Что странного в столкновении нескольких черных дыр? и причем тут гравитационные волны?

Ничего и что-то

Черные дыры являются обычным явлением в космосе, в центре практически каждой крупной галактики есть огромная дыра, не говоря уже о маленьких. Тем не менее, астрономы не обнаружили ни единой белой дыры. Однако это не означает, что их нет, возможно, их просто нужно поискать. Если они действительно отталкивают частицы, есть небольшая вероятность того, что они невидимы.

Еще один вопрос: как формируются белые дыры? Черные дыры являются результатом гравитационного коллапса. Когда звезда, которая, как минимум, в 8-20 раз больше Солнца, исчерпывает свое ядерное топливо, она больше не может производить достаточно энергии, чтобы удерживать баланс внутренней силы гравитации. Ядро взрывается, плотность повышается, а гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может от нее уйти. В результате образуется черная дыра, сравнимая с большой звездой.

Сверхмассивные черные дыры, которые в миллионы или миллиарды раз тяжелее, формируются каким-то неизвестным образом. В любом случае, они тоже являются результатом гравитационного коллапса, будь то огромная суперзвезда, появившаяся в первые дни мироздания, огромное облако газа в сердце первобытной галактики или какой-либо другой феномен.

Формирование белой дыры также подразумевает нечто похожее на гравитационный взрыв, однако пока не ясно, как именно они возникают. Один из вариантов, белые дыры могут быть «приклеены» к черным. С этой точки зрения, черная и белая дыры являются двумя сторонами одного объекта, соединенные кротовой норой
(как во многих научно-фантастических рассказах). К сожалению, этот вариант не решает одной проблемы: согласно теории, если материя попадет в кротовую нору, это приведет к ее краху, в результате чего проход между черной и белой дырами закроется. (Технически, можно создать стабильную червоточину, если существует «экзотическое вещество» с отрицательной энергии, однако это вещество пока не найдено).

Как учёные узнают о чёрных дырах

Чёрная дыра не излучает и не отражает свет подобно большинству других объектов во Вселенной. Но ученые могут фиксировать, как сильная гравитация влияет на звёзды и газ вокруг чёрной дыры. По поведению объектов, рядом с которыми есть чёрная дыра, собственно можно доказать её наличие.

1. Звёзды вращаются вокруг центра гравитации. Если в этом месте ничего нет, значит есть вероятность, что это чёрная дыра.
2. Из окружающего пространства чёрная дыра постоянно притягивает материю. Космическая пыль, газ, вещество ближайших звезд — всё это падает на неё по спирали, образуя аккреционный диск. Испытывая ускорение, частицы порождают излучение в характерном спектре. В области, откуда это излучение пришло, наверняка есть чёрная дыра.

Модель пространства вокруг чёрной дыры

Белая дыра

Хорошо известно, что черная дыра поглощает все, что входит в ее горизонт событий, до такой степени, что даже свет не может покинуть ее.

Менее известно, куда попадают эти обреченные частицы.

Одна из теорий состоит в том, что все, что попадает внутрь черной дыры, выходит на другой ее конец, который является белой дырой.

Конечно, никто никогда раньше не видел белую дыру, поэтому никто не знает, белая она на самом деле или нет.

Но причина, по которой она названа так, заключается в том, что белая дыра представляет собой полную противоположность черной дыре.

Вместо того, чтобы поглощать все, что в нее входит, она выплевывает все, что находится внутри нее.

И точно так же, как вы не можете выбраться из черной дыры, в белой дыре верно обратное, так как вы не сможете войти в нее.

Короче говоря, белая дыра выплевывает все, что проглотила черная дыра, в альтернативную вселенную.

Эта теория заставила физиков рассматривать белые дыры как основу создания нашей вселенной, какой мы ее знаем.

Если вам удастся пережить падение в черную дыру и каким-то образом выбраться из ее белой дыры, вы, скорее всего, никогда больше не сможете получить доступ к этой вселенной.

