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
Найдена самая близкая к Земле черная дыра: она опасна?
Астрономам удалось обнаружить новую черную дыру, которая находится ближе всего к Земле. Расстояние между этой черной дырой и Солнечной системой составляет одну тысячу световых лет. Ранее самая близкая к нашей планете черная дыра была найдена на расстоянии в три тысячи световых дет, то есть новый объект оказался в три раза ближе. Минимальная масса этой черной дыры превышает массу Солнца в 4,2 раза. Может ли новый найденный объект представлять опасность для Земли, даже находясь на таком большом расстоянии?
Новая черная дыра в три раза ближе к Земле
Самая близкая к Земле черная дыра
В статье, опубликованной в журнале Astronomy&Astrophysics, ученые рассказали подробнее о своей находке. Самая близкая к Земле черная дыра находится в тройной звездной системе HR 6819, которая удалена от Солнца на тысячу световых лет.
1 световой год – расстояние, которое свет может преодолеть за один календарный год, что примерно равно 10 триллионам километров
Причем для того, чтобы ее увидеть, не обязательно иметь большую обсерваторию: в ясную безлунную ночь звездную систему можно найти в южном созвездии Телескопа.
Синим цветом изображены орбиты звезд из системы, красным — орбита черной дыры
Исследование черной дыры, конечно же, происходило с помощью специальных приборов и 2-метрового телескопа в обсерватории Ла-Силья в Чили. С его помощью астрономы узнали, что система состоит из двух звезд и еще одного невидимого объекта. Они пришли к выводу, что это «спящая» черная дыра, которая в данный момент не потребляет вещество. Поскольку она все равно находится довольно далеко от Солнечной системы, она не представляет опасность для Земли и других планет.
По словам ученых, открытие поможет им еще лучше искать другие «спящие» или «тихие» черные дыры. Они будут наблюдать за системами, аналогичными HR 6819, чтобы найти остальные похожие объекты. Не забывая при этом про наблюдения за всплеском гравитационных волн, который регистрируется каждый раз после слияния черных дыр.
Путешествие от созвездия Телескопа к звездной системе HR 6819
Какие бывают черные дыры
Существует два типа черных дыр: сверхмассивные черные дыры в сердце каждой галактики и черные дыры звездной массы, которые образуются после смерти массивных звезд (сверхновых). Именно последнюю и удалось обнаружить ученым в звездной системе HR 6819. Поскольку черная дыра полностью невидима, единственный способ узнать, что там действительно есть черная дыра, это подобраться достаточно близко, чтобы увидеть, как искривляется фоновый свет. Это и удалось сделать астрономам.
Сверхмассивные черные дыры далеко и угрозы для нас не представляют. В центре каждой галактики во Вселенной есть одна такая дыра. И в Млечном Пути есть, в 27 000 световых годах от нас. В Андромеде есть — в 2,5 миллиона световых лет и так далее. А вот черные дыры, которые образуются после смерти массивных звезд, действительно опасны.
Проблема в том, что пока что астрономы могут найти черные дыры только если они расположены в паре со звездой. Они видят «тень» от черной дыры или соответствующее гравитационное кольцо вокруг звезды, которое она вызывает. Реальность в том, что лишь небольшая часть черных дыр входит в такие звездные системы, и пока это наш единственный способ их обнаружить. Вероятнее всего, поблизости есть намного больше черных дыр, которые астрономы пока не смогли найти. А в падении в черную дыру нет ничего романтичного.
Есть теория, что черные дыры могут оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время.
Солнечная система существует уже более 4,5 миллиарда лет, и все это время планеты чувствовали себя прекрасно, никто им не мешал. Даже если бы черная дыра прошла мимо Солнечной системы в нескольких десятках световых лет, она бы существенно сместила орбиты, и жизни уже бы не было, так что никто бы не отметил этого факта и не написал о нем в нашем Telegram-чате. Однако неопределенность не может не пугать. Ведь еще 4 года назад астрономы считали, что ближайшая черная дыра в трех тысячах световых лет от Земли, а теперь получается, что в три раза ближе. Кто знает, может скоро они найдут еще одну черную дыру на расстоянии 500 или 100 световых лет? Что будет тогда?
Не так давно Любовь Соковикова подробно разобрала вопрос о том, что произойдет, если рядом с Землей появится черная дыра. Суть в том, что сторону планеты, которая находится ближе к черной дыре, будет притягивать намного сильнее. Согласно самым невероятным гипотезам, в итоге черная дыра может либо уничтожить все живое, либо может переместить нас в другую часть Вселенной или в другую Вселенную. Точно пока не узнаем, прецедентов пока не было (и хорошо!).
