В последние годы был достигнут значительный прогресс в изучении черных дыр. Первые обнаружения гравитационных волн позволили узнать, как они сливаются, что является дополнительным доказательством их существования. В апреле 2019 года телескоп горизонта событий обнаружил первое изображение горизонта событий черной дыры. Если 100 лет назад мы начали рассматривать их теоретическое существование, то теперь мы уверены в физической реальности черных дыр.
Но было бы неправильно полагать, что мы теперь все поняли об этих космических монстрах. Мы никогда не увидим, что происходит за горизонтом событий черной дыры, и мы все еще не уверены, насколько они велики или как они работают.
Обнаружение самой маленькой черной дыры на данный момент
Команда американских исследователей обнаружила самую маленькую из обнаруженных черных дыр — черную дыру массой около 3,3. Черные дыры обычно обнаруживаются с помощью мощного рентгеновского, гамма-излучения или радиоизлучения от их аккреционного диска. Но маленькие черные дыры, вероятно, поглощают меньше вещества и поэтому остаются невидимыми из-за своей низкой радиации.
Эта мини черная дыра была обнаружена по-другому. Он был обнаружен, потому что он является частью двоичной системы. Его гравитационное влияние на сопровождающую звезду позволило обнаружить ее. Исследователи обнаружили, что у этой звезды есть значительные изменения в радиальной скорости, что является признаком того, что она танцует гравитационный вальс с другим объектом.
Метод обнаружения, позаимствованный у охотников за экзопланетами
Обычно этот метод используется для обнаружения экзопланет, но здесь объект, ответственный за это гравитационное воздействие, слишком массивен, чтобы быть планетой. Тем не менее, он полностью невидим во всех частях светового спектра, что означает, что он также не звезда. Это позволило нам сделать вывод о наличии черной дыры малой массы.
Это открытие важно, потому что оно говорит нам, что наши современные методы обнаружения могут не обнаруживать присутствие множества черных дыр. Все черные дыры, которые слишком слабо взаимодействуют с окружающим веществом, не могут быть обнаружены излучением этого вещества. В этом случае новые методы обнаружения, ориентированные исключительно на гравитационное влияние черных дыр, могут помочь лучше их идентифицировать.
Существуют ли даже более мелкие черные дыры?
Обнаружение маленьких черных дыр — также способ лучше понять массивные звезды и сверхновые звезды, которые порождают черные дыры или коллапсируют в нейтронные звезды. Как правило, звездные черные дыры имеют массу, в 5 раз превышающую массу Солнца. Нейтронные звезды редко имеют более 2,9 солнечных масс. Между этими двумя массами граница была размыта до открытия этой мини-черной дыры с 3,3 солнечными массами. Мы еще не знаем, обнаружим ли мы еще более мелкие черные дыры.
Крошечная черная дыра в Солнечной системе ?
В течение пяти лет некоторые астрономы предположили, что в Солнечной системе есть девятая планета. Они поддерживают это предсказание о наблюдении траекторий некоторых транснептуновых объектов. Эти маленькие планетоиды вращаются вокруг Солнца на большом расстоянии, намного дальше, чем Нептун или даже Плутон. Их орбиты очень эллиптические, как если бы они были нарушены массивным объектом. Но они уходят слишком далеко от Нептуна, чтобы эту планету считали ответственной.
Это наблюдение побудило группу исследователей рассмотреть еще один разрушитель орбиты — неизвестную планету, развивающуюся на большом расстоянии от Солнца и примерно в 10 раз более массивную, чем Земля. С тех пор как это предположение было опубликовано в 2014 году, были обнаружены новые экстремальные транснептуновые объекты. Все они имеют эллиптические орбиты, но мы до сих пор не обнаружили планету 9. Возможно, объект слишком сложен для наблюдения, потому что очень далеко и очень темно, или, возможно, он не существует.
Мы действительно можем представить другие механизмы для объяснения орбит экстремальных транснептунов. На прошлой неделе два британских и американских исследователя предложили другое решение этой проблемы. Разрушителем крайних транснептунов может стать черная дыра. Эта гипотеза является смелой, потому что она основана на существовании типа черной дыры, которая никогда не была обнаружена. Действительно, чтобы придерживаться наблюдаемых транснептуновых орбит, эта черная дыра должна иметь массу в пять-десять раз больше массы Земли, что слишком мало для черной дыры. Эта черная дыра не образовалась бы после распада ядра массивной звезды. Единственная оставшаяся возможность состоит в том, что это будет изначальная черная дыра.
