Как устроена вселенная черные дыры архитекторы вселенной

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

LiveInternetLiveInternet

—Рубрики

Авиация (149)
Астрономические явления (17)
Атмосферные конвективные явления (13)
Атмосферные оптические явления (30)
Атмосферные электрические явления (13)
Бабочки (20)
ВАТИКАН (23)
Владимир Джанибеков (8)
Водолей (20)
Вокруг Солнечной системы (80)
Вопрос-Ответ (2333)
Габсбурги (16)
Гаремы (7)
Далёкий космос (111)
Дальние страны (1204)
ДИНАСТИИ (39)
Дорога — это жизнь (39)
ДОСЬЕ (40)
Животные (534)
Загадки истории (445)
ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИМЕНА (859)
Замки и Дворцы (27)
ЗАПОВЕДНИКИ (13)
ЗДОРОВЬЕ (263)
Земля (140)
ЗЕРКАЛО (5)
Искусство (674)
Истории любви (183)
ИСТОРИЯ (2337)
История одного стихотворения (2035)
История одной картины (1117)
Книги для детей (256)
Краса ветвей зависит от корней (29)
КУЛЬТУРА (248)
Легенды и мифы (179)
ЛИТЕРАТУРА (271)
ЛИТЕРАТУРНЫЕ ГЕРОИ (198)
ЛИЦА ИСТОРИИ (496)
ЛИЦА РАЗВЕДКИ (159)
ЛЮДИ (528)
Люди-легенды (120)
МАЯКИ (9)
Микеланджело Буонарроти (29)
Микробиология: ВИРУСЫ и БАКТЕРИИ (29)
МИКРОмир (16)
Мода (51)
Москва (74)
Музеи (123)
Наполеон Бонапарт (68)
Насекомые (105)
НАУКА (609)
Облака (14)
Оружие (23)
ОТКРЫТИЯ и ИЗОБРЕТЕНИЯ (250)
ПАРАЗИТЫ (23)
Первые среди равных (195)
ПЛАНЕТАРИЙ (81)
Поэзия (751)
Праздники (52)
Притчи (34)
Проза (475)
Прошлое и настоящее Ташкента (203)
Психология (80)
Птицы (214)
Растения (120)
Рекорды (19)
РОЗА ВЕТРОВ (22)
Романовы (103)
Россия (1214)
Сады и парки (36)
Самарканд — столица Тамерлана (22)
Санкт-Петербург (112)
Символы (161)
Скульпторы (38)
СЛОВАРЬ (76)
Соборы и Мечети (65)
СПИРАЛЬ ВРЕМЕНИ (23)
Судьбы человеческие (1581)
ТАЙНЫ и ЗАГАДКИ (368)
Ташкент (18)
Узбекистан (213)
Фарфор (8)
ФЕНОМЕН (167)
ФИЛАТЕЛИЯ (187)
Фотографии (521)
ФОТОГРАФЫ и их фотографии (187)
Фра Беато Анджелико (13)
ХУДОЖНИКИ (776)
ЦВЕТЫ (48)
ЧАЙ (24)
ЧЕЛОВЕК и ПРИРОДА (44)
ЧТОБЫ ПОМНИЛИ (734)
ЭВОЛЮЦИЯ (19)
ЭКСПЕДИЦИИ и НАХОДКИ (289)
ЭПОХА СССР (409)
ЮСУПОВЫ (21)

—Поиск по дневнику

—Подписка по e-mail

—Интересы

—Постоянные читатели

—Сообщества

—Статистика

Как устроена Вселенная. Чёрные дыры

Из всех гипотетических объектов Вселенной, предсказываемых научными теориями, черные дыры производят самое жуткое впечатление. И хотя предположения об их существовании начали высказываться почти за полтора столетия до публикации Эйнштейном общей теории относительности, убедительные свидетельства реальности их существования получены совсем недавно.

Черные дыры — это области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Так как черная дыра поглощает газ, пыль и даже звезды, поглощаемое вещество становится настолько горячим, что начинает излучать с очень высокой энергией по мере того, как погружается в черную дыру. Эта энергия включает и рентгеновское излучение, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите.

