|
Черные дыры растут вместе со Вселенной
|
|
|
|
Мы знаем, что Вселенная постоянно расширяется. Мы также знаем, что гравитационно связанные объекты, такие как солнечные системы и черные дыры, по всей видимости, не подвержены этому расширению. Однако новая статья физиков-теоретиков Валерио Фараони и Массимилиано Ринальди ставит под сомнение это предположение. Они предполагают, что черные дыры не могут просто игнорировать расширение Вселенной вокруг себя. Напротив, они должны расширяться вместе с ней. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Как и многие другие проницательные теоретические открытия, эта работа появилась в то время, когда данные наблюдений противоречат друг другу. Томас Кун был бы доволен. За последние несколько лет космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) и другие новые обсерватории заглянули в далекое прошлое Вселенной. И они обнаружили там сверхмассивные черные дыры.
|
|
|
|
В частности, они были найдены внутри «младенческих» галактик, которые не должны были их содержать. Судя по всему, они сформировались всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Однако, согласно учебникам по астрофизике, они не должны были появиться так рано. Существует физический предел скорости, с которой газ может падать в черную дыру, — так называемый предел Эддингтона. Теоретически он ограничивает размер, до которого могли бы вырасти сверхмассивные черные дыры к тому моменту, когда их зафиксировал телескоп «Джеймс Уэбб». Другими словами, ранняя Вселенная была недостаточно старой для того, чтобы эти сверхмассивные черные дыры успели вырасти до таких размеров.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы понять альтернативное решение, сначала нужно разобраться в том, как физики моделируют сами черные дыры. Обычно они используют решение Шварцшильда, которое было сформулировано более ста лет назад. Чтобы упростить математические расчеты, в этом решении черная дыра рассматривается как изолированный неподвижный объект, окруженный бесконечной пустой пустотой, которая никогда не меняется. Но если астрофизики что-то и знают о нашей Вселенной, так это то, что она не пуста и уж точно не статична.
|
|
|
|
В своей предыдущей работе Фараони и Ринальди показали, что попытка изменить статическое условие на реалистичный расширяющийся фон, подобный тому, что мы наблюдаем во Вселенной, приводит к физически невозможной «голой сингулярности». Математические расчеты просто не работают. Чтобы решить эту проблему, они стали отслеживать видимый горизонт черной дыры — границу, за которой гравитация становится настолько сильной, что свет не может ее преодолеть. И тогда они задались простым вопросом: расширяется ли эта граница медленнее, быстрее или с той же скоростью, что и вся Вселенная?
|
|
|
|
Может показаться, что это слишком сложный вопрос, но именно в этом и заключается мастерство физиков-теоретиков. Поэтому они создали ряд математических моделей, в которых исследовали судьбу черной дыры, образовавшейся в ранней Вселенной. Единственный математически и физически обоснованный результат был получен, когда черная дыра в конечном итоге стала двигаться с той же скоростью, что и космос, то есть расширялась с той же скоростью, что и Вселенная.
|
|
|
|
Хотя этот ответ кажется довольно простым, он имеет серьезные последствия для нашего понимания космоса и особенно его истории. Один из логичных выводов заключается в том, что сверхмассивные черные дыры, которые телескоп Джеймса Уэбба обнаружил в молодых галактиках, не могли вырасти до таких размеров только за счет поглощения газа в пределах эддингтоновского предела. Вместо этого их, казалось бы, необъяснимо большой размер может быть обусловлен расширением самой Вселенной.
|
|
|
|
Еще одна загадка, на которую проливает свет эта теория, связана с данными современных детекторов гравитационных волн. Такие обсерватории, как LIGO и Virgo, зафиксировали столкновения черных дыр, массы которых находятся в пределах «верхнего предела массы» — то есть таких масс, при которых, согласно теории звездной эволюции, звезды не могут образовывать черные дыры. Если бы со временем черные дыры продолжали расширяться вместе с расширением Вселенной, это могло бы объяснить, почему существуют эти, казалось бы, неуместные черные дыры.
|
|
|
|
Уточним: это не значит, что расширение Вселенной как-то повлияет на вашу повседневную жизнь. Электромагнитные и гравитационные силы удерживают наш мир и все живое в нем, и их влияние выходит далеко за рамки того, что может дать расширение Вселенной. Но, похоже, даже экстремальная гравитация черных дыр не обеспечивает им полной защиты от этих сил. И хотя пока эта теория остается лишь гипотезой, ее можно проверить, и вскоре некоторые из этих удивительных результатов, полученных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» и других обсерваторий, предоставят достаточно доказательств в ее пользу.
|
|
|
|
Источник
|