Этот тип объекта, существование которого является полностью гипотетическим, сформировался бы в самом начале вселенной. Вещество было настолько плотным, что могло локально разрушиться, образовав первые черные дыры, которые могли быть огромными или крошечными в зависимости от нестабильности, из которой они возникли. Изначальные черные дыры являются одним из кандидатов для объяснения темной материи. Они действительно могут быть чрезвычайно многочисленными, но также невероятно трудными для обнаружения, если они маленькие. Если она существует, черная дыра, которая вращается вокруг Солнца, будет, например, размером с большой шар для пинг-понга.
Однако гипотеза первичной черной дыры решает некоторые вопросы, возникающие в связи с гипотезой девятой планеты. Если мы признаем, что девятая планета развивается в 20 раз дальше от Солнца, чем Нептун, мы должны объяснить, почему она существует. Регионы, находящиеся далеко от звезды, не способствуют формированию планет. Это может быть блуждающая планета, захваченная во время истории Солнечной системы. Но изначальная черная дыра тоже подошла бы.
Когда новая гипотеза становится интересной, она предлагает новые стратегии исследования. Мы не обнаруживаем планету или черную дыру таким же образом. Изначальная чёрная дыра действительно могла испускать видимое излучение космическими обсерваториями FERMI или Chandra. Конечно, это может быть новая химера. Наша планетная система может не иметь ни девятой планеты, ни исконной черной дыры. Однако необходимо будет найти убедительное объяснение орбиты экстремальных транснептунов.
Черная дыра в центре галактики NGC 3147 не поддается модели, созданной астрономами
— Новости от 16 июля 2019 года —
В апреле 2019 года было обнаружено первое изображение горизонта событий черной дыры. На этом изображении мы видим блестящий диск, окружающий центральную область тени. Мы хотели бы иметь возможность различать больше деталей этого аккреционного диска и его границ, но это первое изображение позволяет нам, по крайней мере, подтвердить, что общая теория относительности, кажется, очень хорошо работает для описания этих небесных объектов. Мы могли почти поверить, что мы постепенно начинаем понимать черные дыры, но вселенная всегда полна сюрпризов.
Благодаря космическому телескопу Хаббла команда астрономов только что наблюдала центр галактики NGC 3147, расположенный на расстоянии около 130 миллионов световых лет от дома. Вокруг того, что должно быть его центральной черной дырой, они обнаружили очень тонкий диск с быстрым вращением со скоростью почти 10% скорости света. Проблема в том, что если мы верим нашим моделям, этот диск не должен существовать.
NGC 3147 не очень активная галактика, поэтому ее центральной черной дыре не нужно много глотать. Обычно в этом типе сценария мы ожидаем, что аккреционные диски приобретут пухлый вид, как большой пончик вокруг черной дыры. Это именно та модель, которую астрономы надеялись подтвердить, проведя это наблюдение. Вместо этого они обнаружили очень тонкий аккреционный диск, который мы привыкли видеть в галактиках, по крайней мере, в тысячу раз ярче.
Очевидно, что потребуется пересмотреть способ представления аккреционных дисков сверхмассивных черных дыр в диффузных галактиках. Между тем, черная дыра NGC 3147 предлагает фантастическую возможность проверить специальную относительность и общую относительность. Аккреционный диск, кажется, закреплен так глубоко в гравитационном колодце черной дыры, что свет пытается вырваться. Используя спектрограф на борту Хаббла, астрономы смогли проанализировать этот свет. В одной части аккреционного диска она выглядит намного ярче, чем в другой.
Это не из-за неравного распределения материи, это эффект, который был предсказан специальной теорией относительности. Источник света движется очень быстро. Поэтому наблюдаемые фотоны смещаются к красному или синему эффектом Доплера в зависимости от того, движется ли их источник к нам или от нас, создавая у нас впечатление, что часть аккреционного диска черной дыры ярче другой. Это также имело место на изображении черной дыры, полученном телескопом Event Horizon.
Весь свет, который исходит от аккреционного диска, также сильно смещен на красный. Это показатель ее непосредственной близости к черной дыре и трудности, с которой он столкнулся, избегая силы притяжения. Не в состоянии полностью понять аккреционные диски диффузных галактик, мы можем, по крайней мере, подтвердить, что теория относительности является правильным инструментом для изучения вопроса. Команда астрономов теперь надеется увидеть другие очень компактные аккреционные диски, окружающие сверхмассивные черные дыры не очень активных галактик, чтобы они могли обновить свои модели.
