Человек уже на протяжении нескольких десятков лет изучает космическое пространство, но до сих пор многое является абсолютной тайной. Черные дыры — это одно из самых странных явлений во Вселенной. Во всяком случае, на данном этапе развития человечества. Это объект с бесконечной массой и плотностью, а значит и притяжением, за пределы которого не может вырваться даже свет — поэтому дыра черная.
Сверхмассивная черная дыра может втянуть в себя целую галактику и не подавиться, а за пределами горизонта событий привычная нам физика начинает визжать и скручиваться в узел. С другой стороны, черные дыры могут стать потенциальными переходными «норами» из одного узла пространства в другой. Вопрос в том, как близко мы сможем приблизиться к черной дыре, и не будет ли это чревато последствиями?
На протяжении многих лет ученые мечтали заглянуть в сердце Млечного Пути. Удивительно, но их мечта наконец сбылась: с помощью сети обсерваторий проекта «Телескоп горизонта событий» (EHT) астрономы опубликовали первое в истории изображение Стрельца А* – сверхмассивной черной дыры в центре Галактики. Ее масса превышает солнечную в 4 миллиона раз и находится на расстоянии 27 тысяч световых лет от Земли. Но так как черные дыры притягивают к себе все объекты поблизости, увидеть их невозможно (слишком уж они темные). В отличие от светящейся уничтоженной материи, которая кружится над пропастью со скоростью близкой к скорости света. Получить это изображение было «фантастически сложно». К счастью, разработанные алгоритмы будут использоваться в других наблюдениях.
Космос – тихое место. Отсутствие кислорода не позволяет звуковым волнам распространяться, так как большая часть космического пространства – это вакуум, в котором нет среды способной передавать звук. И все же многочисленные утверждения о том, что во Вселенной вообще нет звука не совсем верные. На самом деле скопления галактик содержат большое количество газа, который обеспечивает условия для распространения звуковых волн. Недавно исследователи из NASA представили изумленной публике запись, на которой черная дыра в созвездии Персей испускает пугающий звук. Совместно с командой из Массачусетского технологического института, исследователям удалось провести преобразование излучения рентгеновского эха в слышимые звуковые волны.
Наблюдения за звездами, планетами и галактиками показали, какой крошечной песчинкой в бесконечном космосе является наша планета. И все же нам есть чем похвастаться: мы изучаем Солнечную систему, доказали существование гравитационных волн и даже насладились первым в истории снимком горизонта событий черной дыры. И тем не менее наша Галактика полна секретов. Например, галактический центр, расположенный на расстоянии около 24 000 световых лет от Земли, не видно в оптическом свете из-за сильного затемнения межзвездной пылью. К счастью, на помощь астрономам пришла команда Event Horizon Telescope (EHT), которая несколько лет назад подарила миру изображение черной дыры (точнее, ее тени). О новом новаторском открытии будет объявлено на конференции 12 марта. Разбираемся чем астрономы могут нас удивить.
Осенью 2017 года наши знания о Вселенной изменились навсегда. И хотя существование гравитационных волн предсказывал Альберт Эйнштейн еще в 1916 году (при этом сомневаясь, что их вообще можно обнаружить), ученые все же смогли это сделать. Физики международных коллабораций LIGO и VIRGO впервые зафиксировали гравитационные волны в 2015 году, а два года спустя стали лауреатами Нобелевской премии по физике. Источником небольших искажений пространства и времени (то есть гравитационных волн) стало столкновение двух сверхмассивных черных дыр. Поиски так называемой ряби во Вселенной продолжаются и недавно ученые опубликовали свежие данные – оказывается, сверхмассивный черные дыры могут захватывать несколько черных дыр, значительно уступающих ей в размерах.
Существует вопросы, ответы на которые мы никогда не узнаем. Взять, к примеру, черные дыры – эти таинственные космические объекты встречаются по всей Вселенной. Их гравитация настолько сильна, что все расположенные поблизости объекты будут неизбежно ими поглощены. И если мы в состоянии обнаружить черные дыры и предположить что происходит внутри, то узнать что именно находится за горизонтом событий не представляется возможным. Ни один живой организм никогда не сможет оказаться внутри этих космических монстров. Наука, однако, позволяет делать определенные предположения. Так, общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) гласит, что все объекты поглощенные черной дырой остаются в ней навсегда. Даже кванты самого света не способны вырваться наружу. Но в 1970-х годах ХХ столетия физик-теоретик Стивен Хокинг пришел к выводу, что черные дыры должны испускать излучение, тем самым создавая парадокс.
