>

Рассмотрите загадочные и невидимые черные дыры во Вселенной: интересные факты, исследование Эйнштейна, сверхмассивные и промежуточные типы, теория, строение.

– одни из наиболее интересных и таинственных объектов в космическом пространстве. Обладают высокой плотностью, а гравитационная сила настолько мощная, что даже свету не удается вырваться за ее пределы.

Впервые о черных дырах заговорил Альберт Эйнштейн в 1916 году, когда создал общую теорию относительности. Сам термин возник в 1967 году благодаря Джону Уилеру. А первую черную дыру «заметили» в 1971 году.

Классификация черных дыр включает три типа: черные дыры звездной массы, сверхмассивные и черные дыры средней массы. Обязательно посмотрите видео про черные дыры, чтобы узнать много интересных фактов и познакомиться с этими загадочными космическими формированиями поближе.

Интересные факты о черных дырах

• Если вы оказались внутри черной дыры, то гравитация будет вас растягивать. Но бояться не нужно, ведь вы умрете еще до того, как достигнете сингулярности. Исследования 2012 года предположили, что квантовые эффекты превращают горизонт событий в огненную стену, сделавшую из вас кучку пепла.
• Черные дыры не «всасывают». Этот процесс вызывается вакуумом, которого нет в этом образовании. Так что материал просто падает.
• Первой черной дырой стал Лебедь Х-1, найденный ракетами со счетчиками Гейгера. В 1971 году ученые получили сигнал радиоизлучения от Лебедя Х-1. Этот объект стал предметом спора между Кипом Торном и Стивеном Хокингом. Последний считал, что это не черная дыра. В 1990 году он признал свое поражение.
• Крошечные черные дыры могли появиться сразу после Большого Взрыва. Стремительно вращающееся пространство сжимало некоторые области в плотные дыры, с меньшей массивностью, чем у Солнца.
• Если звезда подойдет слишком близко, то ее может разорвать.
• По общим подсчетам, существует примерно до миллиарда звездных черных дыр с массой втрое больше солнечной.
• Если сравнивать теорию струн и классическую механику, то первая порождает больше разновидностей массивных гигантов.

Опасность черных дыр

Когда у звезды заканчивается топливо, она может запустить процесс саморазрушения. Если ее масса была втрое больше солнечной, то оставшееся ядро станет нейтронной звездой или белым карликом. Но более крупная звезда трансформируется в черную дыру.

Такие объекты маленькие, но обладают невероятной плотностью. Представьте, что перед вами объект, размером в город, но его масса в три раза больше солнечной. Это создает невероятно огромную гравитационную силу, которая притягивает пыль и газ, увеличивая ее размеры. Вы удивитесь, но в может располагаться несколько сотен миллионов звездных черных дыр.

Сверхмассивные черные дыры

Конечно, ничто во Вселенной не сравнится с устрашающими сверхмассивными черными дырами. Они превосходят солнечную массу в миллиарды раз. Полагают, что такие объекты есть практически в каждой галактике. Ученые пока не знают всех тонкостей процесса формирования. Скорее всего, они вырастают за счет накапливания массы из окружающего пыли и газа.

Возможно, они обязаны своим масштабам слиянию тысячи небольших черных дыр. Или же могло разрушиться целое звездное скопление.

Черные дыры в центрах галактик

Астрофизик Ольга Сильченко об открытии сверхмассивной черной дыры в туманности Андромеды, исследованиях Джона Корменди и темных гравитирующих телах:

Природа космических радиоисточников

Астрофизик Анатолий Засов о синхротронном излучении, черных дырах в ядрах далеких галактик и нейтральном газе:

Промежуточные черные дыры

Не так давно ученые нашли новый вид - черные дыры средней массы (промежуточные). Они могут формироваться, когда звезды в скоплении сталкиваются, поддавшись цепной реакции. В итоге, падают в центр и формируют сверхмассивную черную дыру.

В 2014 году астрономы обнаружили промежуточный тип в рукаве спиральной галактики. Их очень сложно найти, потому что могут располагаться в непредсказуемых местах.

Микрочерные дыры

Физик Эдуард Боос о безопасности БАК, рождении микрочерной дыры и понятии мембраны:

Теория черных дыр

Черные дыры - чрезвычайно массивные объекты, но охватывают сравнительно скромный объем пространства. Кроме того, обладают огромной гравитацией, не позволяя объектам (и даже свету) покинуть их территорию. Однако, напрямую увидеть их невозможно. Исследователям приходится обращаться к излучению, появляющемуся, когда черная дыра питается.

Интересно, но бывает так, что вещество, направляющееся к черной дыре, отскакивает от горизонта событий и выбрасывается наружу. При этом формируются яркие струи материала, передвигающиеся на релятивистских скоростях. Эти выбросы можно зафиксировать на больших дистанциях.

– удивительные объекты, в которых сила тяжести настолько огромна, что может сгибать свет, деформировать пространство и искажать время.

В черных дырах можно выделить три слоя: внешний и внутренний горизонт событий и сингулярность.

Горизонт событий черной дыры – граница, где у света пропадают все шансы на бегство. Как только частичка переходит этот рубеж, она не сможет уйти. Внутренняя область, где находится масса черной дыры, называется сингулярностью.

Если мы говорим с позиции классической механики, то ничто не может покинуть черную дыру. Но квантовая вносит свою поправку. Дело в том, что у каждой частицы есть античастица. Они обладают одинаковыми массами, но разным зарядом. Если пересеклись, то могут аннигилировать друг друга.

Когда такая пара возникает за пределами горизонта событий, то одна из них может втянуться, а вторая оттолкнется. Из-за этого горизонт способен уменьшиться, а черная дыра разрушиться. Ученые все еще пытаются изучить этот механизм.