Черная дыра в нашей галактике

Конечно, черная дыра не улетела, если бы образовалась прямо вблизи центральной черной дыры своей галактики. В этой области прямо вблизи любой центральной черной дыры звезды вращаются. В центре нашей галактики тоже находится черная дыра — она очень маленькая и легкая. Но на свое ближайшее окружение она действует сильно. Солнце не вращается вокруг центральной черной дыры, им управляет галактика, а звезды, которые находятся вблизи черной дыры, управляются ей. Это интересно, потому что черную дыру мы не видим. Нам доступно или вещество вокруг, или объекты. Звезды вращаются вокруг центральной черной дыры с каким-то орбитальным периодом. Долгое время самой известной звездой была та, что делала оборот вокруг черной дыры за 15 лет. То есть, чтобы получить хорошую информацию, нужно долго наблюдать. А где же звезды, которые находятся еще ближе к черной дыре? В центре галактики их трудно наблюдать, так как эта область сильно закрыта пылью.

Футурология

Звезда по имени Солнце: что знают ученые о нашем главном светиле

Но инструменты наблюдения становятся более чувствительными, и поэтому постоянно ставятся рекорды. Обнаруживаются звезды, которые находятся все ближе и ближе к черной дыре. Была обнаружена звезда, делающая оборот за 9 с хвостиком лет. И, наконец, в этом году был поставлен еще один рекорд — ученые нашли звезду, которая делает оборот вокруг черной дыры всего за четыре года.

Это тоже очень интересно, поскольку, чем ближе мы подбираемся к черной дыре, тем сильнее все эффекты общей теории относительности проявляют себя. Но есть предел: если звезда подойдет слишком близко к черной дыре, то приливные силы просто разорвут ее. Вокруг черной дыры на короткое время возникает аккреционный диск, и до этого спокойная черная дыра становится активной — она начинает пожирать это вещество.

Изучать черные дыры очень сложно, но интересно. Последний год был богат на открытия в этой области. Резюмируя сказанное: по самым разным направлениям мы получаем много новой информации о черных дырах, причем даже о тех, которые раньше наблюдать было очень тяжело.

Наблюдайте, как история Вселенной разыгрывается

Как мы упоминали ранее, можно встретить черную дыру без сингулярности.

Вместо такой черной дыры будет червоточина.

Если нам действительно удастся пройти через червоточину, мы станем свидетелями того, как история Вселенной разыгрывается перед нашими глазами в процессе перехода к тому, что находится в конце червоточины.

Это было бы так, как если бы кто-то воспроизвел видеокассету с историей вселенной в бесконечной перемотке вперед.

Однако у этой истории плохой конец, так как чем быстрее становится скорость картинки, тем ближе вы к смерти.

Свет будет становиться все более и более синеватым и энергичным, пока он мгновенно не поджарит вас заживо радиацией.

Интересные факты

Время возле чёрных дыр протекает медленнее, нежели вдали от них. Если наблюдать за предметом, брошенным в этот объект, то движение предмета будет замедляться, а видимость его ослабляться. В конце он остановится и станет невидимым. Но если наблюдатель сам прыгнет туда, то мгновенно упадёт в центр дыры, а гравитационные силы разорвут его моментально. А увидит он всю жизнь вселенной, от рождения до смерти.
Интересное свойство — после преодоления горизонта событий: чем сильнее вы будете сопротивляться гравитации чёрной дыры и стремиться улететь подальше, тем быстрее вы упадёте в неё

Тяжело себе такое представить, согласитесь…
Неважно, что из себя представляло тело до сжатия, после этого процесса можно исследовать лишь три его параметра. Это электрический заряд, полная масса и момент импульса. Невозможно установить исходные параметры чёрной дыры – её форму, цвет, состав вещества.

Всё, попадающее за горизонт событий, обязательно падает к центру, где находится сингулярность, имеющая бесконечную плотность

