной дыры эффект может быть очень сильным.

Там объекты могут быть перемещены вокруг черной дыры со скоростью, превышающей скорость света в свободном пространстве.

Пенроуз первым предположил, что если влететь в эргосферу черной дыры, а затем выпустить в нее излучение или некую массу, то вы получите вращательный толчок, который придаст вам большее ускорение, чем то, с которым вы приблизились к черной дыре.

В силу закона о сохранении энергии полученная вами дополнительная энергия уравновешивается замедлением вращения черной дыры.

Пенроуз предполагал, что этот процесс может извлечь до 20% энергии покоя черной дыры.

Это выше, к примеру, чем КПД слияния водорода и гелия (1% энергии покоя).