Аккреция

Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и аккреции вещества в ранней Вселенной:

Наиболее известные черные дыры

Часто задаваемые вопросы о черных дырах

Если более емко, то черная дыра - определенный участок в космосе, в котором сконцентрировано такое огромное количество массы, что ни одному объекту не удается избежать гравитационного влияния. Когда речь идет о гравитации, мы полагаемся на общую теорию относительности, предложенную Альбертом Эйнштейном. Чтобы разобраться в деталях изучаемого объекта, будем двигаться поэтапно.

Давайте представим, что вы находитесь на поверхности планеты и подбрасываете булыжник. Если вы не обладаете мощью Халка, то не сможете приложить достаточно силы. Тогда камень поднимется на определенную высоту, но под давлением гравитации рухнет обратно. Если же у вас есть скрытый потенциал зеленого силача, то вы способны придать объекту достаточное ускорение, благодаря которому он полностью покинет зону гравитационного воздействия. Это называется «скорость убегания».

Если разбить на формулу, то эта скорость зависит от планетарной массы. Чем она больше, тем мощнее гравитационный захват. Скорость вылета будет полагаться на то, где именно вы находитесь: чем ближе к центру, тем проще выбраться. Скорость вылета нашей планеты – 11.2 км/с, а вот – 2.4 км/с.

Приближаемся к самому интересному. Допустим у вас есть объект с невероятной концентрацией массы, собранной в крошечном месте. В таком случае скорость убегания превышает скорость света. А мы знаем, что ничто не движется быстрее этого показателя, а значит, никто не сможет преодолеть такую силу и сбежать. Даже световому лучу это не под силу!

Еще в 18 веке Лаплас размышлял над чрезвычайной концентрацией массы. После общей теории относительности Карл Шварцшильд смог найти математическое решение для уравнения теории, чтобы описать подобный объект. Дальше свою лепту внесли Оппенгеймер, Волькофф и Снайдер (1930-е гг.). С того момента люди начали обсуждать эту тему всерьез. Стало ясно: когда у массивной звезды заканчивается топливо, она не способна противостоять силе гравитации и обязана рухнуть в черную дыру.

В теории Эйнштейна гравитация выступает проявлением кривизны в пространстве и времени. Дело в том, что обычные геометрические правила здесь не работают и массивные объекты искажают пространство-время. Черная дыра обладает причудливыми свойствами, поэтому ее искажение видно отчетливее всего. Например, у объекта есть «горизонт событий». Это поверхность сферы, отмечающая черту дыры. То есть, если вы перешагнете этот предел, то назад пути нет.

Если буквально, то это место, где скорость убегания приравнивается к световой. Вне этого места скорость убегания уступает скорости света. Но если ваша ракета способна разогнаться, то энергии хватит на побег.

Сам горизонт довольно странный с точки зрения геометрии. Если вы расположены далеко, то вам покажется, что смотрите на статическую поверхность. Но если подойти ближе, то приходит осознание, что она движется наружу со световой скоростью! Теперь понятно, почему легко войти, но так сложно сбежать. Да, это очень запутанно, ведь фактически горизонт стоит на месте, но одновременно и мчится со скоростью света. Это как в ситуации с Алисой, которой нужно было бежать максимально быстро, чтобы просто остаться на месте.

При попадании в горизонт, пространство и время переживают такое сильное искажение, что координаты начинают описывать роли радиального расстояния и времени переключения. То есть «r», отмечающая дистанцию от центра, становится временной, а за «пространственность» теперь отвечает «t». В итоге, вы не сможете перестать передвигаться с меньшим показателем r, как и не способны в обычном времени попасть в будущее. Вы придете к сингулярности, где r = 0. Можно выбрасывать ракеты, запускать двигатель на максимум, но вам не убежать.

Термин «черная дыра» придумал Джон Арчибальд Уилер. До этого их называли «остывшими звездами».

Физик Эмиль Ахмедов об изучении черных дыр, Карле Шварцшильде и гигантских черных дырах:

Существует два способа вычислить, насколько что-то велико. Можно назвать массу или какую величину занимает участок. Если брать первый критерий, то нет конкретного предела массивности черной дыры. Можно использовать любое количество, если вы способны сжать ее до необходимой плотности.

Большая часть этих образований появилась после смерти массивных звезд, поэтому можно ожидать, что их вес должен быть равнозначен. Типичная масса для такой дыры должна быть в 10 раз больше солнечной – 10 31 кг. Кроме того, в каждой галактике должна проживать центральная сверхмассивная черная дыра, чья масса превосходит солнечную в миллион раз – 10 36 кг.

Чем массивнее объект, тем больше массы охватывает. Радиус горизонта и масса прямо пропорциональны, то есть, если черная дыра весит в 10 раз больше другой, то и ее радиус в 10 раз крупнее. Радиус дыры с солнечной массивностью равняется 3 км, а если в миллион раз больше, то 3 миллиона км. Кажется, что это невероятно массивные вещи. Но не будем забывать, что для астрономии это стандартные понятия. Солнечный радиус достигает 700000 км, а у черной дыры у в 4 раза больше.

Допустим, что вам не повезло и ваш корабль неумолимо движется к сверхмассивной черной дыре. Нет смысла бороться. Вы просто выключили двигатели и идете навстречу неизбежному. Чего ожидать?

Начнем с невесомости. Вы пребываете в свободном падении, поэтому экипаж, корабль и все детали невесомы. Чем ближе подходите к центру отверстия, тем сильнее ощущаются приливные гравитационные силы. Например, ваши ноги ближе к центру, чем голова. Тогда вам начинает казаться, что вас растягивают. В итоге, вас просто разорвет на части.

Эти силы неприметны, пока вы не подойдете на удаленность в 600000 км от центра. Это уже после черты горизонта. Но мы говорим об огромном объекте. Если вы падаете в дыру с солнечной массой, то приливные силы охватили бы вас в 6000 км от центра и разорвали до того, как вы подошли к горизонту (поэтому мы отправляем вас в большую, чтобы смогли умереть уже внутри дыры, а не на подходе).

Что внутри? Не хочется разочаровывать, но ничего примечательного. Некоторые объекты могут искажаться по внешнему виду и больше ничего необычного. Даже после перехода горизонта вы будете видеть вещи вокруг себя, так как они движутся с вами.