Д/ф «How the Universe Works. Black Hole». Режиссёр Louise V. Say. Discovery Channel, 2010.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Во Вселенной существуют настоящие монстры. Мы их не видим, но знаем об их существовании. Нет ничего больше, сильнее и страшнее чёрной дыры.

Чёрные дыры поглощают планеты и звёзды, всё, что находится рядом.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Чёрные дыры — постоянная головная боль физиков, потому что они нарушают все правила.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Но они управляют Вселенной. Они на центральном месте. Нам известно, что они управляют самой эволюцией Вселенной.

Чёрные дыры — самые загадочные объекты нашей Вселенной. У них абсолютная гравитация. Ничто не ускользает от них, они могут засасывать целые галактики. Раньше чёрные дыры были научной фантастикой, а теперь это научный факт.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Когда я учился на доктора философии, люди хихикали, когда слышали о чёрных дырах. «Они, как единороги, мифические создания». Мы называем это фактором хихиканья. Все смеялись: «Ну давай, телепортируй меня». Больше никто не смеётся.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Это не фантастика. И хотя мы никогда не приближались к ним, у нас есть доказательства их существования.

Это изображение может ничего вам не рассказать, но для учёного это доказательство существования чёрных дыр. Это реальная запись, на которой чёрная дыра поглощает звезду в созвездии Орла. Чёрные дыры неразборчивы в еде. Красные пятна — это газ, который выбрасывается в космос из дыры. В конце концов в последующий миллион лет эта звезда будет съедена заживо и исчезнет.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Чёрная дыра — это своего рода конечная точка всего. Это конец звезды, конец материи, конец энергии, конец гравитации. Это вершина всего.

Хотя чёрные дыры обладают силой разрушать всё во Вселенной, они также помогают строить галактики. Это важная составляющая огромной космической машины. Некоторые астрономы считают, что они могут быть воротами в параллельные вселенные.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Сейчас мы вступаем в золотой век исследований физики чёрных дыр. Они могут быть ключом к понимаю зарождения Вселенной, и её образования, и её смерти.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Чёрные дыры являются, как кто-то заметил, пределом современной астрономии. Они изменяют все наши представления о том, как образуются галактики и как устроена Вселенная.

Они черпают энергию в одной из главных сил природы — гравитации.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Я преподаю астрономию, и мы обучаем наших студентов фундаментальному принципу гравитации.

Гравитация притягивает. Сила тяжести удерживает наши ноги на земле, а нашу планету — на своей орбите. В чёрной дыре гравитация просто запредельная. Она такая сильная, что засасывает всё, что находится рядом. Она даже может отклонить свет от далёких планет. И если этот свет приближается слишком сильно к чёрной дыре, она засасывает его. Представьте чёрную дыру в виде водопада, гравитацию в виде реки, текущей к водопаду, а луч света в виде байдарки. Выше от водопада течение слабое, человек в лодке может грести против течения и выбраться. Но чем ближе к водопаду, тем сильнее течение и тем труднее выбраться. Край водопада — это край чёрной дыры. Несмотря на всю силу человека в лодке, он падает. То же самое и в космосе.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Чёрные дыры разрушительны тем, что когда приближаешься к ним, сила тяжести становится суперсильной.

Такой сильной, что поглощает свет. Вот почему чёрные дыры чёрные.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Чёрная дыра похожа на мотель, куда все заезжают, но никто не выезжает из него.

Всё, что находится слишком близко, обречено: планеты, звёзды и даже целые солнечные системы. И это не такое уж далёкое явление. Чёрные дыры находятся в космосе с нами по соседству.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Мы знаем, что они кочуют по галактике Млечный путь, путешествуют по ней. Они могут подкрасться к нам сзади и, возможно, проглотить нас и даже не поперхнуться при этом. Это и опасно. Если одна из них появится близко — берегитесь.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Если чёрная дыра найдёт путь в нашу Солнечную систему, она разорвёт нас на части. Любая чёрная дыра, проходящая через Солнечную систему, будет притягивать все планеты сильнее, чем Солнце. Она полностью нарушит гравитационный баланс Солнечной системы.

