Почему черные дыры до сих пор не поглотили всю Вселенную
Если исходить из классического описания черной дыры, то это некий сверхмассивный объект, который постоянно и неумолимо притягивает к себе окружающую материю. Обратного пути нет – вещество достигает дыры, поглощается и становится ее частью. Из-за этого черные дыры все время растут, тяжелеют и увеличивают свою силу притяжения.
Но если по мере накопления вещества извне дыра становится «больше», почему мы не видим этого расширения? Более того, если дыры существуют давно и все это время собирали вещество, они давно должны были превратиться в гиперобразования, на фоне которых галактики выглядели бы песчинками. Чудовищно большие космические расстояния больше не были бы помехой, чтобы притянуть и поглотить самые дальние объекты, включая и более слабые черные дыры.
В реальности ничего подобного не наблюдается, и это тревожит ученых. В самом деле, куда девается поглощенное черной дырой вещество? Один из лучших физиков-теоретиков современности, Леонард Сасскинд, недавно подготовил новое теоретическое обоснование. Оно еще не прошло рецензирование, это лишь теория, но она многое объясняет. Объединив вместе теорию струн и квантовую механику, Сасскинд пришел к выводу, что черная дыра растет «внутрь себя», увеличивая не размеры в нашем четырехмерном пространстве, а свою пока неописанную «внутреннюю сложность» или «квантовый вес».
Это проще всего описать в виде рабочего стола компьютера, на котором мы создали новую папку. Размеры ярлычка стабильны и никак не отражают содержимое папки, тогда как внутрь мы можем переместить любое количество файлов. Причем просто перетянув с соседней части рабочего стола, подобно тому, как черная дыра притягивает близкие объекты. У папки будет колоссальный «вес», реальный размер и, как следствие, влияние на «вселенную компьютера». Но заметить его, просто разглядывая рабочий стол и не зная устройства файловой системы, мы не сможем. Для этого нужно перейти на принципиально иной уровень понимания бытия.
Источник
Смогут ли Черные дыры поглотить Вселенную
Огромные, голодные и невидимые! Черные дыры представляются нам скрытыми чудовищами Вселенной, которые поглощают буквально все вокруг. Страшно оказаться рядом с таким объектом. Но могут ли черные дыры поглотить Вселенную и сделают ли это когда-нибудь?
Давайте разберемся в этом вопросе. Вселенная считается бесконечным пространством, поэтому, согласитесь, поглотить ее крайне сложно. Как минимум, мы нуждаемся в огромном количестве черных дыр. Сколько их?
Исследование галактик и математические подсчеты показывают, что в центре каждой галактики мы сможем найти по одной сверхмассивной черной дыре. В космическом пространстве можно отыскать 100-200 млрд. галактик (как минимум), а значит, столько существует и сверхмассивных чудовищ. Но это лишь сверхмассивный тип. Есть и обычные черные дыры, которых намного больше!
И их количество постоянно увеличивается. Чтобы создать черную дыру, понадобится смерть массивной звезды, столкновение нейтронных звезд или коллапс огромного количества газа или центральной галактической части. В теории, каждую секунду рождается новая черная дыра. Хорошо, значит этих невидимых угроз невероятное множество. Тогда почему наша Вселенная все еще цела?
Размер крупнейшей из известных черных дыр
Начнем с того, что черные дыры – не такие уж и чудовища. Да, их гравитация настолько сильна, что даже свет не способен убежать. Но это не значит, что перед нами гравитационный пылесос, который всосет в себя всю Вселенную.
У черных дыр есть предел влияния. Речь идет о горизонте событий. Если объект перейдет черту, то с ним покончено (поглотится, разорвется и т.д.). Но многие звезды, планеты и прочие космические тела окружают черные дыры и не приближаются на опасную дистанцию, оставляя черные дыры голодными.
Хорошо, но ведь черные дыры питаются, увеличиваются в массе и должны расширяться. А значит, возрастает их влияние. Так? Не совсем. Ученые в теории знают, что происходит расширение и увеличение массы и воздействия на материю вокруг, но этого не наблюдается на практике. И это странно, ведь черные дыры существуют давно и должны были поглотить столько материи, чтобы выйти за пределы собственной галактики. Почему этого не происходит?
Здесь можно вспомнить излучение Хокинга. Известный физик-теоретик считал, что на микроскопическом уровне материя все же вырывается из черной дыры, хотя поглощение все равно превышает количество высвободившегося вещества.