Сколько на все это уйдет времени? Все завит от вашей удаленности. Например, вы начали с точки покоя, где сингулярность в 10 раз больше радиуса дыры. Для подхода к горизонту понадобится лишь 8 минут, а затем еще 7 секунд, чтобы войти в сингулярность. Если падаете в маленькую черную дыру, то все произойдет быстрее.

Как только перешагнете горизонт, можете стрелять ракетами, кричать и плакать. На все это у вас 7 секунд, пока не попадете в сингулярность. Но ничего уже не спасет. Поэтому просто насладитесь поездкой.

Допустим, вы обречены и падаете в дыру, а ваш друг/подруга наблюдает за этим издалека. Ну, он увидит все по-другому. Заметит, что ближе к горизонту вы замедлите свой ход. Но даже если человек просидит сотню лет, он так и не дождется, когда вы достигнете горизонта.

Попробуем объяснить. Черная дыра могла появиться из коллапсирующей звезды. Так как материал разрушается, то Кирилл (пусть будет вашим другом) видит его уменьшение, но никогда не заметит подхода к горизонту. Именно поэтому их называли «замороженными звездами», ведь кажется, будто они замерзают с определенным радиусом.

В чем же дело? Назовем это оптической иллюзией. Для формирования дыры не нужна бесконечность, как и для перехода через горизонт. По мере вашего подхода свету требуется больше времени, чтобы добраться к Кириллу. Если точнее, то излучение в реальном времени от вашего перехода зафиксируется у горизонта навечно. Вы уже давно перешагнули за линию, а Кирилл все еще наблюдает световой сигнал.

Или же можно подойти с другой стороны. Время тянется дольше возле горизонта. Например, вы обладаете супермощным кораблем. Вам удалось приблизиться к горизонту, побыть там пару минут и выбраться живым к Кириллу. Кого же вы увидите? Старика! Ведь для вас время текло намного медленнее.

Что тогда верно? Иллюзия или игра времени? Все зависит от используемой системы координат при описании черной дыры. Если полагаться на координаты Шварцшильда, то при пересечении горизонта временная координата (t) приравнивается к бесконечности. Но показатели этой системы предоставляют размытое представление того, что происходит возле самого объекта. У линии горизонта все координаты искажаются (сингулярность). Но вам можно использовать обе системы координат, поэтому два ответа имеют силу.

В реальности вы просто станете невидимкой, и Кирилл перестанет вас видеть еще до того, как пройдет много времени. Не стоит забывать о красном смещении. Вы излучаете наблюдаемый свет на определенной волне, но Кирилл увидит его на более длинной. Волны удлиняются по мере приближения к горизонту. Кроме того, не стоит забывать, что излучение происходит в определенных фотонах.

Например, в момент перехода вы отправите последний фотон. Он достигнет Кирилла в определенное конечное время (примерно час для сверхмассивной черной дыры).

Конечно, нет. Не забывайте про существование горизонта событий. Только из этой области вы не можете выбраться. Достаточно просто не приближаться к ней и чувствуйте себя спокойно. Более того, с безопасного расстояния вам этот объект будет казаться самым обычным.

Информационный парадокс Хокинга

Физик Эмиль Ахмедов о действии гравитации на электромагнитные волны, информационном парадоксе черных дыр и принципе предсказуемости в науке:

Не паникуйте, так как Солнцу никогда не трансформироваться в подобный объект, потому что ему просто не хватит массы. Тем более, что оно будет сохранять свой теперешний внешний вид еще 5 миллиардов лет. Затем перейдет к этапу красного гиганта, поглотив Меркурий, Венеру и хорошо поджарив нашу планету, а затем станет обычным белым карликом.

Но давайте предадимся фантазии. Итак, Солнце стало черной дырой. Начнем с того, что сразу нас укутает темнота и холод. Земля и прочие планеты не будут всасываться в дыру. Они продолжат вращаться вокруг нового объекта по обычным орбитам. Почему? Потому что горизонт будет достигать всего 3 км, и гравитация ничего не сможет с нами сделать.

Да. Естественно, мы не можем полагаться на видимое наблюдение, так как свету не удается вырваться. Но есть косвенные улики. Например, вы видите участок, в котором может быть черная дыра. Как это проверить? Начните с измерения массы. Если видно, что в одной области ее слишком много или она как бы незаметна, то вы на верном пути. Есть две точки поиска: галактический центр и двойные системы с рентгеновским излучением.

Таким образом, в 8 галактиках нашли массивные центральные объекты, чья масса ядер колеблется от миллиона до миллиарда солнечных. Массу вычисляют через наблюдение за скоростью вращения звезд и газа вокруг центра. Чем быстрее, тем больше должна быть масса, чтобы удержать их на орбите.

Эти массивные объекты считают черными дырами по двум причинам. Ну, больше просто нет вариантов. Нет ничего массивнее, темнее и компактнее. К тому же есть теория, что у всех активных и крупных галактиках в центре прячется такой монстр. Но все же это не 100% доказательства.

Но в пользу теории говорят две последних находки. У ближайшей активной галактики заметили систему «водяного мазера» (мощный источник микроволнового излучения) возле ядра. При помощи интерферометра ученые отобразили распределение газовых скоростей. То есть, они измерили скорость в пределах половины светового года в галактическом центре. Это помогло им понять, что внутри расположен массивный объект, чей радиус достигает половины светового года.

Вторая находка убеждает еще больше. Исследователи при помощи рентгена наткнулись на спектральную линию галактического ядра, указывающую на присутствие рядом атомов, скорость движения которых невероятно высокая (1/3 световой). Кроме того, излучение соответствовало красному смещению, что отвечает горизонту черной дыры.

