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.
Где-то на просторах бесконечной Вселенной обитают самые загадочные объекты, которые только можно найти на ее просторах – черные дыры. Нередко они достигают просто невероятных размеров и обладают чрезмерным гравитационным притяжением, что делает их одними из самых востребованных космических загадок. Даже крошечное наблюдение или подсказка о них создает огромный ажиотаж, причем не только среди публики посвященной, но и среди простых обывателей, вроде нас с вами. Считающиеся самыми трудными для изучения, эти космические монстры в последние десятилетия подверглись интенсивному научному изучению. В 2017 году астрономы совершили гигантский скачок, получив первое в истории изображение самого темного объекта в космосе, а также наличие магнитных полей вокруг них. И теперь, после неустанного преследования, ученые преодолели еще одну важнейшую веху в истории астрономических наблюдений: во-первых, исследователи обнаружили свет за черной дырой, который обычно скрывается за ее тенью. Что еще? Эти замечательные результаты еще раз подтвердили правоту Альберта Эйнштейна и его Общей теории относительности (ОТО).
Если две черные дыры сталкиваются в космическом вакууме, издают ли они звук? Звуковые волны не могут распространяться в почти идеальном космическом вакууме – никто не услышит, как вы кричите, как гласит слоган «Чужого». Но электромагнитные и гравитационные волны могут, и недавно исследователи превратил эти сигналы из космоса в музыку. Альбом «Небесные заклинания» (Celestial Incantations) включает в себя космические «звуки» изнутри и за пределами нашей солнечной системы, такие как колебания кометы, излучение галактического пульсара и слияние двух черных дыр. Альбом является результатом сотрудничества Ким Кунио, профессора из Австралийского национального университета, британской художницы Дианы Скарборо и доктора Найджела Мередита из Британской антарктической службы. Трио вместе выбирало звуки для альбома, использовав звуки космоса с акустическими инструментами для создания каждого трека.
Несмотря на загадочную природу, считается, что черные дыры следуют определенным простым правилам. Недавно один из самых известных законов черных дыр, предсказанный физиком Стивеном Хокингом, удалось подтвердить с помощью гравитационных волн. Согласно теореме о площади черных дыр, разработанной Хокингом в начале 1970-х годов, площадь поверхности черных дыр со временем не может уменьшаться. Это правило интересует физиков, так как тесно связано с другим правилом, которое, по-видимому, определяет течение времени в определенном направлении: вторым законом термодинамики, который гласит, что энтропия, или беспорядок, замкнутой системы всегда должна увеличиваться. Поскольку энтропия черной дыры пропорциональна площади ее поверхности, и то, и другое всегда должно увеличиваться. Результаты нового исследования являются намеком на то, что области черных дыр являются чем-то фундаментальным и важным. Прямо как и считал знаменитый британский ученый.
Серебристая река на небесах, как называли нашу галактику жители Восточной Азии, буквально кишит звездами и звездной пылью. В представлении древних греков видимый на Земле усеянный звездами путь, считался грудным молоком богини Геры, разбрызганным по небу младенцем Геркулесом. Именно на основе этой легенды ярко светящаяся пылеобразная дуга, протянутая по всему ночному небу получила свое современное научное название: Млечный Путь. Сегодня ученые оценивают количество звезд в галактике примерно в 400 миллиардов. Оценки, сделанные на основе данных, полученных с помощью космического телескопа «Кеплер», позволяют предположить, что в обитаемой зоне этих звезд может обращаться порядка 60 миллиардов планет. Нам, однако, не дано увидеть Млечный Путь во всей его красе – он просто слишком необъятен, чтобы его можно было покинуть. Но если это стало бы вдруг возможно, мы бы рассмотрели и его потрясающие спиральные рукава и заглянули бы в самое его сердце. Как полагают исследователи, в центрах большинства галактик находятся сверхмассивные черные дыры и Млечный Путь не исключение. Но что, если это не так и наша Галактика устроена иначе?
Насколько маленькой может быть черная дыра? На протяжении нескольких десятилетий астрономы пытались ответить на этот вопрос, подсчитывая космических монстров в нашем уголке Вселенной. Прошедшие годы оказались богаты на научные открытия – исследователям удалось обнаружить множество черных дыр разных размеров, включая сверхмассивного монстра в самом сердце Млечного Пути. Интересно, что до недавнего времени астрономы не наблюдали никаких признаков существования маленьких черных дыр. Это – давняя загадка в астрофизике. Теперь же ученым удалось обнаружить черную дыру, масса которой всего в три раза превышает массу нашего Солнца, что делает ее одной из самых маленьких черных дыр, обнаруженных на сегодняшний день. Но самое примечательное, пожалуй, заключается в том, что новая черная дыра, получившая неофициальное название «Единорог», также является ближайшим к нашей планете подобным объектом. Согласно полученным в ходе работы данным, «Единорог» расположилась всего в 1500 световых годах от Земли.
Черные дыры, одни из самых таинственных объектов во Вселенной, бывают разных размеров. То, каким будет тот или иной космический монстр, зависит от массы звезды на последней ступени ее эволюции. Как показали результаты нового исследования, черная дыра средней массы является недостающим звеном между двумя другими видами черных дыр – сверхмассивными, что скрываются в центрах галактик, и черными дырами, которые часто образуются при взрывах массивных звезд в виде сверхновых. Астрономы считают, что наблюдаемая Вселенная полна черных дыр среднего размера, вот только найти их совсем непросто. Но недавно астрономам улыбнулась удача и им удалось обнаружить так называемую «златовласку» – долгожданный объект, который нельзя назвать ни сверхмассивной, ни обычной черной дырой. Масса обнаруженного объекта, как пишут авторы научной работы, находится на полпути между двумя другими видами черных дыр. Но почему исследователи утверждают, что «златовласка» способна изменить наше представление о Вселенной?
В нашем стремлении познать Вселенную, мы – сапиенсы, продвинулись довольно далеко. Судите сами: физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) разгоняют элементарные частицы до околосветовых скоростей и сталкивают их друг с другом; инженеры NASA успешно посадили на поверхность Красной планеты марсоход Perserverance; биологи объяснили сложную работу циркадных ритмов и это не говоря об изготовлении вакцины против COVID-19 в рекордные сроки. Но что особенно приятно, так это достижения астрофизиков, которым за последние несколько лет удалось доказать, что космические монстры – сверхмассивные черные дыры – действительно существуют. Так, в 2019 году мир впервые увидел снимок горизонта событий черной дыры. Теперь же международная команда радиоастрономов представила на обозрение изумленной публики более четкое изображение черной дыры, расположенной в 55 миллионах световых лет от Земли.
Иногда на просторах Вселенной астрономы наблюдают блуждающие объекты, например планеты. Масса некоторых из них такая же как у Земли, но они путешествуют по космическим просторам сами по себе. В целом исследователи считают, что в галактической системе находится миллион туманностей, и именно в них формируются эти одинокие тела. Но странно вести себя на космических просторах могут не только планеты. Недавно, изучая галактику под названием J0437+2456, астрономы обнаружили в ее центре беспокойную черную дыру. Объект, примерно в 3 миллиона раз массивнее Солнца, расположен на расстоянии 230 миллионов световых лет от Земли и движется со скоростью около 50 километров в секунду. Это самый точный на сегодняшний день зафиксированный случай движения сверхмассивной черной дыры. Необходимо отметить, что ученые довольно давно предполагают, что сверхмассивные черные дыры могут «блуждать» в космосе, но поймать их на месте преступления было непросто.