Черные дыры не только пожирают звезды, они могут зажигать их заново
Автор фото, Getty Images
О том, что черные дыры могут разрывать звезды на части и пожирать их останки, ученым известно давно. Однако лишь сейчас выяснилось, что черные дыры обладают и другой способностью — заново «оживить» умирающую звезду.
Во всяком случае, именно такой вывод следует из математической модели команды астрофизиков Чарлстонского колледжа.
Новое исследование, запланированное к публикации в следующем номере журнала Astrophysical Journal, может разрешить одну из главных загадок, окружающих черные дыры.
«Лебединая песня»
Обычно, если звезда подходит слишком близко к черной дыре, можно считать, что ее дни сочтены.
Гравитация приливных сил — наподобие тех, что вызывают на Земле приливы и отливы, только в миллионы раз сильнее, — сплющивает звезду и разрывает ее на куски, а затем черная дыра окончательно пожирает то, что от нее осталось.
Но если звезда относится к типу белых карликов (в такой рано или поздно, как полагают, превратится и наше Солнце), то её смерть может оказаться весьма эффектной. Примерно как на этой картинке.
Автор фото, College of Charleston
Перед поглощением термоядерные реакции внутри белого карлика окончательно затухают. Но, как показывают новые расчеты, когда приливные силы начинают одновременно сжимать и растягивать звезду в разных направлениях, колоссальное давление может заново — пусть и ненадолго — запустить в звездном ядре термоядерный процесс.
Умирающая звезда вспыхивает в последний раз — перед тем как погибнуть навсегда.
Тут, впрочем, и кроется главная загадка: для оживления звезды требуется черная дыра средней массы. А таких во Вселенной учёные пока не нашли ни одной.
Неуловимая загадка
Во Вселенной известны два типа черных дыр. Первые образуются в результате гравитационного коллапса умирающей звезды — их называют черными дырами звездных масс и они всего лишь примерно в 100 раз тяжелее Солнца.
Именно от столкновения двух подобных объектов по Вселенной разошлись гравитационные волны, впервые зафиксированные учеными в 2015 году. Уже в 2017-м за это открытие была присуждена Нобелевская премия по физике.
Кроме того, есть супермассивные черные дыры — они тяжелее нашего Солнца в сотни тысяч, миллионы и даже миллиарды раз. Например, в центре нашей галактики Млечный путь находится черная дыра под названием Стрелец A*, масса которой превышает солнечную примерно в 4 млн раз.
Автор фото, NASA
Так выглядит черная дыра в центре галактики в представлении художника
Теоретически должен существовать и третий тип — где-то посередине между этими двумя — но таких черных дыр астрономы пока не обнаружили. Первый перспективный кандидат появился лишь в этом году — но его статус ещё нужно будет подтвердить.
Новое открытие может помочь ученым отыскать другие черные дыры средней массы, отслеживая «предсмертные вспышки» звёзд.
«Очень важно знать, сколько их существует — таких черных дыр средней массы, — поскольку это поможет ответить на вопрос, откуда берутся сверхмассивные дыры», — объясняет руководитель исследования, профессор астрофизики Чарлстонского колледжа Крис Фраджайл.
«Если нам удастся отыскать такие объекты с помощью этого механизма, это будет невероятным достижением», — уверен он.
Источник
Поглотит ли чёрная дыра Млечный Путь и все солнечные системы в нашей галактике, если её не остановить?
Чёрная дыра в космологии — это, по сути, совокупность сильно сжатой массы. Проще говоря, если добавлять всё больше и больше массы к звезде или планете, или чему-то ещё — природа гравитации создаст притяжение настолько сильное, что даже лёгкие частицы не смогут ускользнуть.
Точка, откуда свет уже не может уйти, называется «горизонтом событий» чёрной дыры. Через этот горизонт или границу не может пройти никакая информация. Так сказать, дальнейших событий нет.
Самый центр чёрной дыры, где вся масса имеет наибольшее сжатие, называется сингулярностью.
Что означает «просто» сжатая масса? Если бы мы заменили наше Солнце чёрной дырой аналогичной массы, как это повлияло бы на нашу Землю? Загорать бы мы уже не смогли, но, в остальном, изменилось бы немного. Фактически, Земля продолжала бы вращаться по орбите, как будто ничего не произошло. И так продолжалось бы вечно, пока что-то не нарушило бы этот баланс.