Еще один класс можно найти в Млечном Пути. Это звездные черные дыры, формирующиеся после взрыва сверхновой. Если бы они существовали отдельно, то даже вблизи мы бы вряд ли ее заметили. Но нам везет, ведь большинство существуют в двойных системах. Их легко отыскать, так как черная дыра будет тянуть массу своего соседа и влиять на него гравитацией. «Вырванный» материал формирует аккреционный диск, в котором все нагревается, а значит, создает сильное излучение.

Предположим, вам удалось найти двойную систему. Как понять, что компактный объект представляет собою черную дыру? Снова обращаемся к массе. Для этого измерьте орбитальную скорость соседней звезды. Если масса невероятно огромная при таких малых размерах, то вариантов больше не остается.

Это сложный механизм. Подобную тему Стивен Хокинг затронул еще в 1970-х годах. Он говорил, что черные дыры не совсем «черные». Там присутствуют квантово-механические эффекты, заставляющие ее создавать излучение. Постепенно дыра начинает сжиматься. Скорость излучения растет с уменьшением массы, поэтому дыра излучает все больше и ускоряет процесс сжатия, пока не растворится.

Однако, это лишь теоретическая схема, ведь никто не может точно сказать, что происходит на последнем этапе. Некоторые думают, что остается небольшой, но стабильный след. Современные теории не придумали пока ничего лучше. Но сам процесс невероятен и сложен. Приходится вычислять параметры в искривленном пространстве-времени, а сами результаты не поддаются проверке в привычных условиях.

Здесь можно воспользоваться Законом сохранения энергии, но только для коротких продолжительностей. Вселенная может создавать энергию и массу с нуля, но только они должны быстро исчезать. Одно из проявлений – вакуумные флуктуации. Пары частиц и античастиц вырастают из ниоткуда, существуют определенный недолгий срок и гибнут во взаимном уничтожении. При их появлении энергетический баланс нарушается, но все восстанавливается после исчезновения. Кажется фантастикой, но этот механизм подтвержден экспериментально.

Допустим, одна из вакуумных флуктуаций действует возле горизонта черной дыры. Возможно, одна из частиц падает внутрь, а вторая убегает. Сбежавшая забирает с собою часть энергии дыры и может попасть на глаза наблюдателю. Ему покажется, что темный объект просто выпустил частицу. Но процесс повторяется, и мы видим непрерывный поток излучения из черной дыры.

Мы уже говорили, что Кириллу кажется, будто вам нужна бесконечность, чтобы перешагнуть через линию горизонта. Кроме того, упоминалось, что черные дыры испаряются через конечный временной промежуток. То есть, когда вы достигнете горизонта, дыра исчезнет?

Нет. Когда мы описывали наблюдения Кирилла, мы не говорили о процессе испарения. Но, если этот процесс присутствует, то все меняется. Ваш друг увидит, как вы перелетите через горизонт именно в момент испарения. Почему?

Над Кириллом властвует оптическая иллюзия. Излучаемому свету в горизонте событий нужно много времени, чтобы добраться к другу. Если дыра длится вечно, то свет может идти бесконечно долго, и Кирилл не дождется перехода. Но, если дыра испарилась, то свет уже ничто не остановит, и он доберется к парню в момент взрыва излучения. Но вам уже все равно, ведь вы давно погибли в сингулярности.

В формулах общей теории относительности есть интересная особенность – симметричность во времени. Например, в любом уравнении вы можете представить, что время течет назад и получите другое, но все же правильно, решение. Если применить этот принцип к черным дырам, то рождается белая дыра.

Черная дыра – определенная область, из которой ничто не может выбраться. Но второй вариант, это белая дыра, в которую ничто не может упасть. Фактически, она все отталкивает. Хотя, с математической точки зрения, все выглядит гладко, но это не доказывает их существование в природе. Скорее всего, их нет, как и способа это выяснить.

До этого момента мы говорили о классике черных дыр. Они не вращаются и лишены электрического заряда. А вот в противоположном варианте начинается самое интересное. Например, вы можете попасть внутрь, но избежать сингулярности. Более того, ее «внутренность» способна контактировать с белой дырой. То есть, вы попадете в своеобразный туннель, где черная дыра – вход, а белая – выход. Подобную комбинацию называют червоточиной.

Интересно, что белая дыра может находиться в любом месте, даже в другой Вселенной. Если уметь управлять такими червоточинами, то мы обеспечим быструю транспортировку в любую область пространства. А еще круче – возможность путешествий во времени.

Но не пакуйте рюкзак, пока не узнаете несколько моментов. К сожалению, велика вероятность, что таких формирований нет. Мы уже говорили, что белые дыры – вывод из математических формул, а не реальный и подтвержденный объект. Да и все наблюдаемые черные дыры создают падение материи и не формируют червоточин. И конечная остановка – сингулярность.

Гениальный физик-теоретик и космолог Стивен Хокинг любит рассуждать на темы, которые заставляют нас переосмыслить множество научных явлений. Несколько дней назад его новое исследование заставило усомниться в существовании одного из самых загадочных явлений космоса — черных дыр. А пока ученые пытаются понять его новое исследование, предлагаю вам узнать интересные факты о черных дырах.

По мнению исследователя (которое изложено в работе “Сохранение информации и прогнозы погоды для черных дыр”), то, что мы называем чёрными дырами, может существовать без так называемого “горизонта событий”, за который вырваться уже ничто не может. Хокинг считает, что чёрные дыры удерживают свет и информацию только какое-то время, а потом “выплёвывают” обратно в космос, правда, в изрядно искажённом виде.

Свое название чёрные дыры получили потому, что всасывают свет, который касается ее границ, и не отражают его

Формируясь в момент, когда достаточно сжатая масса вещества деформирует пространство и время, черная дыра имеет определенную поверхность, называемую “горизонтом событий”, знаменующую собой точку невозврата.

Черные дыры влияют на течение времени

Близко к уровню моря часы идут медленнее, чем на космической станции, а вблизи черных дыр и того медленнее. Это каким-то образом связано с силой тяжести.

Ближайшая черная дыра находится примерно в 1600 световых лет от нас

Наша галактика усеяна черными дырами, однако ближайшая из тех, что теоретически способны уничтожить нашу скромную планету, находится далеко за пределами нашей Солнечной системы.

