Думаете, что знаете всё о чёрных дырах? 7 фактов, которые могут вас удивить
Чёрные дыры относятся к числу самых загадочных объектов во Вселенной. Они способны искривлять пространство и время, питать энергией одни из самых ярких объектов, когда-либо наблюдавшихся астрономами, и даже создавать рябь в пространстве-времени, которую учёные могут регистрировать на Земле.
Хотя долгое время чёрные дыры оставались главным образом объектом научной фантастики, современные астрономические обсерватории превратили их из теоретических предсказаний в наблюдаемые космические лаборатории. Вот семь удивительных фактов, которые показывают, почему чёрные дыры продолжают бросать вызов нашему пониманию Вселенной.
1. Для получения первого изображения чёрной дыры понадобился телескоп размером с Землю
Знаменитое оранжевое кольцо, опубликованное в 2019 году, было получено не одним телескопом. Вместо этого проект Event Horizon Telescope объединил радиотелескопы по всему миру с помощью метода, называемого интерферометрией со сверхдлинной базой (Very Long Baseline Interferometry, VLBI), фактически создав виртуальный телескоп размером с Землю.
Этот беспрецедентный инженерный проект позволил учёным получить изображение тени сверхмассивной чёрной дыры M87*, а затем и Стрельца A* — сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути. При этом телескоп запечатлел не саму чёрную дыру, а раскалённое вещество, обращающееся непосредственно за пределами её горизонта событий.
2. Чёрные дыры могут создавать одни из самых ярких объектов во Вселенной
Сами по себе чёрные дыры не излучают свет, однако падающее на них вещество нередко светится чрезвычайно ярко. Газ и пыль, закручиваясь по спирали внутрь, образуют аккреционный диск, температура которого может достигать миллионов градусов. До пересечения горизонта событий этот диск испускает колоссальное количество излучения.
В случае сверхмассивных чёрных дыр такие аккреционные диски способны питать квазары — объекты настолько яркие, что они могут превосходить по светимости целые галактики, содержащие сотни миллиардов звёзд. Парадоксально, но один из самых тёмных объектов во Вселенной косвенно способен порождать одни из самых ярких её феноменов.
3. Учёные могут обнаруживать чёрные дыры, никогда их не видя
Поскольку чёрные дыры не испускают видимого света, астрономам приходится искать их косвенными методами. Они наблюдают за звёздами, обращающимися вокруг невидимого объекта, регистрируют мощное рентгеновское излучение горячего газа в аккреционных дисках или измеряют гравитационные волны, возникающие при столкновении чёрных дыр.
Использование этих взаимодополняющих методов уже позволило обнаружить тысячи кандидатов в чёрные дыры по всей Вселенной, и этот список продолжает пополняться. Современная астрономия зачастую выявляет чёрные дыры, изучая их воздействие на окружающую среду, а не сами объекты.
4. Чёрные дыры способны выбрасывать струи вещества, превосходящие по размерам целые галактики
Хотя ничто не может покинуть пределы горизонта событий чёрной дыры, вещество непосредственно за его пределами ведёт себя совершенно иначе. По мере того как газ закручивается внутрь, мощные магнитные поля могут направлять часть этого вещества в узкие струи, которые выбрасываются почти со скоростью света.
Эти релятивистские джеты могут простираться на сотни тысяч и даже миллионы световых лет, превосходя по размерам галактики, в которых расположены породившие их чёрные дыры. Астрономы до сих пор изучают механизм формирования таких струй, однако уже ясно, что они относятся к числу самых мощных и впечатляющих явлений во Вселенной.
5. Некоторые чёрные дыры вращаются почти с максимально возможной скоростью
Чёрные дыры отличаются не только огромной массой. Они также могут вращаться с поразительно высокой скоростью. По мере поглощения газа, пыли или слияния с другими чёрными дырами они приобретают угловой момент и начинают вращаться всё быстрее.
По оценкам астрономов, некоторые сверхмассивные чёрные дыры вращаются почти с максимально возможной скоростью, допускаемой общей теорией относительности Эйнштейна. Такое быстрое вращение способно увлекать за собой само пространство-время — это явление известно как увлечение системы отсчёта. Кроме того, именно оно, возможно, помогает питать энергией гигантские релятивистские джеты, наблюдаемые в активных галактиках.
6. Не каждая чёрная дыра постоянно «поглощает» вещество
В массовой культуре чёрные дыры часто изображают как гигантские космические пылесосы, бесконечно засасывающие всё вокруг. В действительности многие из них проводят длительные периоды в спокойном состоянии, когда на них падает совсем немного вещества.
Хорошим примером служит сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A* в центре нашей Галактики. Сегодня она поглощает сравнительно мало вещества по сравнению с активно питающимися чёрными дырами, которые обеспечивают яркое свечение квазаров. Поэтому то, выглядит ли чёрная дыра тёмной или ослепительно яркой, определяется главным образом количеством окружающих её газа и пыли, а не её собственными свойствами.
7. Чёрные дыры не существуют вечно
Чёрные дыры могут казаться вечными объектами, однако физик Стивен Хокинг предположил, что они постепенно теряют энергию, испуская излучение, которое сегодня известно как излучение Хокинга. На протяжении невообразимо долгих промежутков времени этот процесс способен привести к полному испарению чёрной дыры.
Для чёрных дыр звёздной массы этот процесс занял бы около 10⁶⁷ лет — в триллионы триллионов раз больше нынешнего возраста Вселенной. Хотя излучение Хокинга пока ещё не было непосредственно зарегистрировано, оно остаётся одной из наиболее влиятельных концепций современной теоретической физики.