Это место, где уже не работают законы физики и классические концепции пространства и времени.
Стивен Хоккинг сумел открыть испарения чёрных дыр. Крупные дыры будут испаряться очень долго —  десятки и сотни миллиардов лет, а микроскопические — за доли секунды. Гипотетическое испарение, или испускание фотонов называют излучением Хокинга. Этот процесс имеет чисто теоретическое обоснование. Согласно теории, черные дыры образовавшиеся при рождении Вселенной и имеющие массы 1012кг, к нашему времени должны полностью испариться. Поскольку интенсивность испарения возрастает с уменьшением размера, то этот процесс должен закончиться взрывом. Пока такие взрывы астрономами не наблюдались.
Классическая теория гравитации предполагает, что черную дыру невозможно ни уменьшить, ни уничтожить. Она может только увеличиваться. Из этого следует, что информация, попавшая внутрь недоступна для наружного наблюдателя.
Никто не знает наверняка, что мы увидим, приблизившись к чёрной дыре. Но вполне возможно, что она не такая и чёрная. Вещество, летящее на её поверхность, разгоняется и разогревается, и, перед тем, как нырнуть за горизонт событий, должно светиться. Поэтому перед нами будет не круглый тёмный вырез в пространстве, а сияющий ореол, немного похожий на солнце в момент его полного затмения.

Две зарождающиеся черные дыры, сформировавшиеся в результате гибели одной супергигантской звезды. Художественное представление.

Сперва надо «съесть» вещества на миллиард солнц, даже при здоровом аппетите и наличии хорошей гравитационной силы на это уходит далеко не пара сотен лет. Но все же они есть, эти гигантские черные дыры, возникшие в отдаленных галактиках, где они уже хвастались своими размерами, когда Вселенная праздновала свой миллионный день рождения.

Недавние исследования, проведенные в Калифорнийском технологическом институте, показали, что эти супермассивные черные дыры были сформированы в результате гибели определенных типов изначально гигантских звезд, экзотических звездных динозавров, которые умерли молодыми. Во время их разрушения образуется не одна, а сразу две черных дыры, каждая набирает свою собственную массу, затем они сливаются в одного супермассивного монстра.

Чтобы понять происхождение молодых супермассивных черных дыр, Кристиан Рейссвиг (Christian Reisswig), постдоктор астрофизики в Калифорнийском технологическом институте, и Кристиан Отт (Christian Ott), доцент теоретической астрофизики, обратились к модели, использующей супермассивные звезды. Эти гигантские, относительно экзотические звезды, как полагают, существовали в течение недолгого времени в ранней Вселенной.

В отличие от обычных звезд, супермассивные звезды стабилизируются вопреки силе тяжести, главным образом, за счет собственного фотонного излучения.

У очень массивной звезды фотонное излучение (поток фотонов, направленный наружу, который появляется из-за очень высоких внутренних температур звезды) толкает газ от звезды, а гравитационная сила, наоборот, направляет его к ней.

Супермассивная звезда медленно охлаждается из-за энергетической потери, возникающей от эмиссии фотонного излучения. Со снижением температуры она становится более компактной, и ее плотность в центре постепенно увеличивается. Этот процесс длится в течение нескольких миллионов лет, пока звезда из-за своей компактности не станет гравитационно неустойчивой, тогда она начинает разрушаться.

Предыдущие исследования показали, что когда супермассивные звезды разрушаются, они имеют сферическую форму, которая из-за быстрого вращения становится смазанной. Эту форму называют осесимметричной конфигурацией.

Учитывая тот факт, что очень быстро вращающиеся звезды склонны к минимальным волнениям, Рейссвиг и его коллеги посчитали, что эти волнения могли привести к отклонениям звезды к неосесимметричной форме во время своей гибели. Крошечные колебания начали очень быстро расти, в итоге газ звезды сформировал высокоплотные фрагменты.

Кристиан Рейссвиг
постдоктор в Калифорнийском технологическом институте

Рост черных дыр до супермассивных масштабов в молодой вселенной кажется весьма возможным, если масса «семени» была достаточно большой

Наблюдения за системой двух черных дыр

Сейчас самые экзотические астрономические наблюдения — это поиски гравитационно-волновых всплесков. Это лучший способ изучения черных дыр в большом количестве с точным определением масс. Массивные звезды в основном рождаются в двойных системах. Может сложиться такая ситуация, что обе звезды превратились в черные дыры, и системы выжила. Две черные дыры вращаются вокруг общего центра масс. Они теряют энергию за счет испускания гравитационных волн — это можно считать абсолютным трением искривления пространства. То есть энергия забирается у двойной системы, и черные дыры сближаются.