Огромная черная дыра находится в центре галактики Млечный Путь

Она расположена на расстоянии 30 тысяч световых лет от Земли, а её размеры более чем в 30 миллионов раз превышают размеры нашего Солнца.

Черные дыры, в конце концов, испаряются

Считается, что ничто не может вырваться из черной дыры. Единственное исключение из этого правила – радиация. По мнению некоторых ученых, по мере того, как черные дыры излучают радиацию, они теряют массу. В результате этого процесса черная дыра может и вовсе исчезнуть.

Черные дыры имеют форму не воронки, а сферы

В большинстве учебников вы увидите черные дыры, которые выглядят, как воронки. Это происходит потому, что они проиллюстрированы с точки зрения гравитационного колодца. В действительности они больше похожи на сферу.

Вблизи черной дыры всё искажается

Черные дыры обладают способностью искажать пространство, и, поскольку они вращаются, то искажение усиливается по мере вращения.

Черная дыра может убить ужасным образом

Хотя это кажется очевидным, что черная дыра несовместима с жизнью, большинство людей думают, что там их бы просто раздавило. Не обязательно. Вас, скорее всего, растянуло бы до смерти, потому что часть вашего тела, первой достигшая «горизонта событий» оказалась бы под значительно большим влиянием силы тяжести.

Черные дыры не всегда черные

Хотя они известны своей чернотой, как мы уже говорили ранее, они на самом деле излучают электромагнитные волны.

Черные дыры способны не только разрушать

Конечно, в большинстве случаев, так и есть. Однако существуют многочисленные теории, исследования и предположения о том, что черные дыры действительно могут быть приспособлены для получения энергии и для космических путешествий.

Открытие черных дыр принадлежит не Альберту Эйнштейну

Альберт Эйнштейн только возродил теорию черных дыр в 1916 году. Задолго до того, в 1783 году, ученый по имени Джон Митчелл первым разработал эту теорию. Это произошло после того, как он задался вопросом, может ли гравитация стать настолько сильной, что даже легкие частицы не могли бы избежать ее.

Черные дыры гудят

Хотя вакуум в космосе на самом деле не передает звуковых волн, если слушать с помощью специальных инструментов, то можно услышать звуки атмосферных помех. Когда черная дыра затягивает что-то внутрь, ее горизонт событий ускоряет частицы, вплоть до скорости света, и они производят гул.

Черные дыры могут генерировать элементы, необходимые для зарождения жизни

Исследователи считают, что черные дыры создают элементы по мере своего распада на субатомные частицы. Эти частицы способны создавать элементы тяжелее гелия, такие как железо и углерод, а также многие другие, необходимые для формирования жизни.

Черные дыры не только “проглатывают”, но и “выплевывают”

Черные дыры известны тем, что всасывают все, что оказывается вблизи их горизонта событий. После того, как что-то попадает в черную дыру, оно сдавливается с такой чудовищной силой, что отдельные компоненты сжимаются и в конечном счете распадаются на субатомные частицы. Некоторые ученые предполагают, что эта материя затем выбрасывается из того, что называют “белой дырой”.

Любая материя может стать черной дырой

С технической точки зрения, черными дырами могут становиться не только звезды. Если бы ключи от вашей машины уменьшились до бесконечно малой точки, сохранив при этом свою массу, то их плотность достигла бы астрономического уровня, и сила их тяжести увеличилась бы до невероятности.

Законы физики теряют силу в центре черной дыры

Согласно теориям, вещество внутри черной дыры сжимается до бесконечной плотности, а пространство и время перестают существовать. Когда это происходит, законы физики перестают действовать, просто потому, что человеческий разум не способен вообразить предмет, имеющий нулевой объем и бесконечную плотность.

Черные дыры определяют количество звезд

По мнению некоторых ученых, число звезд во Вселенной ограничено количеством черных дыр. Это связано с тем, как они влияют на газовые облака и образование элементов в тех частях Вселенной, где рождаются новые звезды.

Чёрной дырой называют область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не может даже свет. Разросшиеся до гигантских размером чёрные дыры образуют ядра большинства галактик.

Сверхмассивная чёрная дыра - это чёрная дыра с массой около 10 5 -10 10 масс Солнца. По состоянию на 2014 год сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая наш Млечный Путь.

1. Самая тяжёлая сверхмассивная чёрная дыра за пределами нашей галактики находится в галактике в гигантской эллиптической галактики NGC 4889 в созвездии Волосы Вероники. Её масса - около 21 млрд солнечных масс!

На этом снимке - галактика NGC 4889 находится в центре. Где-то там притаился тот самый гигант. (Фото NASA):

2. Общепринятой теории образования чёрных дыр такой массы ещё нет. Существует несколько гипотез, наиболее очевидной из которых является гипотеза, описывающая постепенное наращивание массы чёрной дыры путём гравитационного притяжения материи (обычно газа) из космического окружающего пространства. Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме.

Сверхмассивная чёрная дыра и её аккреционный диск в представлении художника. (Фото NASA):

3. Спиральная галактика NGC 4845 (тип Sa) в созвездии Дева, находящаяся на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли. В центре галактики находится сверхмассивная чёрная дыра с массой около 230 000 солнечных масс. (Фото NASA):

4. Космическая обсерватория Chandra (Chandra X-ray Observatory, NASA) не так давно предоставила доказательства о том, что многие сверхмассивные черные дыры вращаются с огромной скоростью. Измеренная скорость вращения одной из черных дыр - 3.5 трлн. миль/час - это примерно половина скорости света, а её невероятная гравитация тянет за собой окружающее пространство на много миллионов километров. (Фото NASA):

5. Спиральная галактика NGC 1097 в созвездии Печь. В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая в 100 миллионов раз тяжелее нашего Солнца. Она засасывает в себя любую материю в окру́ге. (Фото NASA):

6. Мощнейший квазар в галактике Маркарян 231 может получать энергию от двух расположенных в центре черных дыр, которые кружатся вокруг друг друга. Согласно подсчетам ученых, масса центральной черной дыры превышает солнечную массу в 150 миллионов раз, масса черной дыры-спутника больше солнечной в 4 миллиона раз. Этот динамический дуэт поглощает галактическую материю и вырабатывает огромное количество энергии, вызывающее сияние в центре галактики, способное затмить сияние миллиардов звезд.