Чёрная дыра буквально сорвёт планеты с их орбит и столкнёт их друг с другом.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Эта эпическая катастрофа: слон в посудной лавке. Если она достаточно сильно приблизится, скажем, к Юпитеру, все его луны улетят от него. Или же повсюду будут летать планеты в разные стороны, если она пролетит через Солнечную систему, посеяв хаос на своём пути.

Если чёрная дыра приблизится к Земле, сила тяжести сорвёт астероиды с их орбит и направит их к нашей планете. Поверхность Земли станет пылающим адом. Это будет началом конца. Сначала она засосёт атмосферу, а потом и саму планету.

Чёрной дыре ничего не стоит разрушить всю Солнечную систему, но это не просто большое пустое засасывающее место в космосе. Оно и невероятно тяжёлое. Чтобы представить, насколько тяжёлая и плотная чёрная дыра, представьте Землю. А теперь начинайте её сжимать. И продолжайте сжимать, пока она не станет такой плотной, что даже сами атомы разрушатся. Плотность Земли, сжатой до 5 сантиметров в диаметре, это и есть плотность чёрной дыры. Она будет размером с мячик для гольфа, но с тем же весом и силой тяжести, как у Земли.

Что же может сотворить нечто такое маленькое, плотное и мощное?

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Во Вселенной нет внешних сил, способных сотворить чёрные дыры. Поэтому единственный способ образования чёрной дыры во Вселенной — это сама гравитация.

Во Вселенной есть только одно место, где производится такая гравитация — внутри самых крупных звёзд. Когда большие звёзды, в 10 раз тяжелее нашего Солнца, умирают, сила тяжести разрушает их, приводя к мощному взрыву сверхновой звезды.

Но некоторые звёзды ещё крупнее. Эти гиперогромные звёзды весят в тысячу раз больше Солнца и обладают в тысячу раз большей силой тяжести. Когда одна из таких звёзд умирает, во Вселенной происходит мощнейший взрыв гиперновой звезды. Так рождается чёрная дыра.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— В конце жизни гигантской звезды в сотни раз тяжелее Солнца в её ядре кончается топливо. Ничего больше не поддерживает её жизнь, и ядро превращается в чёрную дыру.

Когда это происходит, огромная сила тяжести, сконцентрированная в сердце сверхмассивной звезды, выходит из-под контроля.

Это умирающая звезда VY Canis Majoris. Она более полутора миллиардов километров в диаметре.

Как и все звёзды, это гигантский реактор ядерного синтеза, вырабатывающий энергию. В то же время невероятная сила тяжести звезды направлена внутрь. Несколько миллионов лет синтез и сила тяжести ведут постоянную борьбу. Но когда у звезды кончается топливо, синтез останавливается и противостояние прекращается. Гравитация побеждает. За миллисекунды ядро сжимается в частицу своего изначального размера и рождается новая чёрная дыра. Она сразу же начинает поглощать всё, что осталось от звезды.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— По мере того как материя засасывается в чёрную дыру, она сильно нагревается. Там действуют магнитная сила и сила трения. Прямо над чёрной дырой творится нечто невообразимое.

Молодая чёрная дыра посередине продолжает пожирать тело звезды вокруг себя. Она поглощает газ так быстро, что давится и кашляет, посылая наружу огромные лучи энергии.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— В основном они исходят от звезды. Это происходит за миллисекунды, ещё до того, как звезда поймёт, что ядро исчезло. В итоге, звезда уже мертва до того, как она это поймёт.

Наконец звезда взрывается. За секунду она выбрасывает в сотни раз больше энергии, чем наше Солнце произведёт за всю свою жизнь. В итоге остаётся новая чёрная дыра и два потока энергии, несущиеся через Вселенную на скорости света. Эти потоки называют вспышками гамма-излучения.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Это невероятно мощное явление. По чистой энергии и силе вспышки гамма-излучения уступают лишь самому Большому взрыву.