Чёрные дыры и их гравитация не так уж и отличаются от других небесных тел. Небесные тела имеют массу. Чёрные дыры — это просто наиболее экстремальные скопления массы. Как правило, говорят о трёх видах чёрных дыр.
- Звёздная чёрная дыра — самая популярная и известная форма. Мы определяем их как средние по размеру. Их масса обычно примерно в 20 раз больше массы Солнца, а объём составляет около 15 км в диаметре. Такие чёрные дыры образуются, когда массивная звезда «схлопывается» сама по себе. Этот коллапс может вызвать сверхновую, которая выкинет часть вещества звезды в космос. Но в её прежнем центре вы найдете нашего новорождённого друга.
- Сверхмассивная чёрная дыра — это те объекты, которые вы найдёте в центре большинства галактик, и их размер варьируется. Они значительно массивнее звёздных черных дыр — по крайней мере, в сто тысяч раз или около того, или даже в миллиард раз. Они образуются одновременно с формированием окружающей их галактики. Но механизм их образования до сих пор не совсем понятен. Возможно, они возникают как звёздные черные дыры, а затем быстро продолжают питаться окружающим хаосом.
- Первичная чёрная дыра — самая маленькая. Мы называем их так, потому что их расцвет пришёлся на начало Большого взрыва. Их гипотетическое существование является следствием всего произошедшего хаоса. Они могли быть размером не больше атома, с массой большой горы или среднего человека.
Мы не можем с научной уверенностью сказать, что происходит в центре чёрных дыр. Что бы там ни было, наша физика не может этого описать или предсказать.
Это не значит, что сингулярность волшебна. Рассуждения о червоточинах или межпространственных воротах чаще всего бессмысленны и необоснованны. Наше понимание геометрии Вселенной бессильно в этих сингулярностях. Вероятно, это пока неизвестная категория сжатия массы, экзотическая форма материи или другое логическое продолжение наших нынешних представлений.
Решение этой проблемы придёт в уравнениях великого объединения, так сказать «теории всего». Мы найдем это с помощью комбинации квантовой механики и общей теории относительности. Эти теории — короли в описании квантового мира и макромира, но попытка их скомбинировать вместе пока терпит неудачу. Некоторые из наиболее популярных кандидатов на «теорию всего» — теория струн и теория квантовой гравитации.
Излучение Хокинга
Представьте себе пару виртуальных частиц, случайно возникающих где-то в космосе. Это происходит постоянно, что описывается тем, что мы называем квантовыми флуктуациями. Это реальное явление с наблюдаемыми (и подтверждёнными) эффектами. Пара является аннигиляторами друг друга. Это отрицательная и положительная энергия, равная нулю.
Если это происходит на краю черной дыры — на горизонте событий — эти пары частиц разделяются, прежде чем у них появляется шанс уничтожить друг друга. Одна из них падает в чёрную дыру, а другая улетает. Та, что улетает — это положительная энергия, а та, что падает — отрицательная энергия (антиматерия). Это и есть излучение Хокинга.
Улетевшие частицы будут обнаруживаемым излучением. Пока обнаружение безуспешно, но считается, что в конечном итоге это подтвердится.
Это явление приведёт к чистому отрицательному энергетическому воздействию на дыру — дыра получает отрицательную энергию. Это фактически означает, что черная дыра будет терять энергию, несмотря на то, что получает одну из расщеплённых частиц. Со временем этот чистый отрицательный эффект уменьшит дыру до точки, в которой она полностью исчезнет. Дыры испаряются.
Это излучение Хокинга — единственное, что во Вселенной может разрушить чёрную дыру. Это займёт много времени (триллионы лет), но, согласно этой ещё не подтверждённой гипотезе, это неизбежно.
Поглотит ли какая-нибудь чёрная дыра Вселенную?
Ответ состоит в том, что геометрическое расширение пространства может происходить как внутри дыры, так и снаружи. Это не окажет на нас воздействия, пока мы «слоняемся» вне дыры. Точно так же, как мы слоняемся в саду с очень глубоким колодцем.
Другой ответ, в настоящее время поддерживаемый нашими теориями, гласит, что чёрные дыры углубляют свои «колодцы» и растягивают пространство-время вместе с ними. Это в некоторой степени изменяет их горизонт событий, но не каким-либо экспоненциально неконтролируемым образом. Держитесь подальше от колодца, и всё будет хорошо.
