Ведут в другие Вселенные, врезаются друг во друга и ломают физику. 14 самых интересных исследований о черных дырах в 2021

22 декабря 2021, 20:03
НВ Премиум
Благодаря новым технологиям ученые могут раскрывать все больше секретов, которые таят в себе одни из самых загадочных астрономических объектов (Фото:NASA/Daniel Rutter)

Благодаря новым технологиям ученые могут раскрывать все больше секретов, которые таят в себе одни из самых загадочных астрономических объектов (Фото:NASA/Daniel Rutter)

Уходящий год подарил нам множество новых знаний об одних из самых интересных астрономических объектах во Вселенной.

Черные дыры до сих пор остаются большой загадкой для ученых. Астрономические объекты с сильнейшим гравитационным притяжением, которое затягивает внутрь буквально все — даже свет. Внутри черных дыр существует нечто, что ломает все известные нам законы физики — сингулярность, — а потому их исследование является очень важным с точки зрения будущего науки.

Видео дня

В 2021 году ученые продолжали активно изучать черные дыры, тем более что технологии не стоят на месте и постоянно развиваются, помогая им раскрывать все больше тайн этих объектов. НВ активно освещал эти исследования, и теперь мы решили собрать самые интересные из них в одном материале.

Мы были уверены, что полностью изучили первую обнаруженную черную дыру. Новые исследования говорят, что мы ошибались

Лебедь Х-1 была обнаружена в 1964 году, а через 10 лет стала предметом спора между астрофизиками Стивеном Хокингом и Кипом Торном: первый ставил на то, что Лебедь X-1 не является черной дырой, и в 1990 году признал свое поражение, когда были полученные новые данные наблюдений.

В итоге Лебедь Х-1 стал одной из наиболее изученных черных дыр в небе: считалось, что объект находится на расстоянии около 6070 световых лет от Земли, масса черной дыры в 14,8 больше массы Солнца, а рядом с ней находится синий сверхгигант HDE 226868 размером в 24 солнечных массы.

Как оказалось, все это время ученые ошибались — новые исследования показали интересные подробности о самой первой обнаруженной черной дыре.

Читать полностью

Астрофизики нашли новый вид черных дыр, а также самую легкую нейтронную звезду. Как им это удалось?

Гравитационные волны — едва ли не лучший источник знаний о черных дырах, который появился в распоряжении ученых совсем недавно. Это рябь в ткани пространства-времени, спровоцированная самыми мощными космологическими событиями вроде слияния черных дыр или поглощения звезд. Мощнейшее гравитационное взаимодействие запускает «вибрацию», проходящую сквозь все пространство-время. Фиксируя гравитационные волны, исследователи могут по их форме и частоте определять, какие именно объекты участвовали в «аварии», их массу, а также расстояние от Земли.

Их существование было предсказано более 100 лет назад Альбертом Эйнштейном, однако впервые зафиксировать их удалось лишь в 2015 году.

В 2021 году ученые выпустили самый большой на сегодняшний день каталог обнаруженных гравитационных волн — за все время наблюдений количество их обнаружений приблизилось к сотне. Большинство из них — следы слияния черных дыр, однако были и другие интересные события вроде поглощения черной дырой нейтронной звезды (об исследовании этого события мы также расскажем чуть позже).

У ученых есть четыре детектора гравитационных волн — два, принадлежащих Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) в США, один — обсерватории Virgo в итальянской Пизе и еще один — детектор KAGRA в Японии.

Прямо сейчас LIGO и Virgo не работают и проходят серьезную модернизацию. Приступить к работе они смогут ориентировочно в середине-конце 2022 года, и с новой техникой они будут обнаруживать больше слияний. А приблизительно в 2034 году будет запущен космический детектор гравитационных волн LISA, который расширит наши «гравитационные глаза» и поможет нам раскрыть еще больше тайн Вселенной.

Читать полностью

Страшный космический сосед. Ученые обнаружили загадочную черную дыру, которой не может быть

До сих пор мы наблюдали только два вида черных дыр — звездной массы и сверхмассивные. И если небольшие черные дыры обычно образуются после коллапса одиночной массивной звезды, то как появляются сверхмассивные — у нас до сих пор нет точного ответа. Это могут быть многочисленные слияния с другими черными дырами, может быть аккреция материала из окружающего пространства — также вполне возможно, что есть не один путь роста этих астрономических объектов. Так или иначе, у ученых до сих пор нет однозначного ответа.