Уничтожить черную дыру невозможно. Все, что вы попытаетесь сделать с ней, лишь сделает ее больше, сильнее, злее. Это воистину Вселенское зло. Остается только ждать миллиарды лет, пока она не испарится. Может и не стоит искать их вовсе?
Источник
Найдена самая опасная черная дыра во Вселенной
В 12 миллиардах световых лет от нас обнаружилась сверхмассивная черная дыра, поглощающая вещество на рекордной скорости, за пару дней «съедая» массу, эквивалентную Солнцу.
Сверхмассивные черные дыры в активных центрах больших галактик способны вырастать до невероятных размеров, достигая массы в миллиарды солнц.
Скорость этого роста может быть разной, и черная дыра J2157-3602 тут рекордсменка. К своей внушительной массе примерно в 20 миллиардов масс Солнца она прибавляет еще по одному проценту каждый миллион лет. Раз в два дня в ее недрах исчезает масса, равная массе всей нашей звезды, передает Naked Science, ссылаясь на материал arXiv.org.
Для наблюдений Кристиан Вольф и его соавторы использовали космические аппараты ESA Gaia и NASA WISE, а также наземный телескоп ANU SkyMapper.
Ученые отмечают, что J2157-3602 демонстрирует и рекордную светимость: огромные массы падающего в нее вещества излучают в тысячи раз ярче, чем вся галактика, окружающая черную дыру. Если бы она располагалась в центре Млечного Пути, то по ночам свет окрестностей черной дыры был бы вдесятеро ярче полной Луны. Это мощное излучение сделало бы, скорее всего, невозможной жизнь на Земле.
Ранее сообщалось, что группа астрономов обнаружила в центре Млечного Пути несколько десятков звездных скоплений, внутри которых могут находиться до 20 тысяч черных дыр.
Читайте последние новости Украины и мира на канале УНИАН в Telegram
Источник
Топ-10 самых больших черных дыр во Вселенной
Чёрные дыры в реальности не настолько красивы, как их показывают в голливудских блокбастерах. Более того, из-за огромной силы гравитационного притяжения, они не только поглощают все близлежащие звезды, но и не пропускают свет.
Границы чёрной дыры не может покинуть даже объект, способный двигаться со скоростью света. Слово «черная» в названии стоит не зря: без специального оборудования увидеть их невозможно ввиду полного отсутствия света внутри.
В этой подборке мы собрали десятку самых больших чёрных дыр во Вселенной, открытых на данный момент. Каждый год или несколько лет в разных галактиках находят новые, поэтому этот рейтинг довольно скоро может измениться.
Например, в 2014 году была открыта чёрная дыра H1821+643, которая тут же стала самой массивной, но с тех пор все изменилось. Были найдены ещё 3 чёрные дыры значительно больше, и это за каких-то 5 лет (в 2020 пока чёрные дыры не открывали).
10. Из галактики NGC 1600
Галактика NGC 1600 находится от нас на расстоянии 200 млн световых лет и примечательна тем, что она довольно изолирована. Ранее учёные считали, что массивные чёрные дыры могут находиться только в центре скоплений галактик, но NGC 1600 стала исключением.
«Несмотря на то, что у нас уже были подозрения, что NGC 1600 может содержать чёрную дыру в центре, мы были удивлены тем, что она оказалась в 10 раз больше, чем можно было подумать исходя из массы галактики», – сказал доктор Йенс Томас из Института Планет Макса Планка в Германии.
Основываясь на предыдущих снимках телескопа Хаббл, ученые обнаружили корреляцию между массой черной дыры и центральной выпуклости звезд ее галактики: чем больше выпуклость, тем больше черная дыра.
9. Из галактики NGC 1277
Огромные черные дыры в сердцах галактик иногда называются темными монстрами, которые питаются звездами и газом вокруг них. При этом большинство составляют лишь крошечную часть общей массы от их галактик, но вес NGC 1277 – около одной седьмой от общей массы галактики, что является рекордом. Кроме того, она в 17 млрд раз тяжелее Солнца.
Черная дыра NGC 1277 предоставляет новую информацию ученым, стремящимся понять взаимосвязь между галактиками и их центральными черными дырами.
В течение нескольких десятилетий астрономы наблюдали, что существует связь между массой галактической черной дыры и массой выпуклости звезд вокруг нее. Точные измерения массы десятков черных дыр и окружающих их выпуклостей показали, что «масса» обычно составляет 0,2 процента от веса выпуклости.
8. Лацертида OJ 287
OJ 287 – квазар, который находится на расстоянии 3,5 миллиардов световых лет от нашей планеты. Квазары или квазизвездные объекты освещают центры многих отдаленных галактик.