Представьте себе вселенную всего с двумя объектами и ничего больше: бейсбольным мячом и бейсбольной битой. Оставьте их на противоположных концах известной Вселенной. На расстоянии 93 миллиарда световых лет друг от друга. Оставьте их в покое, достаточно надолго. И в конце концов они притянутся и встретятся друг с другом.
Если Закон всемирного тяготения работает с бейсбольной битой, почему чёрные дыры не сделают то же самое?
Современные космологи говорят нам, что Вселенная расширяется быстрее, чем гравитация стягивает самые дальние углы вместе. Это расширение подпитывается тем, что мы называем тёмной энергией, и это расширение превышает скорость света.
Следовательно, в реальной вселенной упомянутые мяч и бита никогда не встретятся, потому что пространство расширяется быстрее, чем работает сила притяжения. Однако внутри и вокруг галактик сила гравитации побеждает. Здесь она самая сильная. Вне галактик начинает побеждать расширение пространства.
Если экстраполировать это дальше, мы получим вечно расширяющуюся Вселенную с бесчисленными черными дырами там, где раньше были галактики. Или у нас будут галактики, которые имеют орбиты вокруг чёрных дыр. Кроме того, межзвездные кометы, планеты-изгои и так далее могут оставаться таковыми навсегда, если их пути находятся в стороне от притяжения галактик.
Источник
Сколько «съедает» сверхмассивная черная дыра в день
Подобный зверский аппетит делает эту черную дыру самой быстрорастущей во всей Вселенной. «Масса этой черной дыры примерно в 8000 раз больше, чем масса черной дыры в центре Млечного пути, — говорит астроном Кристофер Онкен из Австралийского национального университета. — Если черная дыра Млечного пути хотела бы достигнуть той же массы, ей пришлось бы проглотить две трети всех звезд в нашей галактике».
Об открытии этой черной дыры было объявлено в 2018 году. Она представляет собой сверкающий квазар в центре галактики под названием SMSS J215728.21-360215.1 (для краткости J2157) ранней Вселенной, расположенной от нас на расстоянии миллиарда световых лет.
В день открытия астрономы оценили массу черной дыры примерно в 20 миллиардов солнечных масс, отнеся ее к категории сверхмассивных черных дыр (чья масса составляет более 10 миллиардов солнечных масс). Тогда же ученые подсчитали, что дыра поглощает половину массы нашего Солнца ежедневно.
Теперь астрономы провели новые замеры, чтобы уточнить цифры. И они невероятны. При своей массе в 34 миллиарда солнечных масс черная дыра J2157 имеет радиус Шварцшильда (гравитационный радиус или радиус горизонта событий), равный примерно 670 астрономическим единицам (одна астрономическая единица составляет 149 597 870 700 метров — среднее расстояние от Земли до Солнца).
Источник
Поглотит ли чёрная дыра нашу галактику?
Хотите услышать что-то крутое? В центре Млечного Пути находится огромная чёрная дыра. И не просто огромная чёрная дыра, а сверхмассивная чёрная дыра, масса которой более чем в 4,1 миллиона раз больше массы Солнца.
Она находится всего в 26 000 световых лет от Земли, прямо в центре нашей галактики, в направлении созвездия Стрельца. И, как мы знаем, она разрывает и поглощает не только звёзды, но и целые звёздные системы, которые приблизятся к ней, увеличивая тем самым свою массу.
Подождите-ка, это звучит совсем не круто, скорее это звучит страшно. Верно?
Не волнуйтесь! На самом деле у вас нет ни единого повода для волнения, если только вы не планируете прожить несколько тысяч миллионов лет, как, например, я, благодаря переносу моего сознания в виртуальную реальность.
Поглотит ли эта чёрная дыра Млечный Путь?
Открытие сверхмассивной чёрной дыры (СЧД) в центре Млечного Пути, как и обнаружение СЧД почти во всех остальных галактиках, является одним из моих любимых открытий в астрономии. Это одно из тех открытий, которое одновременно с ответами на одни вопросы, порождает другие.
Еще в 1970-е годы, астрономы Брюс Балик и Роберт Браун обнаружили интенсивный источник радиоизлучения, идущий от самого центра Млечного Пути, из созвездия Стрельца.