Первое изображение черной дыры будет выявлено завтра
— Новости от 9 апреля 2019 года —
Завтра проект Телескопа Горизонта событий, наконец, покажет либо изображение Стрельца А*, либо изображение сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре Млечного Пути.
Возможно, мы видели рождение черной дыры или нейтронной звезды!
— Новости от 15 января 2019 года —
В июне 2018 года астрономы со всего мира стали свидетелями огромного взрыва, который произошел на расстоянии около 200 миллионов световых лет в созвездии Геркулеса. Несколько недель спустя объект потерял большую часть своей яркости. Поскольку гипотезы накапливаются, чтобы попытаться объяснить точную природу этого космического события. Это особенно мощная сверхновая, белый карлик, жестоко смещенный черной дырой, магнитаром или гамма-всплеском?
Объект был назван AT2018COW. Он казался намного ярче, чем обычная сверхновая, и, прежде всего, загорелся и успокоился в рекордно короткие сроки. Потребовалось всего несколько дней, чтобы достичь пика яркости, и еще 16 дней, чтобы потерять большую часть своей яркости.
Международная команда в сотрудничестве с обсерваторией Кек благодарит за источник этого события. Они объединили рентгеновские, видимые лучи, инфракрасные и радионаблюдения из нескольких обсерваторий. Они поняли, что это катастрофическое событие подняло материю почти на 10% от скорости света, и обнаружили, что было спрятано в сердце этого взрыва. Они почти уверены, что взрыв, наблюдаемый летом 2018 года, является образованием черной дыры или нейтронной звезды.
Впервые за таким событием можно наблюдать практически вживую. Черные дыры и нейтронные звезды образуются, когда умирает гигантская звезда. Когда термоядерное топливо истощается, сердце этих звезд в одно мгновение разрушается под действием собственной гравитации. Внешние слои звезды превращаются в гигантский взрыв, и в центре остается только один объект очень высокой плотности, нейтронная звезда или, в крайнем случае, черная дыра.
Мы еще не знаем, какой из этих двух объектов был рожден в основе AT2018COW, но это идеальная возможность погрузиться в сложную физику, которая сопровождает их рождение. Когда вы наблюдаете нейтронную звезду, ей, как правило, уже несколько сотен лет, если вам повезет.
Наблюдению AT2018COW способствовали несколько вещей. Во-первых, взрыв прогнал гораздо меньше материала, чем когда умерла типичная массивная звезда. Имея в десять раз меньше мусора перед своими телескопами, астрономы могли непосредственно наблюдать излучение центрального объекта. С другой стороны, 200 миллионов световых лет — это небольшое расстояние в космическом масштабе. Поэтому могут быть обнаружены другие подобные объекты.
Наблюдение AT2018COW является ярким примером растущего значения скорости в астрономии. Многие из самых интересных событий во вселенной эфемерны. Чтобы иметь возможность наблюдать их в лучших условиях, обсерватории должны быть мобилизованы очень быстро, прежде чем эти события могут быть завершены. Например, важно быть быстрым, чтобы иметь возможность идентифицировать оптические сигналы с помощью обнаружения гравитационных волн. Это новая область прогресса для обсерваторий по всему миру, которая включает не лучшие инструменты, а лучшую организацию и сотрудничество. Это необходимое условие для того, чтобы погрузиться в самые жестокие события во вселенной.
Черные дыры исчезнут после звезд и галактик
— Новости от 4 ноября 2018 года —
Стивен Хокинг предсказал, что черные дыры могут испариться и исчезнуть. На краю их горизонта событий радиация должна образовывать излучение Хокинга. Это излучение поглощает массу черной дыры до полного ее испарения. Однако это очень слабая радиация. Поэтому процесс испарения будет очень большим для большинства черных дыр. Это на самом деле начнется, когда сама Вселенная будет очень старой и холодной. Черные дыры могут излучать больше излучения, чем поглощать и терять массу.
Для черной дыры в массе солнца для полного испарения потребуется около 1064 лет. Для большинства массивных черных дыр во вселенной может потребоваться до 10106 лет испарения. Это такие огромные числа, что почти невозможно себе представить. Если Стивен Хокинг прав, долго после того, как звезды и все галактики исчезнут, в Вселенной будут доминировать черные дыры, медленно испаряющиеся. Они также в конце концов исчезнут, оставив большую пустоту, пройденную несколькими частицами.
Изображение от ESO
источники