Чем ближе они подходят друг к другу, тем интенсивнее процесс испускания гравитационных волн. В итоге две черные дыры сливаются, и выделяется большое количество энергии, но в очень экзотической форме — в виде гравитационных волн. Только в XXI веке были созданы установки, которые реально позволили зафиксировать это явление. В сентябре 2015 года установки LIGO впервые зарегистрировали гравитационно-волновой всплеск слияния двух черных дыр. С тех пор было замечено уже 100 гравитационно-волновых всплесков.

Такие наблюдения позволяют определить еще один замечательный параметр — черные дыры сближаются несимметрично. Одна черная дыра может быть массивнее другой, направление осей вращения и скорость могут не совпадать. Поэтому гравитационные волны будут излучаться тоже несимметрично — они уносят энергию и импульс. А импульс должен сохраняться. Поэтому когда черные дыры сольются, а гравитационные волны куда-то унесут больше импульса, а куда-то меньше, черная дыра должна начать двигаться: полететь туда, куда улетело меньше импульсов, чтобы все компенсировать. Возникает вопрос: насколько быстро черная дыра может двигаться? Оказывается, очень быстро — тысячи километров в секунду. Причем все зависит от соотношения масс черных дыр и от того, как были направлены оси вращения.

Этот эффект гравитационно-волновой ракеты очень важен. Физики придумали его еще в 1960-е, а потом про него в 1990-е вспомнили астрофизики и поняли, что это реально можно наблюдать. Скорость в сотни тысяч километров в секунду, например, позволяет черной дыре вылететь из галактики и начать странствовать в межгалактическом пространстве. То есть оно вовсе не пустое, на самом деле его просторы бороздит большое количество черных дыр. Впервые это удалось доказать благодаря обработке данных установок LIGO.

Изображения с Chandra и Hubble, показывающие супермассивные черные дыры в ранней Вселенной.

Эти фрагменты вращались вокруг центра звезды и, собирая вещество, становились все более плотными и горячими.

Затем происходит «нечто очень интересное».

При достаточно высоких температурах вырабатывается энергия, которая позволяет электронам и их античастицам, позитронам, создать электрон-позитронные пары. Создание этих пар вызвало потерю давления, ускоряя процесс разрушения. В результате два орбитальных фрагмента стали настолько плотными, что сформировали две черные дыры. Далее, продолжая расти, они слились в одну большую черную дыру.

Черная дыра — это билет в один конец. Согласно общей теории относительности, все, что пересекает ее границу, горизонт событий, никогда не вернется назад. Для частиц черная дыра станет будущим. Мы никогда не сможем увидеть, что же происходит с частицами, попадающими в воронку. Свет, который излучает частица (а это единственный способ наблюдения за ее последними шагами) будет растягиваться, становясь все более тусклым, до тех пор, пока не исчезнет.

На самом деле, история гораздо более странная. Если мы будет наблюдать за падением частицы, мы можем так и не дожить до момента, когда она пересечет горизонт событий. Экстремальная сила притяжения черной дыры «съедает» время, поэтому для стороннего наблюдателя время около нее будет идти намного медленнее. Нам будет казаться, что частица движется к горизонту событий бесконечно долго. С точки зрения частицы это произойдет незаметно, без каких либо необычных явлений во времени и пространстве.

Если черная дыра – дверь в никуда, то логично было бы спросить, а есть ли оттуда выход?

Общая теория относительности, которая является стандартной теорией гравитации вот уже 100 лет, не делает различий между прошлым и будущим, временем, идущим вперед, и временем, идущим назад. Ньютоновская физика также симметрична относительно времени. Таким образом, идея о существовании «белых дыр» как отражения черных дыр, имеет свой теоретический смысл. У белой дыры тоже есть свой горизонт событий, который нельзя пересечь в обратном направлении. Однако ее горизонт лежит в прошлом. Появляющиеся в нем частицы будут набирать энергию и усиливать свой свет. Если частица каким-то образом появится на горизонте событий, но ее «вытолкнет» наружу.

В принципе, белая дыра – это черная дыра наоборот. Общая теория относительно вполне может предсказать подобные объекты и описать их математически.

Но существуют ли белые дыры? И если да, то что это говорит о симметрии времени?