Большинство из них длятся лишь несколько секунд. Они поджаривают всё на всём пути.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Они такие мощные, что, если бы существовал источник таких вспышек гамма-излучения в нашей Галактике рядом с нашей Солнечной системой, он мог бы буквально превратить всю планету в пар.

К счастью, большинство вспышек гамма-излучения происходит за пределами нашей Галактики. Они сообщают нам нечто важное о чёрных дырах и о том, как устроена Вселенная.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Каждый раз, когда мы видим вспышку гамма-излучения, это, своего рода, первый крик новорождённой чёрной дыры.

Подсчитывая вспышки гамма-излучения, астрономы могут подсчитать, сколько образуется чёрных дыр. В 2004 году НАСА запустило зонд «Свифт», сканирующий Вселенную и выявляющий вспышки гамма-излучения.

Хроника запуска:
— Пять, четыре, три, два, один, пуск. Есть зажигание. Космический аппарат НАСА «Свифт» отправляется в космос с целью исследования вспышек гамма-излучения во Вселенной.

Это самая мощная вспышка гамма-излучения, которую пока зафиксировал «Свифт». Вспышка света объявляет о рождении новой чёрной дыры на внешней границе Вселенной. «Свифт» может видеть лишь частицу того, что происходит. Тем не менее, он фиксирует, по меньшей мере, одну вспышку гамму-излучения каждый день. Это открытие потрясло астрономию до самого основания.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Раньше мы считали, что чёрные дыры так же, как и единорогов, невозможно найти. Теперь нам известно, что в ночном небе существует, вероятно, миллиарды чёрных дыр.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Когда мы смотрим на нашу Галактику и на другие галактики, становится очевидным, что в ней множество мощных чёрных дыр.

Они далеко от нас, но учёные уже размышляют о миссии к чёрной дыре, путешествии в один конец к самому опасному месту во Вселенной.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Изначально физиков ужасала идея чёрных дыр. Они не хотели даже думать о них, потому что чёрные дыры нарушают все законы физики, какими мы их знаем. Время останавливается. Гравитация становится безграничной. Это кошмар.

Конечно же, робот — единственное, что мы можем послать к чёрной дыре. Но робот может передавать данные лишь до того, как приблизится к краю. Край чёрной дыры называется горизонтом событий. Это граница времени и пространства, по крайней мере, в известной нам Вселенной.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Мы называем радиус чёрной дыры горизонтом событий, потому что он разделяет пространство на две части. Это не физическая поверхность. Вы можете даже её не заметить, если пройдёте через него. Но если вы окажетесь внутри него, вы обречены.

По мере приближения к горизонту событий гравитация становится сильнее и начинают происходить очень странные явления.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Когда вы падаете в чёрную дыру вперёд ногами, ваши ноги оказываются ближе к чёрной дыре и они сильнее испытывают на себе силу тяжести. Ваша голова дальше от чёрной дыры, и она меньше испытывает на себе силу тяжести. Вы таким образом растягиваетесь, ваши ноги притягиваются намного сильнее, чем ваша голова, и вы похожи на ириску, которую тянут в разные стороны. Вы становитесь всё тоньше и тоньше, приближаясь к чёрной дыре. Этот процесс мы называем «спагеттификацией», потому что вы превращаетесь в длинную макаронину.

Сила тяжести растянет зонд до предела, а потом разорвёт на части. Но представьте, что зонд достаточно сильный, чтобы вынести всё это и продолжить путь. Приближаясь к горизонту событий, всё сходит с ума. Гравитация настолько сильная, что она останавливает время.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Мы считаем время бесконечным, но в чёрной дыре оно в каком-то смысле останавливается.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Это кажется бессмыслицей, но именно так всё и есть. Такова математика, и так устроена Вселенная.

Если смотреть на зонд с какого-то расстояния, то кажется, что он замедлился, приближаясь к чёрной дыре, а потом и полностью остановился.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Весь процесс занимает короткий промежуток времени, но с расстояния вам кажется, что объект замирает и падает ещё медленнее. На самом деле вы никогда не увидите, как объект проходит весь путь через горизонт событий. Он в буквальном смысле замирает у края, потому что его часы идут бесконечно медленно по сравнению с вашими.