Возможным ключом к загадке может быть черная дыра промежуточной (средней) массы. Проблема в том, что исследователи еще ни разу не натыкались на них — или не знают о том, что какая-то из известных нам черных дыр является именно такой.

Сейчас у нас нет ни одного официального обнаружения средней черной дыры. Однако 2021-й порадовал сразу несколькими перспективными исследованиями в этом поле.

Мы писали о том, что ученые возможно зафиксировали одну из них, а также заметили столкновение двух черных дыр звездной массы, которое сформировало черную дыру промежуточной массы. Однако до сих пор их исследования не были подтверждены.

Однако самое последнее исследование было опубликовано международной группой астрономов во главе с Ренукой Печетти из Ливерпульского университета Джона Мура — они предположили, что этот редкий космический зверь может находиться буквально по соседству с нами — в галактике Андромеды.

Читать полностью

Столкновения черных дыр могут решить одну из главных загадок космологии — понять скорость расширения Вселенной

Недавно мы написали большую статью посвященную проблеме, которую ученые уже окрестили «надвигающимся кризисом космологии» — невозможности точно определить скорость расширения Вселенной.

Ключевым компонентом для расчетов является постоянная Хаббла, подсчитать точное значение которой не удалось пока никому. Существует большое количество разных методов определения этого показателя, среди которых выделяют два основных: моделирование реликтового излучения, которое также называют космологическим микроволновым фоном — теплового излучения, появившегося приблизительно через 380 тыс. лет после Большого взрыва и которое теперь равномерно заполняет всю Вселенную, — и подсчет расстояния до ближайших звезд, чтобы через некоторое время проследить, насколько они удалились от нашей планеты.

Проблема возникает, когда вы попытаетесь сравнить полученные результаты — они не совпадают. Поэтому ученые находятся в поисках альтернативных методов для определения постоянной Хаббла — и здесь на помощь нам может прийти столкновение черных дыр и гравитационные волны, которые возникают вследствие этих событий.

Читать полностью

Предсказание Стивена Хокинга о черных дырах наконец-то сбылось

Спустя почти полвека ученым удалось на практике доказать теорию Стивена Хокинга, который предположил, что черная дыра может лишь набирать массу, а площадь ее горизонта событий лишь увеличивается.

Проблемой Хокинга было то, что в 1970-х у ученых не было технологий, которые могли бы им позволить наблюдать и изучать черные дыры, и, как следствие, доказать предположение британского астрофизика.

Физик из Массачусетского технологического института Максимилиано Иси вместе со своими коллегами несколько лет анализировал гравитационные волны и наконец сумел подтвердить теорию Хокинга.

Многие ученые уверены — будь Хокинг жив сейчас, он бы наверняка претендовал на получение Нобелевской премии. Однако история повернулась таким образом, что один из самых знаменитых исследователей так и не стал нобелевским лауреатом, ведь эту награду не вручают посмертно.

Читать полностью

Черные дыры ведут в другие Вселенные

Одна из самых необычных теорий, о которых мы писали в этом году. В ней переплетаются классическая и квантовая физика в виде теории суперструн, которую команда ученых из Канады и Швейцарии использовала не только для объяснения происхождения нашей Вселенной, но и чтобы предположить существование бесконечного количества параллельных миров.

«Мы показываем, что S-брана, которая возникает внутри горизонта черной дыры, когда кривизна Вейля достигает масштаба струны, вызывает непрерывный переход между внутренней частью черной дыры и началом новой вселенной. Это обеспечивает одновременное разрешение сингулярностей черной дыры и Большого взрыва. Таким образом проблема исчезновения информации в черной дыре решается сама собой», — пишут исследователи.

Теперь, когда вы не дочитали приведенное выше объяснение ученых, мы предлагаем вам перевод с научного на человеческий язык в нашей статье.

Читать полностью

Ученые впервые увидели, как черная дыра поглощает нейтронную звезду. Это поможет раскрыть часть величайших секретов Вселенной

Ученые впервые зафиксировали поглощение нейтронной звезды черной дырой — это произошло около 900 млн лет назад, однако гравитационные волны от сразу двух этих грандиозных событий достигли Земли лишь в январе 2020-го, а изучить их ученые смогли лишь к середине лета 2021-го.

До сих пор ученые фиксировали исключительно «однородные» столкновения — то есть черная дыра поглощала другую черную дыру, а нейтронная звезда сталкивалась с другой нейтронной звездой. Это невероятно мощные гравитационно-волновые события, которые создают одни из самых ярких и мощных взрывов во Вселенной и деформируют ткань пространства-времени, запуская по всему космосу гравитационные волны.