Путешествие во времени

Величайшие физики, когда-либо украшавшие нашу скромную планету, такие как Эйнштейн (Einstein) и Хокинг (Hawking), предположили, что путешествие во времени в будущее возможно, если нарушить эфирные законы черной дыры.

Как упоминалось ранее, внутри черной дыры законы физики недействительны, и вступает в силу новый набор законов.

Одна вещь, которая мучительно отличается в черной дыре от нашего мира — это время.

Гравитация искажает время, а черная дыра — это, по сути, массивное гравитационное тело.

Имея это в виду, идея состоит в том, что искажение времени допускает возможность путешествия во времени.

Злоупотребляя огромной разницей во времени между внутренним и внешним горизонтом событий, вы действительно можете вернуться в футуристический мир, где вам все еще 25, а вашему лучшему другу сейчас 60 из-за гравитационного замедления времени.

Конечно, мы должны принять во внимание, что на данный момент у нас нет возможности отправиться в черную дыру, не говоря уже о том, чтобы войти в нее и выйти целым и невредимым

Как образуются чёрные дыры

Такие большие объекты, как звёзды, обладают большой гравитацией. Вся материя звезды всегда притягивается к центру, но термоядерные реакции не позволяют ей схлопнуться. То есть с одной стороны работает притяжение, а с другой давление, которое удерживает форму звезды.

Самой популярной считается теория, что чёрная дыра — это конечная стадия жизни звезды с очень большой массой, превышающей как минимум массу 20 Солнц. Когда внутри такой звезды прекращаются термоядерные реакции (заканчивается топливо), то под действием своей огромной гравитации она ускоренно сжимается в нейтронную звезду. В зависимости от своей начальной массы, она может остаться сверхплотной нейтронной звездой либо продолжить сжиматься с такой силой, что даже свет не сможет покинуть её пределы — это и будет чёрная дыра.

Существует и другой сценарий, когда все те же процессы происходят с межзвёздным газом, находящимся на стадии превращения в галактику или какое-то скопление. Если внутреннее давление не может компенсировать гравитацию, то вся материя начинает сжиматься, что приводит к образованию чёрной дыры.

Вы становитесь частью Вселенной

Хокинг предположил, что определенные частицы, попадающие в черную дыру, отфильтровываются на положительные и отрицательные частицы.

Эти частицы медленно поглощаются черной дырой.

Когда отрицательные частицы падают, они уменьшают свою массу.

Положительные частицы имеют достаточно энергии, чтобы оставаться вне черной дыры в виде излучения.

По мере того как черная дыра медленно, но верно начинает терять массу и становится все горячее и горячее, она выбрасывает свое содержимое, называемое излучением Хокинга, обратно во Вселенную.

Концептуально это означает, что вы можете стать частью вселенной, подобно фениксу, восставшему из атомного пепла.

Спагеттификация

Предполагается, что как только вы войдете в горизонт событий черной дыры, вы начнете испытывать приливные силы от массивной гравитации.

Когда вы падаете в черную дыру, приложенная к вам сила по сравнению со сплоченностью вашего тела заставит вас разорваться на куски.

Более того, если вы решитесь смело прыгнуть головой вперед в черную дыру, ваша голова будет отодвинута настолько далеко от ваших ног, что вы станете похожи на спагетти.

Идея состоит в том, что разница в ускорении из-за силы тяжести между вашей головой и ногами в этот момент настолько велика, что вы растянетесь и приобретете форму, напоминающую спагетти.

Таким образом, физики назвали этот процесс спагеттификацией.

пользовательLTK

В ссылках в моем комментарии выше скопировано несколько ответов, здесь и здесь , но это такой забавный вопрос, что я подумал, что все равно отвечу на него.

Со сверхмассивными черными дырами Андромеды и Млечного Пути в соответствующих центрах эти объекты настолько массивны, что никакие звезды на их пути, вероятно, практически не будут затронуты никакими звездами на их пути, и они будут просто лететь навстречу друг другу с любой скоростью и направлением, которые диктует гравитация. и к тому времени, когда они окажутся довольно близко друг к другу, их соответствующая гравитация должна заставить их двигаться довольно быстро навстречу друг другу. Я не знаю, знает ли кто-нибудь, будут ли они вращаться вокруг друг друга в течение длительного периода времени или довольно быстро по спирали. Это будет зависеть от угла въезда. Вполне возможно, что они могут пройти мимо друг друга, промахнуться, и каждый из них может быть отправлен далеко друг от друга, часть огромной орбиты вокруг друг друга, что может занять миллиарды лет, чтобы привести к возможному столкновению.