В действительности зонд совсем не остановился, он продолжает движение и пересекает горизонт событий. Если зонд повернёт свою камеру назад в направлении входа в чёрную дыру, будет видно, как засасывается свет. Если он направит камеры вперёд, сначала будет лишь чернота, но приближаясь к центру чёрной дыры, он окажется в самом необычном месте во Вселенной.

Невероятная сила притяжения чёрной дыры притягивает всё к невообразимо маленькой точке в её центре. Учёные называют это сингулярностью.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— На самом деле, мы просто не знаем, что происходит в центре чёрной дыры. Плотность настолько большая, что известные нам законы физики перестают действовать.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Сингулярность — это место бесконечной гравитации, где пространство и время утрачивают свою значимость. Это кажется смешным. Сингулярность — это в основном название того, что мы не знаем. Так мы признаём своё невежество.

Даже сейчас учёные не могут ответить на вопрос, что же такое чёрная дыра.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Немного расстраивает то, что где-то есть объекты, не подчиняющиеся законам физики. Чёрные дыры, наверное, действуют по другим законам, которым они подчиняются. Только пока они нам неизвестны.

Одно нам известно наверняка: чёрные дыры рождаются из умирающих звёзд. Большинство из них маленькие, около 30 километров в диаметре. Но теперь учёные выяснили, что некоторые чёрные дыры намного крупнее. Их называют сверхмассивными чёрными дырами. Они размером во всю нашу Солнечную систему, и один из таких монстров расположен в центре нашей Галактики.

Наша Солнечная система расположена в галактике Млечный Путь. Она состоит из миллиардов звёзд, в том числе, и нашего Солнца. Галактика кружится вокруг загадочного места прямо в его центре.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Дети задают вопрос: если Луна кружится вокруг Земли, Земля вокруг Солнца, тогда вокруг чего кружится Солнце?

Это хороший вопрос, и астрономы задаются таким же вопросом. Может, в центре Млечного Пути что-то происходит. Может, в самом его центре чёрная дыра. Но поскольку мы не можем увидеть чёрную дыру, лучшее, что могут делать учёные — это искать её признаки.

При помощи инфракрасных телескопов они посмотрели в центр Галактики и обнаружили плотную массу миллионов звёзд, но они не смогли увидеть, что происходит в центре. Одна команда 15 лет искала ответ. Высоко над облаками на горе Мауна-Кеа на Гавайях огромный телескоп «Кек» обладает силой увидеть центр Млечного Пути.

Доктор Андреа Гез, астроном:
— Место, которое мы должны изучить, чтобы доказать существование чёрной дыры, невероятно маленькое. Это как искать иголку в стоге сена. Только нам точно известно, где находится иголка.

Андреа Гез бесчисленными ночами сканировала центр Галактики в поисках признаков чёрной дыры.

Доктор Андреа Гез, астроном:
— Чтобы провести этот эксперимент, нужно обладать способностью видеть звёзды, которые находятся очень близко к центру Галактики. Нужно очень аккуратно их расположить. Это то же самое, как если бы я находилась в Лос-Анджелесе и смотрела бы на вас в Нью-Йорке. И увидела бы, как вы вот так пошевелили пальцем.

Искажения возникают, потому что атмосфера Земли постоянно движется и изображение получается расплывчатым.

Доктор Андреа Гез, астроном:
— Атмосфера представляет настоящую проблему для астрономов, потому что она полностью искажает изображение Вселенной, и вместо чётких картинок мы получаем очень расплывчатые. Как будто пытаешься увидеть камешек на дне ручья. Ручей постоянно двигается, и разглядеть камешек очень трудно. Но если вода замёрзнет, картинка будет очень чёткой. Наша цель — скорректировать атмосферу, чтобы она была неподвижной.

Лазер запускает в атмосферу луч, который отражается частицами в верхних слоях.

