|
Открыты убегающие черные дыры
|
|
|
|
В прошлом году астрономы были очарованы астероидом-беглецом, пролетевшим через нашу солнечную систему откуда-то издалека. Он двигался со скоростью около 68 километров в секунду, что в два раза превышает скорость Земли вокруг Солнца.
|
|
|
|
Представьте, что это было бы нечто гораздо большее и более быстрое: черная дыра, движущаяся со скоростью более 3000 км в секунду. Мы бы не заметили ее приближения, пока ее мощные гравитационные силы не начали бы смещать орбиты внешних планет.
|
|
|
|
Это может показаться немного нелепым, но за прошедший год появилось несколько свидетельств того, что такой посетитель не является невозможным. Астрономы заметили явные признаки того, что сверхмассивные черные дыры-беглецы прорываются сквозь другие галактики, и обнаружили доказательства того, что, вероятно, существуют и более мелкие, необнаруживаемые черные дыры.
|
|
|
|
Черные дыры-беглецы: теория
|
|
|
|
История началась в 1960-х годах, когда новозеландский математик Рой Керр нашел решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна, описывающее вращающиеся черные дыры. Это привело к двум важнейшим открытиям о черных дырах.
|
|
|
|
|
|
|
Во-первых, "теорема об отсутствии волос", которая гласит, что черные дыры можно отличить только по трем свойствам: их массе, вращению и электрическому заряду.
|
|
|
|
Во-вторых, нам нужно вспомнить знаменитую формулу Эйнштейна E = mc 2, которая гласит, что энергия имеет массу. В случае с черной дырой решение Керра говорит нам о том, что до 29% массы черной дыры может приходиться на энергию вращения.
|
|
|
|
Английский физик Роджер Пенроуз 50 лет назад пришел к выводу, что энергия вращения черных дыр может высвобождаться. Вращающаяся черная дыра подобна аккумулятору, способному выделять огромное количество энергии вращения.
|
|
|
|
Черная дыра может содержать примерно в 100 раз больше извлекаемой энергии, чем звезда той же массы. Если пара черных дыр сольется в одну, большая часть этой огромной энергии может высвободиться за несколько секунд.
|
|
|
|
Потребовалось два десятилетия кропотливых суперкомпьютерных вычислений, чтобы понять, что происходит, когда две вращающиеся черные дыры сталкиваются и сливаются, создавая гравитационные волны. В зависимости от того, как вращаются черные дыры, энергия гравитационных волн может высвобождаться гораздо сильнее в одном направлении, чем в других, что заставляет черные дыры взлетать подобно ракете в противоположном направлении.
|
|
|
|
Если вращения двух сталкивающихся черных дыр выровнены правильным образом, конечная черная дыра может разогнаться до скорости в тысячи километров в секунду.
|
|
Учимся на примере реальных черных дыр.
|
|
|
|
Все это было теорией, пока в 2015 году гравитационно-волновые обсерватории LIGO и Virgo не начали регистрировать всплески гравитационных волн, испускаемых парами сталкивающихся черных дыр.
|
|
|
|
Одним из самых захватывающих открытий стали "гудки" черных дыр: напоминающий камертон звон вновь образовавшихся черных дыр, который говорит нам об их вращении. Чем быстрее они вращаются, тем дольше они звучат.
|
|
|
|
Все более тщательные наблюдения за сливающимися черными дырами показали, что некоторые пары черных дыр имеют произвольно ориентированные оси вращения и что многие из них обладают очень большой спиновой энергией.
|
|
|
|
Все это говорит о том, что черные дыры-беглецы вполне реальны. Двигаясь со скоростью, составляющей 1% от скорости света, их траектории в космосе не повторяли бы искривленных орбит звезд в галактиках, а были бы почти прямыми.
|
|
Черные дыры-беглецы обнаружены в дикой природе
|
|
|
|
Это подводит нас к последнему этапу нашей работы: фактическому обнаружению убегающих черных дыр.
|
|
|
|
Поиск относительно небольших убегающих черных дыр является сложной задачей. Но вырвавшаяся на свободу черная дыра массой в миллион или миллиард солнечных масс создаст огромные разрушения в звездах и газе вокруг нее, когда она будет перемещаться по галактике.
|
|
|
|
Предполагается, что они оставляют за собой звездные следы, формирующиеся из межзвездного газа, подобно тому, как облака образуются в результате полета реактивного самолета. Звезды образуются из сжимающегося газа и пыли, притягиваемых пролетающей мимо черной дырой. Этот процесс может длиться десятки миллионов лет, пока убегающая черная дыра пересекает галактику.
|
|
|
|
В 2025 году в нескольких статьях были опубликованы изображения удивительно прямых звездных полос внутри галактик, подобных изображению ниже. Это, по-видимому, убедительное доказательство существования убегающих черных дыр.
|
|
|
|
В одной статье, опубликованной астрономом из Йельского университета Питером ван Доккумом, описывается очень далекая галактика, полученная телескопом Джеймса Уэбба, с удивительно ярким инверсионным следом длиной 200 000 световых лет. Инверсионный след показал эффект давления, ожидаемый от гравитационного сжатия газа при прохождении черной дыры: в данном случае это говорит о черной дыре с массой, в 10 миллионов раз превышающей массу Солнца, движущейся со скоростью почти 1000 км/с.
|
|
|
|
Другой описывает длинный прямой инверсионный след, пересекающий галактику под названием NGC3627. Этот след, вероятно, оставлен черной дырой, масса которой примерно в 2 миллиона раз превышает массу Солнца и которая движется со скоростью 300 км/с. Длина его инверсионного следа составляет около 25 000 световых лет.
|
|
|
|
Если эти чрезвычайно массивные "беглецы" существуют, то должны существовать и их меньшие собратья, поскольку наблюдения за гравитационными волнами показывают, что некоторые из них имеют противоположные вращения, необходимые для создания мощных толчков. Их скорости вполне достаточны для того, чтобы они могли перемещаться между галактиками.
|
|
|
|
Таким образом, неуправляемые черные дыры, прорывающиеся сквозь галактики и между ними, являются новым элементом нашей замечательной Вселенной. Не исключено, что одна из них может появиться в нашей Солнечной системе, что может привести к катастрофическим последствиям.
|
|
|
|
Мы не должны терять бдительность из-за этого открытия. Вероятность этого ничтожно мала. Это просто еще один способ, благодаря которому история нашей вселенной стала немного богаче и увлекательнее, чем была раньше.
|
|
|
|
Источник
|