Квазары - самые яркие источники во Вселенной, свет которых ярче чем сияние их галактик. Есть гипотеза, что квазары представляют собой ядра далеких галактик на стадии необычно высокой активности. Квазара в центре галактики Маркарян 231 - это самый близкий к нам подобный объект и проявляет себя как компактный радиоисточник. Ученые оценивают его возраст всего в миллион лет. (Фото NASA):

7. Гигантская эллиптическая галактика M60 и спиральная галактика NGC 4647 выглядят очень странной парой. Они обе находятся в созвездии Дева. Яркая M60, находящаяся на расстоянии около 54 миллионов световых лет от нас, имеет простую форму яйца, которая создаётся беспорядочно роящимися старыми звёздами. NGC 4647 (вверху справа), напротив, состоит из молодых голубых звёзд, газа и пыли, которые расположены в закрученных рукавах плоского вращающегося диска.

В центре М60 находится сверхмассивная черная дыра, имеющая 4,5 млрд солнечных масс. (Фото NASA):

8. Галактика 4C+29.30, расположенная на расстоянии 850 миллионов световых лет от Земли. В центре находится сверхмассивная чёрная дыра. Ёе масса в 100 миллионов раз больше массы нашего Солнца. (Фото NASA):

9. Астрономы долгое время искали подтверждение того, что Стрелец А - наша сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути, является источником струи плазмы. Наконец, они нашли его, - об этом говорят новые результаты, полученные рентгеновской обсерваторией Chandra (Чандра) и радиотелескопом VLA. Эта струя или джет образуется за счет поглощения вещества сверхмассивной черной дырой и ее существование давно предсказывалось теоретиками. (Фото NASA):

10. Используя самые качественные рентгеновские снимки, астрономы нашли первый очевидный факт того, что массивные черные дыры были схожи в Ранней Вселенной. Исследования и наблюдения отдаленных галактик показали, что они все обладают схожими супермассивными черными дырами. В Ранней Вселенной было найдено по меньшей мере 30 миллионов супермассивных схожих черных дыр. Это в 10 000 раз больше, чем предполагалось ранее.

На рисунке художника изображена растущая супермассивная черная дыра. (Фото NASA):

11. Спиральная галактика NGC 4945 с перемычкой (SBc) в созвездии Центавр. Она достаточно похожа на нашу Галактику, однако рентгеновские наблюдения показывают наличие ядра, вероятно, содержащего активную сверхмассивную чёрную дыру. (Фото NASA):

12. Скопление PKS 0745-19. Черная дыра, находящаяся в центре, является одной из 18 крупнейших известных черных дыр во Вселенной. (Фото NASA):

13. Мощный поток частиц из сверхмассивной черной дыры, ударивший по расположенной рядом галактике. Астрономы наблюдали столкновения галактик и раньше, но такой «космический выстрел» зафиксирован впервые. «Инцидент» произошел в звездной системе, расположенной на расстоянии 1,4 млрд. световых лет от Земли, где в настоящее время идет процесс слияния двух галактик. «Черная дыра» большей из двух галактик, которую астрономы сравнивают со «Звездой смерти» из киноэпопеи «Звездные войны», выбросила мощный поток заряженных частиц, который угодил прямо в галактику, находящуюся по соседству. (Фото NASA):

14. Найдена самая молодая чёрная дыра. Прародительницей новичка стала сверхновая, вспыхнувшая всего 31 год назад. (Фото Chandra X-ray Observatory Center):

15. Художественное изображение черной дыры, поглощающей космическое пространство. Со времени теоретического предсказания чёрных дыр оставался открытым вопрос об их существовании, так как наличие решения типа «чёрная дыра» ещё не гарантирует, что существуют механизмы образования подобных объектов во Вселенной. (Фото NASA):

16. Вспышки на черной дыре в спиральной галактике M83 (известна также под названием Южная Вертушка), полученные с помощью космической рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра». Южная Вертушка находится на расстоянии приблизительно 15 миллионов световых лет от нас. (Фото NASA):

17. Спиральная галактика NGC 4639 с перемычкой в созвездии Дева. NGC 4639 скрывает массивную черную дыру, которая поглощает космический газ и пыль. (Фото NASA):

18. Галактика M 77 в созвездии Кит. В центре неё - сверхмассивная черная дыра. (Фото NASA):

19. Художники изобразили черную дыру нашей Галактики – Стрелец A*. Это объект огромной массы. По анализу элементов орбит вначале было определено, что вес объекта составляет 2.6 млн солнечных масс, причем эта масса заключена в объёме не более 17 световых часов (120 а. e.) в диаметре. (Фото NASA):

20. Заглянуть в жерло чёрной дыры. Получить уникальное изображение жерла черной дыры и редких явлений в ее окрестностях удалось астрономам японского аэрокосмического агентства ДЖАКСА с помощью инфракрасной космической лаборатории NASA WISE. Объектом наблюдения WISE стала черная дыра в 6 раз превышающая массу солнца и значащаяся в каталогах под названием GX 339-4. Рядом с GX 339-4, находящейся на расстоянии более 20 тыс. световых лет от Земли, обращается звезда, вещество которой затягивается в черную дыру под воздействием ее чудовищного гравитационного поля, которое в 30 тыс. раз сильнее, чем на поверхности нашей планеты. При этом часть данного вещества выбрасывается от черной дыры в обратном направлении, образуя струи частиц, движущихся на околосветовых скоростях. (Фото NASA):

21. Галактика NGC 3081 в созвездии Гидра. Находится на расстоянии около 86 миллионов световых лет от Солнечной системы. Как считают ученые, в центре NGC 3081 находится сверхмассивная чёрная дыра. (Фото NASA):

22. Спит и видит сны. Почти десять лет назад космическая рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» зафиксировала признаки того, что, по-видимому, является черной дырой, которая поглощает газ прямо в центре ближайшей галактики Скульптор. И вот в 2013 году космический телескоп НАСА NuSTAR, который регистрирует жесткое рентгеновское излучение, бросает беглый взгляд в том же направлении и обнаруживает мирно спящую черную дыру (за последние 10 лет перешла в неактивное состояние).