Доктор Андреа Гез, астроном:
— Нам нужно каким-то образом узнать, что творится с атмосферой. Для этого мы запускаем лазер в атмосферу. Он очень яркий, мы наблюдаем за ним и видим, как на него влияет атмосфера. Затем мы корректируем оптику и получаем чистую картину Вселенной.

Это называется адаптивной оптикой. Компьютеры анализируют все искажения в отражаемом луче. Затем быстрые микроскопические поправки компенсируют искажения во время наблюдения за звёздами.

Доктор Андреа Гез, астроном:
— Адаптивная оптика позволяет сделать изображение, на котором не видно звёзд, чётким, чтобы у нас был лучший обзор и мы могли видеть отдельные звёзды.

Гез сделала тысячи снимков за последние 15 лет, и то, что они открывают, удивительно. Звёзды в центре Галактики двигаются со скоростью миллиона километров в час.

— Центр Галактики — очень экстремальное место. Скорости, с которыми двигаются звёзды, намного выше, чем в других местах Галактики. И это явный признак чёрной дыры.

Они выглядят, как крошечные планеты, вращающиеся вокруг невидимого Солнца. Но это не планеты, это звёзды. Чтобы заставлять вращаться такие огромные звёзды на таких быстрых и плотных орбитах, нужна сильная гравитация. Есть только один объект во Вселенной, способный на это. И это сверхмассивная чёрная дыра. Наблюдения показали присутствие чёрной дыры в 4 миллиона раз тяжелее нашего Солнца, которое расположено в самом центре нашей Галактики.

Это важнейшее открытие. Всё в нашей Галактике, в том числе и Солнечная система, вращается вокруг сверхмассивной чёрной дыры. Впрочем, Млечный путь — не единственная галактика с чёрной дырой в центре. В сердце большинства галактик во Вселенной находятся сверхмассивные чёрные дыры.

Галактика Андромеда, наш ближайший сосед, вращается вокруг сверхмассивной чёрной дыры в 140 миллионов раз тяжелее нашего Солнца. В центре других галактик, таких, как эта — М 87, чёрная дыры весит как 20 миллиардов Солнц.

Каким же образом чёрные дыры становятся такими большими и что они делают в центре галактик?

За ответами нам придётся отправиться почти на 14 миллиардов лет назад к моменту зарождения Вселенной. В то время Вселенная была наполнена облаками газа после Большого взрыва. В некоторых местах газ был достаточно плотным, чтобы сформировать миллионы звёзд. Большинство из первых звёзд были очень большими, они быстро сгорали, и затем взрывались, создавая множество чёрных дыр.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Вселенная в начале своего развития была диким и безумным местом, где огромные массы катастрофически разрушались, рождая чёрные дыры. На самом деле, на этом этапе во Вселенной повсюду было множество рождающихся чёрных дыр.

Гравитация притягивала многие из них друг к другу. Они появлялись повсюду в молодой Вселенной, создавая всё более крупные чёрные дыры. За сотни миллионов лет каждая чёрная дыра росла, производя ещё большую гравитацию и притягивая всё больше газа. Из газа рождались новые звёзды, образуя примитивные галактики.

В центре новой галактики находилась молодая чёрная дыра, поглощающая газ. Она становилась всё больше и больше.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Если представить, когда Галактика была молодой, ещё несформировавшейся, в её центре была сверхмассивная чёрная дыра, которая продолжала засасывать газ и формировать Галактику. Ближе к центру этой чёрной дыры было очень жарко.

Газ устремлялся в чёрную дыру, но в конце концов в чёрной дыре не осталось для него места. Ему никуда не оставалось деваться, кроме как наружу. Он вырывался в космос огромными струями энергии. Каждая такая струя в 20 раз шире нашей Солнечной системы, она выстреливает прямо через галактику.

Сверхмассивная чёрная дыра породила квазар.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— Квазары — это фактически самые яркие объекты во Вселенной. Они такие мощные, что могут затмить целую галактику.

Это снимок настоящего квазара в галактике М 87 на расстоянии пятидесяти миллионов световых лет.