Есть несколько смоделированных видеороликов о том, что происходит, когда две сверхмассивные черные дыры сливаются друг с другом по спирали. Вот один.

По мере приближения сверхмассивных черных дыр каждая из них будет проходить примерно через половину другой галактики, нарушая орбиты любых звезд, мимо которых они проходят, хотя им, вероятно, потребуется пройти меньше светового года, чтобы оказать существенное влияние на направление звезды, что случалось не так часто, но случалось.

Стрелец А огромен для черной дыры, но очень мал по сравнению с пространством между звездами. По оценкам, его диаметр составляет около 44 миллионов километров, что означает, что он (едва ли) поместится внутри орбиты Меркурия и нашего Солнца. В основном он пролетит мимо звезд. Сверхмассивная черная дыра Андромеды может быть в несколько раз больше, но все же достаточно мала по сравнению с расстоянием между звездами, которое она, вероятно, пройдет на пути к их взаимному столкновению.

Возможно, что одна или обе звезды пройдут через галактику друг друга относительно без столкновений, но возможно, что одна или обе из них подойдут достаточно близко к звезде, чтобы образовался большой аккреционный диск. Хотя у черных дыр нет заряда, у их аккреционных дисков есть заряд, и если это произойдет, это может быть интересным и не очень хорошо изученным взаимодействием между двумя сверхмассивными объектами и их аккреционными дисками. Кроме того, когда они по спирали приближаются друг к другу, несколько ближайших к ним звезд будут отброшены в любом направлении, некоторые из них неизбежно попадут внутрь, к одной из двух черных дыр. Это может быть очень впечатляющее шоу.

Наконец, когда они сливаются, что может занять довольно много времени, если они окажутся на орбите друг друга, возможно, миллионы, даже миллиарды лет. Если/когда они сольются, могут возникнуть некоторые любопытные и не очень хорошо изученные эффекты гравитационных волн. искривление и растяжение пространства подобно ряби. (Гравитация уже искривляет пространство, но не измеримой рябью. Наши наблюдения искривленного гравитацией пространства представляют собой гладкую кривую.

Я повторно опубликую эту статью здесь из комментариев, в которых говорится, что две черные дыры могут отталкивать друг друга, если они искривляют пространство в противоположных направлениях вращения и приближаются друг к другу на ровной плоскости. Менее близко, и они все еще могут легко нарушить орбиты внешних планет, отбрасывая некоторые планеты в разные стороны.

Представьте, что мармеладки в салатнице вращаются так быстро, как вы только можете, и вы снимаете верхнюю часть. Это в основном то, что произойдет с любыми ближайшими звездами. Центры обеих галактик довольно плотно заполнены звездами (и, возможно, несколькими черными дырами), вращающимися вокруг их центров. Гравитационная помощь от двух сверхмассивных объектов, движущихся навстречу друг другу, будет значительной, и, в основном, звезды будут летать повсюду. Звезды имеют крошечные массы по сравнению с этими объектами, и их можно направить в любом направлении.

Слияние и поглощение

Начнем с того, что астрономам известно о существовании двух типов черных дыр. Первые образуются из умирающих звезд, а их масса, вероятно, в десятки раз больше массы нашего Солнца. Вторые – сверхмассивные черные дыры, напротив, скрываются в центре галактик (включая Млечный Путь) и могут содержать массу, в миллионы раз превышающую массу их крошечных собратьев.

Несколько лет назад ученые зафиксировали необычный сигнал под названием GW190521 (астрономы называют сигналы гравитационных волн датой их наблюдения, поэтому GW190521 отмечает гравитационную волну, обнаруженную 21 мая 2019 года). Сигнал, по мнению авторов научной работы, является самым удивительным открытием на сегодняшний день. Дело в том, что у некоторых черных дыр вообще нет круговой орбиты, ведущей к слиянию.

Сверхмассивные черные дыры состоят из достаточного количества материи, перевешивая своих собратьев размером со звезду в миллионы раз.