Интересной кажется теория физика-теоретика Леонарда Сасскинда. Он верил, что черные дыры расширяются, но внутрь, а не наружу. Мы просто не способны зафиксировать это расширение, поэтому черные дыры и не увеличиваются в размерах, которые мы могли бы наблюдать.
Выходит, что черные дыры (пусть даже сверхмассивные) все же не способны разорвать и поглотить все космическое пространство. Но ведь одна из теорий смерти Вселенной гласит, что на предфинальном этапе останутся только черные дыры. Да, но это не потому, что они поглотили все остальные объекты.
Дело в том, что у звезд есть собственный эволюционный путь, зависящий от конкретного типа. Некоторые станут коричневыми карликами, другие черными дырами и т.д. Новые звезды не будут рождаться, потому что закончится необходимый материал в виде газа и пыли. Так что будущая Вселенная будет представлять собою мрачное место со сталкивающимися и сливающимися черными дырами.
Но и они не будут вечными. Спустя 10^100 лет должна умереть последняя черная дыра. Здесь мы снова вернемся к теории излучения Хокинга. Высвобождение небольшого количества материи истощает черные дыры, поэтому они уменьшаются и испаряются (в теории). Сейчас это мелочи, потому что они поглощают больше, чем излучают. Но в будущем не станет звезд, пыли и газа для подпитки.
Так что ответ: нет, черные дыры не поглотят Вселенную. Но среди известных нам объектов, они станут последними свидетелями гибели космического пространства, уступив место фотонам и элементарным частичкам.
Источник
Черная дыра поглотила массивную планету
Исследователи космических далей увидели уникальное явление, о котором раньше только догадывались: сверхмассивная черная дыра поглотила массивный объект, который мог быть планетой или даже звездой-карликом. Это сообщение поступило от группы астрономов под руководством Марека Николаюка (Marek Nikolajuk) из Белостокского университета в Польше.
Ученые с помощью космической миссии (орбитальной спутниковой обсерватории гамма-лучей, носящей имя INTEGRAL) отождествили очень редкое событие поистине космических масштабов. Оно представляло собой поглощение черной дырой крупного объекта типа планеты.
INTEGRAL является проектом Европейского космического агентства (ЕКА) в сотрудничестве с коллегами из Роскосмоса и НАСА. Предшественником миссии INTEGRAL является ее аналог -комплекс рентгеновской обсерватории XMM-Newton, запущенный ранее, в декабре 1999 года.
Наблюдение черной дыры в центре галактики NGC 4845, расположенной в 47 миллионах световых лет от Земли, оказалось чрезвычайно интересным и продуктивным! Надо сказать, что эта галактика попала в поле зрения астрономов случайно, поскольку исследовались области соседних с ней галактик. Но яркое свечение в рентгене ядра галактики NGC 4845 не осталось незамеченным!
Астрономы заметили происходящее с черной дырой почти случайно, исследуя рентгеновское излучение соседних с NGC 4845 галактик за 2011 год. Просто ядро NGC 4845 ярко светилось в рентгеновском диапазоне.
«Эта галактика оставалась спокойной как минимум 20-30 лет», — констатирует Марек Николаюк. И вдруг поток рентгена из ядра ранее спокойной галактики NGC 4845 резко возрос, дальнейшее исследование рентгеновского спектра «двухстадийной» вспышки позволило определить возможные причины и построить сценарий незаурядного космического катаклизма. Первый пик свечения был вызван частичным разрушением и первым поступлением в аккреционный диск черной дыры вещества разрушаемого объекта. Второй пик свечения явился свидетельством поглощения черной дырой массы крупного тела с верхним пределом в 14-30 масс Юпитера. Верхняя оценка соответствует даже массе коричневого карлика. Авторы указывают, что это лишь верхний предел, но фактическая масса может быть гораздо меньшей, как масса обычной планеты вроде Юпитера (планета земного типа маловата для наблюдаемых проявлений второго пика рентгеновского всплеска). Завершен ли окончательно процесс «съедения» черной дырой крупного объекта?
