По своему названию черные дыры источают тайну. Они ненаблюдаемы, неуправляемы и - в течение более 50 лет после их первого предсказания в 1916 году - не обнаружены. С тех пор астрономы нашли свидетельство черных дыр в нашей вселенной, в том числе сверхмассивных в центре нашего Млечного Пути. И все же многое остается неизвестным об этих космических загадках, включая то, что именно происходит с вещами, которые они поглощают своей титанической гравитацией.
Связанный контент
- Как астрофизики нашли черную дыру там, где никто не мог
- Астрономы становятся ближе, чем когда-либо к черной дыре
- Сверхмассивные черные дыры могут быть более распространенными, чем считалось ранее
Пятьдесят лет назад физик Джон Уилер помог популяризировать термин «черная дыра» как описание обрушившихся остатков сверхмассивных звезд. По словам Уилера, который придумал и популяризировал несколько других известных астрономических терминов, таких как «червоточины», это предложение пришло от члена аудитории на конференции по астрономии, на которой он говорил, после того как он неоднократно использовал фразу «гравитационно-разрушенные объекты для описания космического пространства». великаны.
«Ну, после того, как я использовал эту фразу четыре или пять раз, кто-то из аудитории сказал:« Почему бы вам не назвать это черной дырой ». Поэтому я принял это », - сказал Уилер научному писателю Марсии Бартусяк.
Уилер дал название идее, впервые исследованной Альбертом Эйнштейном 50 лет назад в его влиятельной теории общей теории относительности. Теория Эйнштейна показала, что гравитация является результатом искажения пространства и времени массой объектов. В то время как сам Эйнштейн сопротивлялся, когда-либо признавая возможность появления черных дыр, другие физики использовали его основу для уточнения галактических монстров. Физик Дж. Роберт Оппенгеймер, известный в области атомной бомбы, назвал эти тела «замороженными звездами» в связи с ключевой особенностью, изложенной физиком Карлом Шварцшильдом вскоре после того, как Эйнштейн опубликовал свою теорию.
Эта особенность была «горизонтом событий»: линией, окружающей черную дыру, из которой становится невозможно избежать. Такой горизонт существует потому, что на определенном расстоянии скорость, необходимая для того, чтобы любой атом оторвался от гравитации черной дыры, становится выше скорости света - ограничения скорости Вселенной. Считается, что после того, как вы пересекаете горизонт событий, вся материя, которую вы составляете, сильно разрушается интенсивными гравитационными силами и в конечном итоге раздавливается в точке бесконечной плотности в центре черной дыры, которая называется сингулярностью. Не совсем приятный путь.
Это подробное объяснение смерти через черную дыру, однако, является теоретическим. Интенсивная гравитация черных дыр настолько искажает ход времени, что наблюдателям за пределами черной дыры кажется, что объекты, падающие в одну, замедляются и «замерзают» возле горизонта событий, а затем просто исчезают. (Что звучит намного лучше.)
Другими словами, несмотря на важность этого горизонта событий, ученые фактически никогда не доказывали его существование. И из-за сложности даже обнаружения черных дыр (поскольку свет не может их покинуть, они невидимы для большинства телескопов), а тем более, наблюдая за ними, шансов было мало. В отсутствие убедительных доказательств некоторые астрофизики теоретизировали, что некоторые объекты, которые мы называем черными дырами, могут существенно отличаться от того, во что мы поверили, без единства и без горизонта событий. Вместо этого они могут быть холодными, темными, плотными объектами с твердыми поверхностями.
Этот скептицизм черной дыры начал привлекать свой собственный скептицизм, поскольку телескопы наконец захватили черные дыры в акте чего-то экстраординарного. В последние семь лет «люди стали видеть, как звезды падают в черные дыры», - говорит Паван Кумар, астрофизик из Техасского университета в Остине, где, кстати, Уилер преподавал теоретическую физику в течение десятилетия. «Это очень яркие вещи, которые можно увидеть за миллиарды световых лет».
С тех пор наблюдалось больше этих ярких, относительно быстрых глотаний звезд. В прошлом году Кумар решил, что эти световые выбросы станут хорошим тестом для доказательства существования горизонта событий. «Большинство людей в сообществе предположили, что нет твердой поверхности», - говорит Кумар. Однако он подчеркивает: «В науке нужно быть осторожным. Вам нужны доказательства».
Таким образом, в 2016 году Кумар и его сотрудник Рамеш Нараян из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики работали над тем, чтобы рассчитать, какие эффекты вы ожидаете увидеть, если звезда, проглоченная черной дырой, действительно столкнется с твердой поверхностью. По словам Кумара, это было бы похоже на удар объекта о камень, создав интенсивную кинетическую энергию, которая излучалась бы в виде тепла и света в течение нескольких месяцев или даже лет.
Тем не менее, сканирование данных телескопа за три с половиной года не выявило случаев, когда светлые сигнатуры, которые он и Нараян рассчитали, будут выпущены, если звезды попадут в черную дыру с твердой поверхностью. Основываясь на вероятности, исследователи предсказали, что они должны были найти как минимум 10 примеров за этот период времени.
Кумар называет это исследование, опубликованное в этом году в журнале « Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества», «большим шагом» на пути доказательства существования горизонта событий. Но это все еще не совсем доказательство. Черная дыра с твердой поверхностью теоретически все еще может существовать в расчетах его исследования. Но радиус этой поверхности должен быть примерно в миллиметре от радиуса Шварцшильда черной дыры, или в точке, в которой скорость, необходимая для преодоления гравитации, будет равна скорости света. (Обратите внимание, что радиус Шварцшильда не всегда совпадает с горизонтом событий, так как другие звездные объекты также имеют гравитацию).
«Ограничения, которые эта статья накладывает на радиус возможной твердой поверхности - 4 тысячи долей процента от радиуса Шварцшильда для сверхмассивного компактного объекта - впечатляют», - говорит Бернард Келли, астрофизик из НАСА, который не принимал участия в этом исследовании.
Кумар уже проводит исследования в трубопроводе, чтобы сузить этот предел еще дальше, до такой степени, что было бы почти наверняка, что черные дыры с твердой поверхностью не могли бы существовать. Для него это было бы надежным доказательством того, что традиционные черные дыры являются единственным видом черных дыр, которые занимают нашу вселенную. «Если он будет завершен, он, по моему мнению, в значительной степени закроет поле», - говорит Кумар. «У нас будут твердые доказательства того, что теория Эйнштейна верна».