Еще одна странность заключается в том, что одна из сталкивающихся черных дыр сама по себе – результат столкновения. Более того, слияние нескольких черных дыр произошло в космическом пространстве, заполненным этими обитателями Вселенной. Как правило, сверхмассивные объекты встречаются в центрах галактик. Но что будет, если три черные дыры попадут в диск, окружающий сверхмассивную черную дыру?

И хотя слияние, вероятно, привело к образованию черной дыры среднего размера (примерно в 100-1000 раз превышающей массу Солнца), поблизости скрывалось кое-что необычное. Согласно новой гипотезе, одна из черных дыр, участвовавших в наблюдаемом столкновении, ранее уже сталкивалась с себе подобными. Если бы это было так, то масса новообразованной черной дыры в 142 раза превышала бы массу нашего Солнца.

Как их обнаружить

Обнаружить чёрную дыру возможно, если она входит в состав двойной системы, Например, в двойной системе одна из звезд взрывается, превращаясь в сверхновую. На оставшуюся звезду будет действовать гравитация соседки, следовательно вещество из звезды будет перетекать в чёрную дыру (она буквально будет «пожирать» звезду).

Вещество со звезды закрутится в спираль вокруг черной дыры, произойдёт его  сильное уплотнение и разогрев. Нагрев будет продолжаться до возникновения волнового излучения в рентгеновском диапазоне, по характеру которого и можно понять параметры объекта. Также, черная дыра, пролетая возле звезды, отклоняет ее с обычной траектории своей колоссальной гравитацией, тем самым выявляя себя. Чёрные дыры, не имеющие напарника-звезду, также существуют в теоретических расчётах.

Как изучают

Изучают черные дыры в основном при помощи математического моделирования и физики. Если теоретические выкладки согласуются с наблюдениями и не противоречат доказанным фактам, гипотеза превращается в общепризнанную теорию. Вот видео где это подробно рассмотрено:

Я упал и не могу подняться

Черная дыра — это объект, скорость убегания (вторая космическая скорость) для которого равна скорости света или превышает ее. Это означает, что все, что попадает в дыру, выбраться из нее не может, потому что, насколько нам известно, ничто не может двигаться со скоростью больше скорости света.

Следовательно, первая и самая очевидная опасность от черной дыры — это, буквально, падение в нее. Если такое происходит, ну что ж, ничего не поделаешь. Это поездка в один конец. С вами покончено. Больше не о чем говорить.

Такое отсутствие драматизма как-то скучновато для рассказа. Но это также противоречит здравому смыслу. Если вы находитесь на ракете, погружающейся в черную дыру, разве нельзя просто развернуть ракету, включить двигатели на самую полную мощность и улететь?

Нет, нельзя. Исключительно мощные силы тяготения вблизи черной дыры заставляют нас изменить свой взгляд на пространство, время и движение. <…> Если бы черные дыры были лишь еще одним массивным объектом, с вами все было бы в порядке. Но черные дыры не просто какой-то привычный объект!

Вы проваливаетесь в нее, и ничто вас не может удержать. Скорость убегания на поверхности черной дыры — называемой горизонтом событий — это скорость света.

Более точным было бы рассуждать об этом, пользуясь математическими формулами Эйнштейна и физическими принципами относительности. Эндрю Гамильтон, астрофизик с кафедры астрофизики и планетологии Университета штата Колорадо в Боулдере, довольно долго изучал черные дыры и у него есть интересное сравнение:

Может показаться, что это нарушает еще один закон Эйнштейна — ничего не может двигаться быстрее, чем свет, — но это применимо только к физическим объектам, обладающим массой (и к самому свету). Пространство же отличается от материи и света (еще одна из великих идей Эйнштейна), поэтому оно может вести себя как захочет, в частности двигаться быстрее света.

Если вы находитесь внутри горизонта событий, пространство стекает в черную дыру быстрее скорости света… и, если вы проваливаетесь, оно уносит вас с собой.