Если бы мы могли подойти поближе, мы бы увидели блестящий уплощенный аккреционный диск, состоящий из нагретого звездного вещества, вращающегося вокруг центральной черной дыры на предельных скоростях.
Когда вещество высасывается из отверстия, струи горячей плазмы и энергичного света вылетают перпендикулярно диску и если один из них направлен прямо на нас, то квазар называют «блазар». Изменчивость света, исходящего из сердца блазара, настолько постоянна, что объект практически мигает.
Квазары – это массивные и неуловимые объекты, которые излучают большое количество энергии. Хотя это все еще область исследований, было высказано предположение, что квазары содержат массивные черные дыры, которые могут представлять собой этап в эволюции некоторых галактик.
7. В скоплении Феникса
Названный в честь созвездия, в котором он находится на расстоянии около 5,7 миллиардов световых лет от Земли, кластер Феникс представляет собой огромное скопление галактик в количестве более 1000 штук.
В его центре находится массивная галактика, которая, по-видимому, извергает звезды со скоростью 500-800 солнечных масс в год. Она таит в себе сверхмассивную черную дыру, поглощающую звездообразующий газ, который питает пару мощных струй, вырывающихся из черной дыры в противоположных направлениях в межгалактическое пространство.
6. Из галактики NGC 4889
Галактика NGC 4889 является самой большой и яркой, поэтому нет ничего удивительного в том, что в её центре притаилась огромная чёрная дыра, масса которой в 20 млрд раз превышает вес Солнца.
Поражает своими размерами и её горизонт событий, диаметр которого составляет внушительные 130 млрд км, что делает его больше диаметра орбиты Нептуна. И не просто больше, а в 15 раз. Для наглядности сравним с чёрной дырой в нашей галактике: её масса всего в 4 раза больше солнечной, а диаметр горизонта составляет лишь 1/5 орбиты Меркурия.
Сейчас чёрная дыра NGC 4889 находится в фазе отдыха, то есть не поглощает близлежащие звезды, которые спокойно вращаются вокруг неё. Отдыхает она из-за того, что уже «наелась» и пока что не способна больше поглощать космические объекты.
5. Квазар APM 08279+5255
Вы вряд ли сможете себе представить излучение, мощность которого равняется излучению 4 млрд Солнц, а квазар APM 08279+5255 обладает именно такой силой. Масса поражает не менее сильно: 18-20 млрд нашего небесного светила.
Расположенный в миллиардах световых лет от нашей планеты, квазар с чёрной дырой поглощает все, что находится в пределах её горизонта событий.
4. Квазар H1821+643
Малоизвестное простому человеку созвездие Драко – это место, где расположен квазар H1821+643. Всего 6 лет назад чёрная дыра, найденная здесь, была названа самой большой, но с тех пор открыли целых 3 более массивных. Эта же, с весом около 30 млрд Солнц, сейчас занимает лишь четвертую строчку рейтинга.
Забегая вперёд скажем, что с 2014 года учёные смогли отыскать чёрную дыру вдвое (. ) больше этой.
3. Квазар SDSS J102325.31+514251.0
Длинное название этой чёрной дыре отлично подходит, так как с первого взгляда становится ясно, что речь идёт о чем-то масштабном.
Это трудно себе представить, но масса квазара SDSS J102325.31+514251.0 более чем в 35 млрд раз превышает массу Солнца. Учитывая, что далеко не каждый способен представить массу Солнца, представить нечто, превосходящее его в 35 млрд раз, кажется невыполнимой задачей.
2. Блазар S5 0014+81
Космический корабль Swift, группа учёных и куча времени – вот что понадобилось для определения уровня яркости квазара S5, а также установления массы чёрной дыры, расположенной в центре.
Довольно неожиданно для самих себя учёные нашли там ни что иное, как огромную чёрную дыру в 40 млрд раз тяжелее Солнца. Это, между прочим, в 10 000 раз больше, чем масса «нашей» чёрной дыры в Млечном пути.
1. Квазар TON 618
А вот и победитель, самая огромная чёрная дыра на данный момент: её масса в 66 млрд раз больше массы Солнца. Квазар TON 618 – самая большая из когда-либо открытых черных дыр.
Свет, исходящий из нее, оценивается в 10,4 миллиарда лет. Она подпадает под новую классификацию и является ультрамассивной черной дырой. Её горизонт событий точно не известен, но учёные предполагают, что он составляет около 200 млрд километров.
Возможно, что уже в 2020 году появится новый рекордсмен, который ещё сильнее будет поражать своими размерами.
Источник