Масса спящей черной дыры примерно в 5 миллионов раз больше массы нашего Солнца. Черная дыра находится в центре галактики Скульптор, известной также как NGC 253. (Фото NASA):

23. Плазма, выбрасываемая сверхмассивными черными дырами в центрах галактик может переносить огромное количество энергии на гигантские расстояния. Область 3C353 в свете рентгеновских лучей телескопов Чандра и Very Large Array окружена плазмой, выброшенной одной из черных дыр. На фоне гигантских «перьев» излучения галактики выглядят крошечными точками в центре. (Фото NASA):

24. Так по мнению художника может выглядеть сверхмассивная черная дыра с массой от нескольких миллионов до миллиардов раз больше массы нашего Солнца. Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме. (Фото NASA).

МОСКВА, 9 дек - РИА Новости . Орбитальная обсерватория "Хаббл" получила фотографии необычно легкой черной дыры в центре небольшой галактики в созвездии Девы, невозможно высокая яркость которой нарушает представления человечества о поведении и устройстве подобных объектов, сообщает сайт космического телескопа.

Астроном: мы выяснили, что галактики умирают из-за "обжорства" Астроном Алексей Финогенов рассказал РИА "Новости" об открытии удивительного скопления галактик в созвездии Секстанта, где звезды рождаются быстрее всего во Вселенной, и объяснил, как его обнаружение меняет наши представления о том, как рождаются и умирают галактики, и как в этом замешаны гигантские черные дыры.

Считается, что в центре большинства крупных галактик существует, по крайней мере, одна сверхмассивная черная дыра. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Наблюдения за искривлением пространства вокруг них позволяют говорить о том, что типичная масса сверхмассивных черных дыр находится в диапазоне от миллиона до нескольких миллиардов масс Солнца.

Астрономы изучают подобные объекты уже несколько десятилетий, наблюдая за ними в радиоволновом и рентгеновском диапазонах. Наблюдения за подобными "тяжеловесами" затруднены тем, что они нередко скрываются от нашего взора под толстой "шубой" из пыли и газа, окружающей ядра галактик.

Некоторые из них, такие как спиральная галактика RX J1140.1+0307 в созвездии Девы, удаленная от нас примерно на миллиард световых лет, повернуты к Земле "боком", что позволяет увидеть ту часть ядра галактики, которая в Млечном Пути скрыта под слоем пыли, и изучить процессы, которые происходят в ней.

Черная дыра, обитающая в центре RX J1140.1+0307, обладает относительно небольшим весом - она является одной из самых "легких" сверхмассивных черных дыр, найденных в далеких галактиках за последние десятилетия. Многие астрономы даже относят ее к другому классу объектов - так называемым черным дырам промежуточной массы, которые сегодня ученые считают "потерянным звеном" эволюции галактик.

Ученые: детектор LIGO мог увидеть "стену огня" у черной дыры Анализ данных, собранных детектором LIGO в прошлом году, намекает на существование "стены огня" у горизонта событий черных дыр, что указывает на нарушение теории относительности Эйнштейна.

По этой причине ученые активно следят за данным "звездным мегаполисом", наблюдая за активностью черной дыры при помощи оптических, рентгеновских и радиотелескопов. Последние наблюдения за RX J1140.1+0307 раскрыли удивительную вещь - яркость черной дыры в данной галактике на порядки выше того, что предсказывает теория, и ее невозможно объяснить при помощи текущих представлений об устройстве черных дыр и их роли в жизни галактик.

Как надеются астрономы, наблюдения за RX J1140.1+0307 и другими известными черными дырами промежуточной массы помогут понять, как данной галактике удается быть столь яркой и какую роль такие объекты играли в процессе роста галактик и формировании "настоящих" сверхмассивных черных дыр.

Международная команда ученых, в которую, скорее всего, войдут и датчане, намерена сфотографировать черную дыру, чтобы увидеть, как она выглядит. Раньше не делалось ничего подобного.

Если удастся получить изображения черной дыры, мы приблизимся к пониманию природы этого загадочного явления, объясняет Уффе Грое Йоргенсен (Uffe Gråe Jørgensen) из Института Нилься Бора при Копенгагенском университете, который в настоящее время работает над включением Дании в проект.

«По-моему, это крайне интересно. Всегда здорово получить возможность проверить какие-то теории, а сейчас речь идет об исключительных теориях в связи с поведением света и материи в экстремальных условиях черной дыры», — говорит Уффе Грое Йоргенсен, преподаватель кафедры астрофизики и планетарных исследований.

Снимки черных дыр могут открыть новое поле исследований

Сфотографировать черную дыру — непростая задача. Для этого требуются правильные условия, так что ученые намерены воспользоваться новым Гренландским телескопом, который разместят на ледяном щите Гренландии.

Если удастся получить фотографии черной дыры, они могут открыть совершенно новое поле исследований, подтверждает не участвующий в проекте профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй (Ulrik Ingerslev Uggerhøj) из Института физики и астрономии при университете Орхуса.

«Это положит начало так называемой физике сильных полей под воздействием силы тяжести. Откроется новая область, напоминающая наблюдения за гравитационными волнами, о которых объявили в феврале. Если получится сделать снимок черной дыры, это будет такой же прорыв, как гравитационные волны», — комментирует профессор.