Они обозначили этот источник Sgr A*. Звёздочка означает “захватывающий”. Вы думаете, что я шучу? Но нет. На этот раз, я не шучу.
В 2002 году астрономы обнаружили, что звёзды проносятся мимо этого объекта по сильно вытянутым орбитам, подобно кометам, кружащим около Солнца. Представьте себе массу нашего Солнца. Нужна колоссальная сила, чтобы развернуть его!
Только чёрные дыры смогут сделать это. И в нашем случае, эта чёрная дыра в миллионы раз массивнее нашего Солнца – это сверхмассивная чёрная дыра. С открытием СЧД в центре нашей галактики астрономы поняли, что чёрные дыры находятся в центре каждой галактики. В то же время, открытие сверхмассивных чёрных дыр помогло ответить на один из главных вопросов в астрономии: что такое квазар?
Оказывается, что квазары и сверхмассивные чёрные дыры, это одно и то же. Квазары – это те же чёрные дыры, только, находящиеся в процессе активного поглощения материала из аккреционного диска, вращающегося вокруг них. Но в опасности ли мы?
В краткосрочной перспективе – нет. Чёрная дыра в центре Млечного Пути находится в 26 000 световых лет от нас. И даже если она превратится в квазар, и начнёт поглощать звёзды, мы очень нескоро заметим это.
Чёрная дыра – это огромной массы объект, занимающий небольшую область пространства. К тому же, если вы замените Солнце чёрной дырой с точно такой же массой, то ничего не изменится. Я имею в виду то, что Земля будет продолжать своё движение по той же орбите в течении миллиардов лет, только уже вокруг чёрной дыры.
То же самое и с чёрной дырой в центре Млечного Пути. Она не втягивает материал как пылесос. Она выступает лишь в качестве, своего рода гравитационного якоря для группы звёзд, находящихся на орбите вокруг неё.
Для того, чтобы чёрная дыра поглотила звезду, последняя должна двигаться в направлении СЧД. Она должна пересечь горизонт событий, диаметр которого, в нашем случае, примерно в 17 раз больше солнечного. Если звезда приблизится к горизонту событий, но не пересечёт его, то она, вероятнее всего, будет разорвана. Однако, это происходит очень редко.
Проблемы начинаются тогда, когда эти звёзды взаимодействуют друг с другом, из-за чего изменяют свои орбиты. Звезда, которая счастливо жила на своей орбите миллиарды лет, может быть потревожена другой звездой и сбиться со своей орбиты. Но это бывает не часто. Тем более в галактическом “пригороде”, в котором мы и находимся.
В долгосрочной же перспективе, основная опасность заключается в столкновении Млечного Пути и Андромеды. Это произойдёт примерно через 4 миллиарда лет, в результате чего появится новая галактика, которая может получить название Млекомеда. Внезапно появится много новых, взаимодействующих друг с другом звёзд. При этом звёзды, которые были в безопасности ранее, станут менять свои орбиты. К тому же, в галактике появится и вторая чёрная дыра. Чёрная дыра Андромеды может быть в 100 миллионов раз массивнее нашего Солнца. Так что это довольно большая мишень для звёзд, желающих погибнуть.
Так поглотит ли чёрная дыра нашу галактику?
В ближайшие несколько миллиардов лет, всё больше и больше галактик будут сталкиваться с Млекомедой, вызывая хаос и разрушения. Конечно, Солнце погибнет примерно через 5 миллиардов лет, но это будущее не будет нашей проблемой. Ну, хорошо, с моим вечным виртуальным сознанием это всё ещё будет моей проблемой.
После того, как Млекомеда поглотит все близлежащие галактики, у звёзд будет просто бесчисленное количество времени, на протяжении которого они будут взаимодействовать между собой. Некоторые из них будут выброшены из галактики, а некоторые сброшены в чёрную дыру.
Но многие другие будут в полной безопасности, дожидаясь времени, когда сверхмассивная чёрная дыра просто испарится.
Таким образом, чёрная дыра в центре Млечного Пути полностью и абсолютно безопасна. За оставшуюся жизнь Солнца, она не будет взаимодействовать с нами каким-либо из представленных выше способов, или потреблять больше, чем несколько звёзд в год.
Источник