Известно по данным INTEGRAL, что сверхмассивная черная дыра массой в 300 тысяч солнечных масс разрывает на куски крупную планету (или угасшую звезду, коричневый карлик). Соавтор работы Ролан Вальтер (Roland Walter) из Женевской обсерватории в Швейцарии объясняет особенности катаклизма в галактике NGC 4845: «Это первое наблюдение разрушения объекта, меньшего, чем звезда, черной дырой. По нашим оценкам, только внешние слои экзопланеты типа «юпитер» были съедены черной дырой, что заставило планету «похудеть» на 10 процентов ее массы. По всей видимости, плотное ядро объекта до сих пор обращается вокруг черной дыры».
Отобразить реальную картину происшедшего пока весьма затруднительно по причине невероятной удаленности от арены событий, все-таки 47 миллионов световых лет! Только вариации сияния ядра галактики в рентгеновском излучении говорят о возможных сценариях событий. Сложность структуры поглощаемого объекта могла сильно усложнить ситуацию. Наблюдения в Солнечной системе газовых гигантов говорят о том, что вокруг них вращаются их естественные спутники, некоторые из них достаточно массивны: у Юпитера это Ганимед, у Сатурна — Титан. В Солнечной системе газовые гиганты часто имеют собственные массивные атмосферы и спутники с достаточно плотной атмосферой. Можно предполагать, что ядро галактики NGC 4845 со сверхмассивной черной дырой внутри поглощало некую фрагментированную материю, обеспечившую всплески рентгена.
Исследование представлено в журнале Astronomy & Astrophysics
Читайте самое интересное в рубрике «Наука и техника»
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Источник
Битва титанов: как черная дыра столкнулась с нейтронной звездой
Большая международная группа астрономов отчиталась в журнале Astrophysical Journal Letters о первых наблюдениях за столкновением и слиянием черной дыры с нейтронной звездой. Два подобных события были зафиксированы с разницей всего 10 дней. Подробное изучение этих катаклизмов может многое рассказать о самых экзотических объектах во Вселенной.
Когда пространство волнуется
Нейтронные звезды и черные дыры — вероятно, самые необычные объекты во Вселенной. Первые отличаются чудовищной плотностью: при массе порядка солнечной они имеют диаметр в считанные километры. Кубический сантиметр такого вещества весит сотни миллионов тонн. У вторых плотность вообще теоретически бесконечна, так что у них даже поверхности нет, а есть горизонт событий — граница невозврата, из-за которой не может вырваться даже свет.
Ученым очень далеко до того, чтобы воспроизвести что-нибудь подобное в лаборатории. Зато эти объекты, возникшие на испытательных полигонах самой природы, дают физикам возможность проникнуть в самые глубокие свойства материи. Свой интерес и у астрономов, ведь нейтронные звезды и черные дыры — это остатки светил, взорвавшихся как сверхновые. Изучая их, можно многое узнать о том, как рождаются, живут и умирают звезды.
В 2015 году в исследовании этих сгустков сверхплотной материи была открыта новая глава — впервые были зафиксированы гравитационные волны от столкновения двух черных дыр.
Гравитационная волна — это колебание пространства-времени, которое слегка меняет расстояния между предметами. Если такая волна накроет нас за утренним кофе, стол, за которым мы сидим, будет периодически становиться то ближе, то дальше. И это даже трудно будет назвать движением в обычном смысле: будет меняться сама дистанция между двумя точками в пространстве.
Правда, мы этого не почувствуем. Изменения расстояний незаметны даже в микроскоп, потому что гравитационные волны необычайно слабы. Идея приборов, все же способных их фиксировать, была выдвинута советскими учеными Михаилом Герценштейном и Владиславом Пустовойтом еще в 1960-х, но лишь полвека спустя технологии развились достаточно, чтобы осуществить этот замысел.
Расположенная в США пара детекторов LIGO регистрирует изменение расстояний на величину, которая много меньше диаметра протона. Этот дуэт, обошедшийся в $365 млн, настолько чувствителен, что фиксирует даже квантовые шумы, не говоря уж о таких «огромных» воздействиях, как движение молекул в деталях прибора. Третий и пока последний действующий детектор гравитационных волн — расположенный в Италии VIRGO. Еще один подобный инструмент под названием KAGRA строится в Японии.
Теоретически гравитационные волны порождает любое тело, движущееся с ускорением, так что окружающее пространство буквально переполнено ими. На практике даже такие шедевры инженерной мысли, как LIGO и VIRGO, фиксируют лишь самые мощные гравитационные всплески, порожденные масштабными космическими катастрофами — столкновениями черных дыр или нейтронных звезд.