Ученые помогли смоделировать черную дыру в «Интерстелларе»

До сих пор черные дыры наблюдали лишь через оптические телескопы, которые не давали возможности изучить их структуру. В этих телескопах черные дыры выглядят как темное пятно. Так что все, что прежде удавалось увидеть, — это материя, поглощаемая дырой.

Новые субмиллиметровые телескопы имеют настолько высокое разрешение, что позволяют разглядеть структуру черных дыр, поясняет Уффе Грое Йоргенсен.

Контекст

Одиноко ли человечество во вселенной?

Forbes 23.06.2016

Жизнь во Вселенной - большая редкость?

Scientific American 26.05.2016

Какая самая мощная сила во Вселенной?

Forbes 29.04.2016
Субмиллиметровый телескоп имеет длину волны меньше одного миллиметра. Он представляет собой нечто среднее между оптическим и радиотелескопом. Субмиллимитровый телескоп различает более длинные волны, чем у обычного инфракрасного излучения, но не настолько длинные, как у радиоизлучения.

До сих пор было невозможно увидеть содержимое черных дыр, так что ученые выдвигают различные теории. Увидеть, как наука представляет себе черные дыры, можно в фильме «Интерстеллар» (Interstellar).

«Это прекрасная анимация, не имеющая аналогов. В создании фильма участвовали выдающиеся ученые-специалисты по проблеме черных дыр, так что в их интересах было создать корректную картину. Вероятно, все выглядит именно так, как в фильме», — говорит Уффе Грое Йоргенсен.

Гренландский телескоп будут использовать одновременно с другими

Чтобы сфотографировать черную дыру, Гренландский телескоп объединят с телескопами в Чили и на Гавайях. Одновременно все три телескопа будут функционировать как один большой аппарат, «диаметр» которого соответствует расстоянию между ними, то есть составит несколько тысяч километров.

Так что выбор телескопа на территории Гренландии не случаен, объясняет ученый.

«Объект, на который они нацелятся, должен одновременно наблюдаться из трех разных мест, удаленных друг от друга на максимально возможное расстояние. Нельзя использовать телескопы и в восточном, и в западном полушариях, потому что тогда не получится наблюдать точку на небе в одно и то же время».

Телескоп разместят на льду

В настоящее время Гренландский телескоп находится на борту корабля, следующего из США в Каанаак на севере Гренландии. Корабль прибудет на место в течение лета, после чего телескоп соберут и установят на высшей точке поверхности гренландского ледника, где наблюдаются идеальные погодные и климатические условия.

«Гренландский телескоп будет помещен на высоту более трех километров. Многие думают, что там, где есть лед, много воды и, следовательно, высокая влажность. Возможно, это представление связано с тем, что у нас в Дании исключительно влажные зимы с температурой в районе нуля градусов и мокрым снегом. В действительности, при температуре −30 градусов очень сухо, потому что вся вода конденсируется и превращается в снег. Так что эта вершина — отличное место, она расположена на большой высоте, и там очень сухо».

Изображения черных дыр появятся лишь через несколько лет

Гренландский телескоп будет введен в строй не раньше 2017 года, но когда это произойдет, мы надеемся узнать много нового о черных дырах, говорит преподаватель из Копенгагена.

«Нам мало что известно о черных дырах, и мы будем над этим работать. Каково их гравитационное поле? Что происходит с материей, когда ее затягивает в черную дыру? Один из интереснейших вопросов — это могут ли большие черные дыры в центре галактик быть путем в другие вселенные либо в другие точки времени-пространства. Вот об этом мы хотим узнать что-нибудь новое. Мы не собираемся прямо завтра начать полеты через черные дыры, смысл не в этом. Но в долгосрочной перспективе наша работа даст много новой информации, которая может привести туда, где мы еще не бывали».

Гренландский телескоп — не единственный, который датские ученые используют для наблюдения за черными дырами. Он лишь часть проекта под названием Event Horizon Telescope, объединяющего девять телескопов, каждый из которых выполняет одни и те же задачи.

Неважно, какому из них выпадет честь сделать первые снимки черной дыры. Но, как сообщает профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй, окончательный выбор будет сделан в ближайшее время.

«Вопрос лишь в том, сколько нам придется ждать, но, по моему мнению, велики шансы, что мы увидим снимок в ближайшие пять лет».

Проект вдохновит молодых гренландцев

Наблюдение за черными дырами — не единственная цель проекта, продолжает Уффе Грое Йоргенсен.

«Это не просто большой научный проект, но и прекрасная возможность попытаться повлиять на гренландское общество, пробудить интерес местной молодежи к науке, вдохновить Гренландию на развитие высоких технологий. Это очень важная задача».

Аллан Финних (Allan Finnich), координатор научных исследований в сфере здравоохранения Среднегренландской гимназии, тоже считает, что необходимо стимулировать интерес гренландцев к естественнонаучным дисциплинам.

«Во многом необходимо повышать естественнонаучный интерес. Гренландии нужны ученые в этой области, а их не очень много. Сейчас нет возможности получать такое образование в Гренландии, надо ехать в Данию, что тоже является помехой».

Когда устанавливают телескоп, 10 % времени наблюдения, как правило, предоставляют ученым принимающей стороны. Ученые рассчитывают, что студенты гренландских гимназий тоже получат такую возможность. Но наладить сотрудничество непросто, и пока еще не ясно, что именно проект принесет Гренландии.

Учитель гимназии: нужно больше естественных наук

Если гренландским ученикам разрешат воспользоваться телескопом, интерес, несомненно, будет очень велик, считает научный координатор в сфере естественных наук Матиас Росдаль Йенсен (Mathias Rosdal Jensen).

«Думаю, это было бы очень интересно ученикам, ведь речь идет о собственном продукте Гренландии. Сейчас в стране множество датских или связанных с Данией обучающих материалов».

Уффе Грое Йоргенсен надеется, что телескоп станет источником вдохновения для молодых гренландцев.

«Прекрасная цель проекта с телескопом — развивать интерес и привлекать больше молодежи в сферу естественных наук».