Квазары выбрасывают огромное количество газа из окружающей галактики. В эквиваленте это равно 10 Землям в минуту.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Когда газ нагревается, он расширяется и выбрасывается наружу. Своего рода ветер, но в огромном масштабе. Это ветер, то есть газ, вырывающийся из чёрной дыры.

Чёрная дыра засасывает газ, а квазар выбрасывает его. В конце концов, газа для формирования звёзд не остаётся, и галактика перестаёт расти.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Мы считаем, что размер галактики зависит от чёрной дыры в её центре. Они взаимосвязаны.

Когда газа не остаётся, квазар становится меньше и исчезает. В результате остаётся гигантская чёрная дыра в центре галактики со множеством молодых звёзд. Такой, как наш Млечный Путь, когда он был молодым.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— В начале эволюции млечного пути, когда он был молодой галактикой, возможно, мы были квазаром. Возможно, любая большая галактика была квазаром в юном возрасте. Но сейчас мы уже достаточно старые, и наша Галактика успокоилась.

Теперь астрономы ищут квазары. Это ключ к открытию новых чёрных дыр и к пониманию того, как они работают. Обсерватория «Шандра» («Чандра») — это космический телескоп, способный различать мощные рентгеновские лучи, производимые квазаром. Он обнаружил тысячи.

Эти удивительные снимки демонстрируют квазары всех форм и размеров, устремляющиеся в космос. Каждый из них — это признак молодой галактики с новой чёрной дырой в её центре. Эти квазары в итоге затихнут по мере взросления их галактики и обретения ею окончательной формы.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Вселенная во многом похожа на людей: она активна в молодом возрасте и намного спокойнее и тише в более преклонном возрасте.

Теперь нам известно, что сверхмассивные чёрные дыры и квазары, которые они порождают, контролируют галактики.

Доктор Андреа Гез, астроном:
— Чёрные дыры имеют центральное значение в понимании процесса образования галактик и их эволюции со временем. Они имеют фундаментальное значение в понимании нашей Галактики и нашей Вселенной.

Единственный способ больше узнать о чёрных дырах — это изучать их. Но мы надеемся, что скоро сможем её (чёрную дыру) увидеть.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Видишь — значит, веришь. Было бы здорово подобраться к самому горизонту событий чёрной дыры в центре галактики Млечный Путь. Это Священный Грааль.

Сверхмассивная чёрная дыра скрывается в центре большинства галактик. Нам известно лишь, что они существуют, потому что звёзды вокруг них вращаются со скоростью миллионы километров в час. Впрочем, всё равно может существовать способ сделать снимок у самого края чёрной дыры, у горизонта событий.

Шеп Долеман и его команда пытаются сделать снимок края чёрной дыры.

Доктор Шеп Долеман, астроном:
— Мы ищем тень или силуэт чёрной дыры за облаком газа, вращающегося вокруг неё. Используемая нами техника — это наша лучшая надежда получить изображение места во Вселенной, которое до сих пор было абсолютно невидимо для нас.

Оптические телескопы не могут непосредственно видеть чёрную дыру, но светящийся раскалённый газ вокруг чёрной дыры посылает радиоволны, которые можно использовать для создания изображения. Огромные радиотелескопы улавливают эти сигналы из космоса.

Доктор Шеп Долеман, астроном:
— Антенна будет двигаться по азимуту и подниматься.

Этот телескоп в обсерватории Массачусетского технологического института недалеко от Бостона. Он более тридцати метров в диаметре. Он достаточно большой, чтобы уловить слабые радиоизлучения от чёрной дыры в нашей Галактике, расположенной в 25 тысячах световых лет. Но они недостаточно сильные, чтобы сделать изображения.

Доктор Шеп Долеман, астроном:
— Нужно расположить множество копий такого телескопа по всему миру, чтобы создать достаточно большой виртуальный телескоп размером с саму Землю.

Команда Долемана свяжет телескопы по всему миру, от Гавайев до Чили и Африки. Когда будет соединена вся цепь, у них получится виртуальный телескоп диаметром в 16 тысяч километров и в 500 раз сильнее отдельного телескопа. Они считают, что он будет достаточно мощным, чтобы сделать снимок горизонта событий сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути. Они уже улавливают сигналы из тёмного сердца нашей Галактики.