Давным-давно в далекой галактике
На сегодняшний день обнаружены уже десятки всплесков гравитационных волн. Почти все порождены столкновениями черных дыр друг с другом, в результате которых они сливаются в единую черную дыру. Физики очень ценят эти наблюдения. Благодаря им, например, совсем недавно подтвердилось теоретическое предсказание Стивена Хокинга, что площадь горизонта событий никогда не уменьшается, что бы ни происходило с черной дырой.
Большим открытием стало первое столкновение двух нейтронных звезд, зафиксированное в 2017 году. Подобные «ДТП», в отличие от столкновений черных дыр, порождают не только гравитационные волны, но и вспышку, которую можно наблюдать в телескопы. Астрономы изучили это событие во всех возможных диапазонах, от радиоволн до гамма-лучей, и выяснили много интересного. Правда, специалисты до сих пор спорят, что же получилось при слиянии двух столкнувшихся объектов — нейтронная звезда или черная дыра.
Не хватало лишь гибридного варианта: столкновения нейтронной звезды с черной дырой, при котором участники «ДТП» сливаются и превращаются в новую черную дыру. Правда, однажды наблюдалось слияние черной дыры с телом, о котором трудно было сказать наверняка, является оно нейтронной звездой или черной дырой. Это случилось 14 августа 2019 года. Эксперты были почти уверены, что в черную дыру врезалась именно звезда, СМИ запестрели заголовками, но в итоге выяснилось, что небесное тело было подозрительно массивным, на грани возможного для нейтронной звезды. Так что, вполне возможно, это была все-таки черная дыра, пусть и самая легкая в истории наблюдений.
Теперь же астрономы объявили сразу о двух событиях, которые надежно классифицируются как гибридные. Удивительно, но они были обнаружены друг за другом с разницей всего в 10 дней. Первый всплеск гравитационных волн достиг Земли 5 января 2020 года, а второй — 15 января. По традиции, эти события обозначили GW200105 и GW200115. Здесь GW означает «гравитационные волны» (gravitational waves), а цифры маркируют дату события.
Всплеск GW200105 был вызван тем, что нейтронная звезда массой от 1,7 до 2,2 солнечной столкнулась и слилась с черной дырой массой от 7,4 до 10,1 солнечной. Это произошло в 550–1270 млн световых лет от Земли. Для сравнения: расстояние от Млечного Пути до галактики Андромеды составляет всего 2,5 млн световых лет. Даже при минимальной оценке дистанции получается, что по земному времени катастрофа произошла еще до наступления палеозойской эры. И только теперь гравитационные волны достигли Земли, при том, что они движутся со скоростью света.
Ученые не могут точно сказать, где именно случился древний катаклизм. Во время наблюдения был включен лишь один из пары детекторов LIGO, а для менее чувствительного VIRGO сигнал оказался слишком слабым. Поэтому направление на источник сигнала было определено не слишком точно. Область неба, в которой он мог бы находиться, по площади в 34 тысячи раз больше полной Луны.
А вот всплеск GW200115 «видели» все три действующих детектора, так что «подозрительный» участок неба куда меньше — всего 2900 полных лун. В этом катаклизме нейтронная звезда массой 1,2–2,2 солнечной врезалась в черную дыру массой от 3,6 до 7,5 солнечной. А случился он в 650–1470 млн световых лет от Земли.
У экспертов нет единого мнения, порождает ли столкновение черной дыры с нейтронной звездой видимую вспышку. Несколько телескопов прозондировали области неба, из которых пришли сигналы GW200105 и GW200115, но не нашли ничего примечательного.
Зато благодаря долгожданному открытию специалисты оценили, как часто происходят подобные катаклизмы. Оказалось, что это воистину редкие птицы. В кубе пространства с ребром в один гигапарсек (3,26 млрд световых лет!) случается лишь от 10 до 120 подобных катастроф в год. Правда, это если считать, что измеренные в событиях GW200105 и GW200115 массы типичны для участников столкновений «нейтронная звезда + черная дыра». Допуская более широкий диапазон масс, ученые получили чуть более оптимистичные оценки: от 60 до 240 катаклизмов.
Теперь исследователям предстоит подробно изучить данные, собранные о гравитационных всплесках GW200105 и GW200115. Возможно, они расскажут о свойствах черных дыр или нейтронных звезд что-нибудь новое и интересное.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Источник