Четыре типа черных дыр

Все тела искривляют вокруг себя пространство и время. Чем компактнее тело, тем заметнее этот эффект. Компактность — это не просто размер. Маленькое тело с большой массой тоже будет компактным. Черные дыры — предельный случай. Мы можем взять, что угодно: облако газа или нейтронную звезду, начать их сжимать и, в конце концов, любой из этих объектов превратится в черную дыру. Там все меняется. Информация изнутри не может попасть наружу. Поэтому черные дыры кажутся иногда не столько интересными объектами, сколько загадочными. Мы действительно не знаем, что происходит внутри.

Поэтому есть два подхода к изучению черных дыр. Первый — более физический: мы говорим о свойствах черных дыр, в том числе, внутренних. Здесь пока мы ограничиваемся теоретическими исследованиями. Второй — астрофизический. В астрофизике выделяют четыре основных типа черных дыр.

Самые известные — сверхмассивные черные дыры. В любой крупной галактике находится центральная черная дыра. Существуют черные дыры с массами от нескольких тысяч масс Солнца до десятков миллиардов. Есть такая черная дыра и в центре нашей галактики.

Второй популярный тип — черные дыры звездных масс. Звезды эволюционируют: происходит термоядерная реакция в недрах, легкие элементы превращаются в тяжелые. Но этот синтез рано или поздно заканчивается. Формируется железное ядро. И вот это железное ядро начинает схлопываться. Если этот коллапс не остановить, образуется черная дыра. Здесь, естественно, мы не получим никаких миллиардов масс Солнца, потому что стартуем со звездной массы — это 20, может быть, 200 масс Солнца. Черная дыра, очевидно, будет немного полегче, потому что не все вещество звезды попадет внутрь.

Иногда выделяют отдельный тип черных дыр промежуточных масс — что-то среднее между звездами и сверхмассивными черными дырами. Пока нет понимания, как эти объекты возникали. Может быть, несколько массивных звезд слились друг с другом в плотном скоплении, на короткое время образовали звезду с массой, скажем, в тысячу масс Солнца. И ее не отрасколлапсировали.

Наконец, есть так называемые первичные черные дыры, которые должны образовываться в молодой Вселенной. Прелесть таких первичных черных дыр в том, что они, возникают раньше всего — раньше звезд и галактик. А еще они могут иметь очень разные массы: от довольно больших до совсем микроскопических. Эти объекты обладают рядом уникальных свойств. Их очень хочется обнаружить, но пока самые разные попытки ни к чему не привели.

Поэтому в реальности мы имеем дело со сверхмассивными черными дырами и черными дырами звездных масс, а также у нас есть неплохие кандидаты в черные дыры промежуточных масс.

Экономика образования

Другая галактика: тест на знание квазаров

Клонирование

Информационный парадокс черной дыры — это загадка, которая веками ускользала от физиков.

Это послужило поводом для бесконечных споров о том, что на самом деле происходит, когда вы входите в черную дыру.

Чтобы полностью понять парадокс, нам понадобится помощь вашей подруги Елены.

Елена решила отступить в последнюю секунду и в настоящее время наблюдает за вами издалека, когда вы в одиночку входите в черную дыру.

Когда вы подходите ближе, она видит, как вы медленно растягиваетесь, пока в конце концов не испаритесь и не превратитесь в хрустящую корочку.

Елена теперь думает, что вы мертвы, и рада, что не послушала вас.

Но подождите . . . история так не заканчивается.

На самом деле вы все еще живы и здоровы, и вы бесконечно путешествуете через черную дыру.

Что на самом деле происходит с вами дальше, нас сейчас не касается.

Что действительно интригует, так это тот факт, что вы все еще живы, хотя Елена только что видела, как вы умираете.

Это информационный парадокс черной дыры.

Это не иллюзия, и ни вы, ни Елена не сошли с ума.

Это просто так.

Законы физики диктуют, что вы оба мертвы вне черной дыры и живы в ней.

Некоторые физики предположили, что парадокса вообще нет, поскольку обе реальности нельзя наблюдать одновременно.

Другие назвали клонирование (существование двух реальностей вас) решением этого парадокса, хотя оно и противоречит законам квантовой механики, относящимся к сохранению информации.

В конце концов, однозначного ответа на этот парадокс нет (пока).

Возможно, через тысячи лет мы поймем, что происходит на самом деле.

Однако мы точно знаем, что больше не стоит брать Елену с собой в поездки.