Доктор Шеп Долеман, астроном:
— Когда мы впервые увидели первый сигнал, в тот момент я посмотрел на экран компьютера и сказал сам себе: «Господи, у нас получилось! Мы засекли нечто столь маленькое, что оно должно исходить от горизонта событий».

Сигналы всё ещё слишком слабые, чтобы дать полную картину. Но Долеман планирует получить лучшие изображения по мере подключения большего количества телескопов в последующие несколько лет. В итоге должны получиться очертания самой чёрной дыры. Но даже изображение не может сравниться с возможностью увидеть всё своими глазами. В далёком будущем, возможно, у нас будет технология, благодаря которой мы сможем входить и проходить через чёрную дыру. И может быть, даже оставаться после этого в живых. Тогда мы наконец сможем ответить на вопрос, что же находится в центре чёрной дыры. Некоторые учёные считают, что мы можем использовать чёрные дыры как своего рода портал для путешествий по Вселенной.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Всё это теория. Но математики считают, что, если человек попадёт в чёрную дыру, он не просто умрёт, он пройдёт через червоточину, которая является туннелем во времени и пространстве. Возможно, мы сможем просто летать на ракете по Вселенной через туннельную систему, которую мы называем чёрной дырой.

Если чёрные дыры являются туннелями во времени и пространстве, они могут превратить одну фантастическую идею в реальность.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Путешествие во времени возможно, но не очень осуществимо на практике. Источник энергии, материал, который оставляет вход в червоточины открытым, настолько необычен, что мы не можем сделать его в лаборатории. Если бы это было возможно, мы смогли бы использовать силу чёрных дыр, чтобы попасть во вчерашний день. Возможно, наши потомки в будущем уже придумали такую технологию. Так что если однажды кто-то постучится в вашу дверь, назовётся вашей пра-пра-правнучкой, не захлопывайте дверь.

Чёрные дыры могут быть даже воротами в другие вселенные. С другой стороны чёрной дыры может быть даже Большой взрыв.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Когда материя засасывается в чёрную дыру, она, возможно, выбрасывается с другой стороны из белой дыры. Разве не похоже на Большой взрыв?

Если Большой взрыв — всего лишь оборотная сторона чёрной дыры, то, возможно, именно так и образовалась наша Вселенная.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Если взглянуть на уравнения чёрной дыры и поместить в них параметры Вселенной, массу Вселенной и её размер, то наша Вселенная решает уравнение чёрной дыры. Другими словами, мы можем находиться внутри горизонта событий. Может быть, мы даже живём внутри чёрной дыры.

Каждая чёрная дыра может быть местом рождения отдельной вселенной, и если это так, то могут существовать миллиарды вселенных. В каждой множество звёзд, планет, жизни.

Что бы мы ни открыли, теперь нам известно, что чёрные дыры повсюду. Они крупнее размером и имеют гораздо большее значение для эволюции Вселенной, чем мы предполагали.

Профессор Лоуренс Краусс, астрофизик:
— В буквальном смысле, наше понимание всего вокруг нас, Вселенная, которую мы видим в телескопы, во многом зависит от осознания того, что чёрные дыры — они повсюду.

Профессор Митио (Мичио) Каку, физик:
— Когда-то считалось, что физика чёрных дыр была слишком фантастичной, чтобы быть правдой. Теперь они занимают центральное место. Нам известно, что они управляют эволюцией самой Вселенной.

Доктор Фил Плейт, астроном:
— Когда я был ребёнком, чёрные дыры были из области фантастики. Их всегда нужно было избегать космическим кораблям, чтобы не засосало в них. С тех пор мы узнали, что чёрные дыры играют огромную роль, множество ролей во Вселенной. Не будет преувеличением сказать, что, если бы не было чёрных дыр, нас бы тоже не было. В буквальном смысле мы обязаны своим существованием чёрным дырам.

Но это ещё не конец истории. Нас ждёт ещё много открытий о загадочных объектах, которые мы называем чёрными дырами — властелинами Вселенной.

Источник