Что мы знаем о черных дырах? В первую очередь то, что они представляют собой области пространства-времени, которые обладают невероятно мощным гравитационным полем. Его сила настолько велика, что черная дыра притягивает даже свет. Собственно говоря, по этой причине эти космические объекты и стали называть “черными дырами”. Однако то, что зафиксировал телескоп Hubble в небольшой соседней галактике Henize 2-10 противоречит этому представлению. Вместо того, чтобы поглощать все, что находится вокруг нее, черная дыра, наоборот, “рождает” звезды. Более того, появляющиеся звезды связаны с черной дырой ”пуповиной”, которая состоит из газа и пыли. Ее протяжность составляет 500 световых лет. Правда, о такой способности черных дыр науке были известно и ранее, однако зафиксировать это явление на достаточно близком расстоянии удалось впервые.
Миром правят идеи. Яблоко, упавшее на голову Исаака Ньютона, навело его на мысль о создании теории гравитации. Коперник, взглянув в телескоп, пришел к выводу, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Его открытия и идеи послужили началом научной революции. Столетия спустя Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности, в Стивен Хокинг всю свою жизнь посвятил изучению черных дыр. Труд каждого из них по отдельности, а также идеи и предположения великих ученых о Вселенной, позволили нам с вами наслаждаться фотографиями других «Солнечных систем» и разглядывать горы на Марсе, не выходя из дома. Между тем, Стивен Хокинг размышлял об удивительной физике черных дыр не имея на руках никаких данных, подтверждающих существование этих объектов (как и Эйнштейн). Его идеи, в конечном итоге, нашли научное подтверждение. Так, знаменитый парадокс черных дыр гласит, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая. Но если это так, то что в таком случае происходит с информацией? Недавно физики-теоретики пришли к выводу, что информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает их черной дыры. Но куда и что происходи с ней потом?
Пространство-время, как мы знаем сегодня, представляет собой физическую модель, которая дополняет пространство равноправным временным измерением. Благодаря этой модели была создана теоретически-физическая конструкция, которая получила название пространственно-временной континуум. Важно отметить, что до Общей теории относительности Эйнштейна, понимание фундаментальных законов физики было неполным, но публикация ОТО в 1905 году оставила немало вопросов, одним из которых являлись черные дыры и червоточины – «туннеле» в пространстве-времени, соединяющим различные точки пространства-времени. И если существование черных дыр удалось доказать несколько лет назад, то с кротовыми норами все не так однозначно – они принадлежат к гипотетически существующим объектам. Но некоторые ученые считают, что скоро мы тоже сможем их найти. Так, за последние несколько месяцев было опубликовано сразу несколько научных исследований, которые предлагают новые, интригующие способы поиска этих космических объектов.
На протяжении 50 лет физики-теоретики пытались разрешить знаменитый парадокс черных дыр, который предсказывает, что эти космические монстры гораздо сложнее, чем предполагает общая теория относительности. Дело в том, что согласно теории Эйнштейна, черные дыры на удивление просты. Если вы знаете массу, заряд и вращение черной дыры, то знаете о ней все, что нужно. Выходит, черные дыры – одни из самых простых и понятных персонажей во всей Вселенной. Но эта кажущаяся простота порождает тревожный парадокс. В 1970-х годах знаменитый астрофизик Стивен Хокинг понял, что черные дыры не являются полностью черными. Вместо этого они излучают свет посредством тонкого квантово-механического процесса, действующего на их горизонтах событий или границах черных дыр, откуда ничто, даже свет, вырваться не может. Поскольку черные дыры настолько просты и могут быть описаны всего тремя числами, вся информация о материале, который попадает в черные дыры, по-видимому, заперта навсегда. Неважно, создадите ли вы черную дыру из мертвых звезд и межзвездной пыли или черную дыру из кошек; пока эти две черные дыры имеют одинаковый спин, массу и заряд, они будут идентичны. Но что в конечном итоге происходит с информацией?
Рентгеновский телескоп, построенный Институтом внеземной физики Общества Макса Планка в Германии eROSITA, является первым космическим телескопом, способным визуализировать все небо. Это – основной инструмент на борту российско-немецкой миссии «Спектр-Рентген-Гамма», которая находится в области, известной как точка Лагранжа 2 – одна из пяти стабильных точек вокруг системы Солнце-Земля, где гравитационные силы двух тел находятся в равновесии. С этой точки зрения eROSITA имеет четкое представление о Вселенной, которую она фотографирует с помощью своих мощных рентгеновских детекторных приборов. Этим летом команда, стоящая за eROSITA, опубликовала первую партию данных, полученных прибором, для более углубленных научных исследования. Однако уже сегодня исследователи поделились самой подробной картой черной дыр и нейтронных звезд во Вселенной! Рассказываем, что в ней особенного.