«Надежное предсказание» Эйнштейна
Черные дыры оказались неизбежным следствием общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
В качестве теоретической возможности черные дыры были предсказаны в 1916 году Карлом Шварцшильдом, который обнаружил, что они являются неизбежным следствием общей теории относительности Эйнштейна . Другими словами, если теория Эйнштейна верна – а все свидетельства подтверждают это, – черные дыры должны существовать. Впоследствии они были поставлены на еще более прочную основу Роджером Пенроузом и Стивеном Хокингом, которые показали, что любой объект, коллапсирующий в черную дыру, образует сингулярность, в которой традиционные законы физики нарушаются, согласно Кембриджскому университету . Это стало настолько общепризнанным, что Пенроуз был удостоен доли в Нобелевской премии по физике 2020 года «за открытие того, что образование черной дыры является надежным предсказанием общей теории относительности».
Гамма-всплески
По данным НАСА, в 1930-х годах индийский астрофизик Субраманиан Чандрасекар изучал, что происходит со звездой, когда она израсходует все свое ядерное топливо . Он обнаружил, что конечный результат зависит от массы звезды. По данным НАСА, если эта звезда действительно большая, скажем, с массой 20 солнечных, то ее плотное ядро, которое может быть в три или более раз больше массы Солнца, коллапсирует вплоть до черной дыры. Окончательный коллапс ядра происходит невероятно быстро, за считанные секунды, и высвобождает огромное количество энергии в виде гамма-всплеска. Эта вспышка может излучать в космос столько же энергии, сколько обычная звезда излучает за все время своей жизни. И телескопы на Земле обнаружили многие из этих всплесков, некоторые из которых исходят от галактик, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет; так что мы действительно видим рождение черных дыр.
Гравитационные волны
Черные дыры не всегда существуют изолированно – иногда они возникают парами, вращаясь вокруг друг друга. Когда они это делают, гравитационное взаимодействие между ними создает рябь в пространстве-времени , которая распространяется наружу в виде гравитационных волн – еще одно предсказание теории относительности Эйнштейна. С такими обсерваториями, как лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн и Дева, теперь у нас есть возможность обнаруживать эти волны, сообщает сайт- партнер Live Science Space.com. О первом открытии, связанном со слиянием двух черных дыр, было объявлено еще в 2016 году и с тех пор было сделано гораздо больше. По мере повышения чувствительности детектора, помимо слияния черных дыр, обнаруживаются и другие генерирующие волны события, такие как столкновение между черной дырой и нейтронной звездой, которое произошло далеко за пределами нашей галактики на расстоянии от 650 миллионов до 1,5 миллиардов световых лет от Земли. .
Невидимый спутник
Короткоживущие высокоэнергетические события, вызывающие гамма-всплески и гравитационные волны, могут быть видны на полпути через наблюдаемую Вселенную, но на протяжении большей части их жизни черные дыры по самой своей природе почти не обнаруживаются. Тот факт, что они не излучают свет или другое излучение, означает, что они могли скрываться в наших космических окрестностях, а астрономы не знали об этом. Однако есть один верный способ обнаружить темных зверей – это их гравитационное воздействие на другие звезды. При наблюдении за обычной на вид двойной системой или парой вращающихся звезд, известной как HR 6819 в 2020 году, астрономы заметили странности в движении двух видимых звезд, которые можно было бы объяснить, только если бы там был третий, полностью невидимый объект. Когда они вычислили его массу – по крайней мере, в четыре раза больше, чем у Солнца, – исследователи поняли, что остается только одна возможность. Это должна была быть черная дыра – ближайшая из открытых к Земле, всего в тысяче световых лет от нас внутри нашей галактики.
Рентгеновское зрение
Первое наблюдательное свидетельство существования черной дыры появилось в 1971 году, и это тоже было получено из двойной звездной системы в нашей собственной галактике. Эта система, получившая название Cygnus X-1, производит одни из самых ярких рентгеновских лучей во Вселенной. Они не исходят от самой черной дыры или от ее видимой звезды-компаньона, которая, по данным НАСА, огромна, в 33 раза больше массы нашего Солнца.. Скорее, материя постоянно отделяется от гигантской звезды и втягивается в аккреционный диск вокруг черной дыры, и именно из этого аккреционного диска, по заявлению НАСА, излучаются рентгеновские лучи. Как и в случае с HR 6819, астрономы могут использовать наблюдаемое движение звезды для оценки массы невидимого объекта в Лебеде X-1. Согласно последним расчетам, темный объект с массой 21 Солнца сконцентрирован в таком маленьком пространстве, что это не может быть ничем иным, как черной дырой.
Рентгеновское зрение
В дополнение к черным дырам, созданным в результате звездного коллапса, данные свидетельствуют о том, что сверхмассивные черные дыры, каждая из которых имеет миллионы или даже миллиарды солнечных масс, скрывались в центрах галактик с самого начала истории Вселенной. В случае так называемых активных галактик доказательства существования этих тяжеловесов впечатляют. По данным НАСА, центральные черные дыры в этих галактиках окружены аккреционными дисками, которые производят интенсивное излучение на всех длинах волн света. У нас также есть свидетельства того, что в центре нашей галактики находится черная дыра. Это потому, что мы видим звезды в этой области, которые вращаются очень быстро – до 8% от скорости света- что они, должно быть, вращаются вокруг чего-то чрезвычайно маленького и массивного. По текущим оценкам, центральная черная дыра Млечного Пути составляет около 4 миллионов солнечных масс.
Спагеттификация
Еще одно свидетельство существования черных дыр – это спагеттификация. Вы можете спросить, что такое спагеттификация? Это то, что происходит, когда вы падаете в черную дыру, и это не требует пояснений. Чрезвычайная гравитационная сила черной дыры растягивает вас на тонкие нити. К счастью, это вряд ли случится ни с вами, ни с кем-либо из ваших знакомых, но это вполне может быть судьба звезды, которая блуждает слишком близко к сверхмассивной черной дыре, сообщает Live Science. В октябре 2020 года астрономы стали свидетелями этого разрыва – или, по крайней мере, они видели вспышку света от несчастной звезды, когда она разорвалась на части. К счастью, спагеттификация произошла не где-нибудь рядом с Землей, а в галактике на расстоянии 215 миллионов световых лет от нас.