Ученые и раньше фиксировали (и не раз) сигналы, которые предположительно свидетельствовали о поглощении нейтронной звезды черной дырой, однако этот случай является исключительным — сейчас исследователи точно уверены, что гравитационные волны указывают именно на это событие.

«Слияние нейтронных звезд с черными дырами — одно из самых экстремальных явлений во Вселенной. Наблюдение за такими столкновениями открывает новые возможности для изучения фундаментальной физики, а также того, как звезды рождаются, живут и умирают», — говорит доктор Рори Смит, астрофизик из Университета Монаша, возглавивший исследование.

Читать полностью

Есть ли у черных дыр волосы?

Вопрос, который совершенно не похож на то, что должны изучать ученые. Однако на самом деле это — еще одна загадка этих монструозных объектов.

Теорема об отсутствии волос у черных дыр предсказывает, что внешние свойства черной дыры зависят исключительно от ее массы, вращения (спина) и электрического заряда. Других характеристик, по которым одну черную дыру можно отличить от другой, не существует. Если эти три значения одинаковы — черные дыры можно назвать близнецами, так как наблюдатель не сможет найти еще одну характеристику, по которым они будут отличаться, даже если они будут образованы совершенно разными способами и в разное время.

В 2012 году математик Стефанос Аретакис предположил, что некоторые черные дыры могут иметь нестабильность на горизонте событий. Из-за них некоторые его области обладали бы более сильным гравитационным притяжением, чем другие. Это сделало бы идентичные черные дыры различимыми, и именно эти нестабильности можно было бы назвать «волосами» черных дыр.

В нашем материале вы можете прочитать, к какому выводу пришли ученые и есть ли все-таки волосы у черных дыр.

Читать полностью

Эйнштейн снова прав. Ученые впервые в истории смогли увидеть свет на обратной стороне черной дыры

Ничего не поделать с этими гениальными учеными прошлого. То предсказание Хокинга подтвердится 50 лет спустя, то Общая теория относительности Эйнштейна пройдет одну из самых жестких проверок в своей истории — эксперимент длиной в 16 лет.

И вот… Эйнштейн снова прав. Астрофизик Стэнфордского университета Дэн Уилкинс впервые смог зафиксировать свет с обратной стороны черной дыры — сценарий, предсказанный Общей теорией относительности, но до сих пор не имевший подтверждения на практике.

Вы уже не раз читали, в том числе и в наших материалах, что гравитационное притяжение черной дыры не может избежать ничто — даже свет. Что ж, пришло время признаться — мы вам врали. Ладно, здесь мы немного утрируем — действительно, все, что пересекает горизонт событий черной дыры, будет утеряно навсегда.

Однако аккреционный диск, состоящий из газа и остатков разорванной материи, вращается вокруг черной дыры и может излучать сверхмощные рентгеновские лучи, видимые с Земли. Именно благодаря ему астрофизик Стэнфордского университета Дэн Уилкинс стал первым человеком, зафиксировавшим свет, исходящий с обратной стороны черной дыры.

Читать полностью

Астрофизики придумали, как найти самые старые черные дыры во Вселенной — ждать осталось совсем недолго

Как мы видим, 2021-й стал настоящим ренессансом для ученых прошлого. Последние исследования показывают, что еще одно предположение Хокинга может оказаться верным.

Считается, что для появления первых черных дыр должно было пройти достаточно времени, чтобы во Вселенной сначала сформировались первые звезды — согласно последним оценкам, около 250−300 млн лет после Большого взрыва. Еще несколько миллионов лет пришлось бы подождать, пока достаточно массивная звезда сожжет все свои запасы топлива — и только тогда во Вселенной появились бы первые черные дыры.

Вспышка сверхновой знаменует смерть звезды. Это момент, когда термоядерное топливо звезды полностью выгорает, из-за чего она начинает остывать и сжиматься под действием гравитации. Иногда это сопровождается достаточно красочным процессом, когда звезда увеличивает свою светимость в миллиарды раз, выделяя огромное количество энергии.

Однако Хокинг предполагал, что черные дыры на самом деле появились практически сразу после Большого взрыва. Это могло бы объяснить, почему во Вселенной существует такое количество сверхмассивных черных дыр.

ESA

Фото: ESA

Теория ученых меняет существующую модель развития Вселенной. Если сейчас считается, что после Большого взрыва прошло около 300 млн лет до появления первых звезд, то первичные черные дыры могли бы повлиять своей гравитацией на более раннее формирование звезд и галактик. Таким образом, сами черные дыры получили бы больше времени, чтобы вырасти до размеров, которые мы можем обнаружить сегодня.

Прямо сейчас у нас нет технологий для проверки предположения о существовании первичных черных дыр. Однако уже совсем скоро у нас появится техника нового поколения, которая прямо проверит предположения ученых и сможет показать, были ли правы они и Стивен Хокинг.

Первичные черные дыры могут быть еще интересны тем, что именно они гипотетически ответственны за возникновение темной материи — одного из самых загадочных компонентов нашего мира. Подробнее об этой гипотезе прочитайте в нашем недавнем материале.

Читать полностью

Астрономы обнаружили ближайшую к Земле пару гигантских черных дыр, которые вот-вот столкнутся

В центре соседней галактики NGC 7727 ученые обнаружили пару сливающихся сверхмассивных черных дыр. Уже совсем скоро (по космическим меркам) они станут одним астрономическим объектом. Мы впервые можем наблюдать за двумя сверхмассивными черными дырами, которые находятся так близко друг ко другу.

Сюжет развивается примерно в 89 миллионах световых лет от Земли в созвездии Водолея. Ученые отмечают, что никогда не видели пару черных дыр на таком расстоянии от нашей планеты.

Кстати, ученые обнаружили эту пару черных дыр при помощи нового метода, о котором мы расскажем вам прямо сейчас.

Читать полностью

Новый метод обнаружения черных дыр

Черная дыра — чрезвычайно плотный и массивный объект. Чем больше масса космического тела, тем большей гравитацией он обладает. Поэтому черные дыры могут похвастать едва ли не мощнейшими гравитационными полями, которые по своей силе могут сравниться с целыми галактиками.

Таким образом, черные дыры могут вызывать эффект гравитационного линзирования. Он возникает, когда массивный объект своим гравитационным полем искривляет свет небесного тела, находящегося за ним. Свет искажается до кольцеобразной формы и формирует кольцо Эйнштейна.

Черная дыра проходит напротив галактики и искривляет исходящий от нее свет — иллюстрация художника

Сейчас исследователи используют гравитационное линзирование для изучения далеких галактик — тех, которые мы не сможем увидеть в наши телескопы. Однако международная команда ученых под руководством Сары Сарацино из Института астрофизических исследований Ливерпульского университета Джона Мура в Великобритании все-таки смогла найти черную дыру в звездном скоплении NGC 1850, используя гравитационного линзирование.

Новый метод поможет ученым открыть еще больше молодых черных дыр, раскрыв новые подробности эволюции этих объектов. В одном только Млечном Пути может существовать около 100 млн черных дыр звездной массы, однако мы пока не обнаружили ни одной из них.

Читать полностью

Ученые рассказали о невероятной структуре, которая может черпать энергию из черной дыры

Исследователи предполагают, что продвинутая инопланетная цивилизация может черпать энергию прямо из черной дыры. По их мнению, ключом к поиску внеземной жизни являются сферы Дайсона — мегаструктуры, которые можно назвать космическими батареями.

То, что мы до сих пор их не обнаружили, является одним из подтверждений парадокса Ферми, основной посыл которого звучит примерно как «ну и где эти высокоразвитые цивилизации, если вокруг нас нет никаких следов невероятных технологий?». Однако возможно мы просто недостаточно развиты, чтобы замечать такие вещи — как муравьи, которые вряд ли задумываются о переезде в другую страну.

Читать полностью

Черные дыры могут быть вовсе не черными. Возможно, это вообще не дыры

Самое веселое — на закуску. Немецкий ученый предположил, что черные дыры на самом деле могут быть черными звездами, а в их центре существует некая чрезвычайно плотная экзотическая материя.

Сейчас рано утверждать, что мы поняли природу черных дыр, несмотря на огромное количество исследований, которые изучают их свойства. Рано или поздно нам придется столкнуться с загадкой центра черной дыры и определить, что же находится внутри нее.

Считается, что в центре каждой черной дыры находится сингулярность — одновременно бесконечно маленькая и сверхплотная точка, которая не поддается законам физики, которые действуют в нашем мире.

Физики обошли этот парадокс, создав планковскую звезду — гипотетический астрономический объект, который снаружи выглядит как черная дыра. Отличается он тем, что в середине находится не сингулярность, а чрезвычайно плотное ядро материи, сжатое до наименьших возможных масштабов — планковской длины. Это примерно в 100 триллионов раз меньше протона, одной из самых маленьких известных нам частиц.

Читать полностью

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X