Черные дыры и теория струн

Что такое чёрная дыра?

Чёрная дыра — это область космоса, гравитационное притяжение которой настолько велико, что даже свет не может покинуть её пределы. В буквальном смысле пространство и время обрушиваются в бездну. Само пространство падает в чёрную дыру подобно водопаду, только в роли воды здесь выступает пространство. Представьте себе человека на байдарке, который пытается подняться вверх по течению реки, но течение оказывается слишком сильным для него. Таким же образом чёрная дыра затягивает в себя пространство. Роль быстрого течения здесь выполняет гравитация. В определённый момент объект, попавший в чёрную дыру, достигает горизонта событий — точки, из которой нет возврата.

Ближайшая черная дыра. Самая близкая к Земле черная дыра

Самая близкая к Земле чёрная дыра находится в 7,8 тыс. световых лет. В астрономических мерках это, можно сказать рядом. Так, например, до ближайшей к нам звездной системе Альфа Центавра 4,24 световых года, а до самой далёкой известной астрономам галактики около 16 миллиардов световых лет. Черная дыра V404 Cygn, которая находится в созвездии Лебедя, имеет массу в 12 раз больше массы Солнца.Эта черная дыра — один из объектов бинарной системы, в которую входит ещё одна звезда класса G или К, которая по размерам меньше Солнца. Звезда вращается по орбите вокруг чёрной дыры и делает полный оборот за 6,5 дней.Чёрная дыра постепенно затягивает в себя вещество со своей соседки. Это вещество составляет аккреционный диск дыры из расскалённой плазмы, с помощью которого она и была открыта. Ведь чёрные дыры — это объекты, притяжение которых настолько большое, что их не может покинуть даже свет, скорость которого составляет 299 792 458 ± 1,2 м/с. Поэтому обнаружить эти объекты можно только по тому, как они влияют на соседние звёзды. Время от времени вещество «переливающееся» в чёрную дыру разогревается и начинает ярко светиться. При этом активно излучаются лучи рентгеновского диапазона и радиоволны.

Раньше считалось, что V404 от нас по крайней мере в два раза дальше. Но, в 2009 году, впервые к чёрной дыре применили метод параллакса движения. Земля вращается по орбите, а значит положение звезды на небе должно меняться. С помощью с международной сети радиотелескопов High Sensitivity Array следили за движением чёрной дыры и внешних остатков звезды на небе в течение года. Более ранние исследования имели большую погрешность измерения (около 50%). Они не учитывали погрешность из-за поглощения межзвёздной пыли. Последнее исследование имеет погрешность не больше 6%.Изучение этой звезды в будущем поможет учёным понять механизм образования чёрных дыр. Ожидается, что удастся понять, чем звёзды, которые превратились в чёрные дыры без взрыва сверхновой звезды, отличаются от чёрных дыр, которые прошли стадию взрыва сверхновой.

Как обнаружить черную дыру

В конце своей жизни массивные звезды могут превращаться в черные дыры. И на этапе, когда только пытались найти первые черные дыры, возник вопрос: как их можно обнаружить. Первая идея была такой: звезды, особенно массивные, нередко рождаются парами. Одна из таких звезд превращается в черную дыру, и мы перестаем ее видеть. При этом она продолжает существовать. Предполагалось, что мы сможем увидеть вращение соседней звезды вокруг этого невидимого объекта, при помощи вычислений измерить его массу и обнаружить, что в этом месте находится черная дыра.

Сергей Попов рассказывает, что исторически это был первый предложенный способ поиска. С 60-х годов ученые пытались искать их по такому методу, но ничего не обнаружили. Последние пару лет стали появляться возможные кандидаты на звание черных дыр, но ученые пока не уверены, что в паре с обычными звездами находятся именно они.

Визуализация черной дыры

(Фото: NASA)

Если опять обратиться к черной дыре, которая соседствует со звездой, то вещество с обычной звезды может перетекать в дыру. Черная дыра своей гравитацией будет засасывать это вещество. Если представить, что в нее одновременно кинули два камня, они могут столкнуться над горизонтом на скорости почти равной скорости света. При таком столкновении выделится много энергии, которую можно заметить.

Но в звездах не камни, а газ. Когда разные слои газа трутся друг о друга, они нагреваются до миллионов градусов, и это тепло можно увидеть. С помощью такого способа в конце 60-х — начале 70-х годов, когда стали запускать первые рентгеновские детекторы в космос, открыли и первые черные дыры.

Визуализация черной дыры рядом со звездой

(Фото: NASA)

В начале 60-х годов стало ясно, что есть яркие астрономические объекты — квазары. Дословно— «похожий на звезду радиоисточник». Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Обнаружить их можно даже на очень отдаленных расстояниях. В ходе изучения квазаров стало ясно, что это небольшой источник, который находится в центре далекой галактики и при этом испускает много энергии. Попов рассказывает, что когда ученые открывают квазар, они уверены, что там «сидит» сверхмассивная черная дыра. Сейчас это самый массовый способ открытия черных дыр.

Визуализация квазара

(Фото: NASA)

Почти все массивные звезды превращаются в черные дыры, но не все они находятся в двойных системах, или у них нет перетекания. В таком случае дыры ищут другим способом. Сергей рассказывает, что черная дыра сильно искажает пространство-время вокруг себя, но тут важна не столько масса, сколько компактность. Понять это легко, достаточно представить острый предмет. Это предмет с очень маленькой площадью. Если просто ткнуть куда-то пальцем, нельзя проткнуть поверхность, а если с такой же силой надавить на иголку, то проткнется палец, которым на нее давят. Так вот маленькие объекты при той же массе сильнее искривляют пространство-время вокруг себя. Такой эффект называется гравитационным линзированием.

Индустрия 4.0

Как полететь на Луну: самые популярные поисковые запросы на тему космоса

Ученые наблюдают за звездой и вдруг замечают, что ее блеск растет, а потом совершенно симметрично спадает обратно. Со звездой ничего не произошло, но между нами и звездой пролетел массивный объект. И этот массивный объект, искажая пространство-время, собрал световые лучи.

Визуализация черной дыры

(Фото: NASA)

Поэтому кажется, будто возрастает светимость звезды, а на самом деле просто больше ее света было собрано и попало к нам. Звезда с массой десять масс Солнца светила бы очень заметно, ученые бы ее не пропустили. А в таких наблюдениях появляется абсолютно темный объект с массой примерно десять солнечных. Что это может быть? Только черная дыра.

Если есть пара черных дыр, то, сливаясь, они будут порождать гравитационно-волновой всплеск. И в 2015 году впервые были обнаружены такие всплески гравитационного излучения. Это последний на сегодняшний день хороший способ поиска черных дыр.

Визуализация двух черных дыр

(Фото: NASA)

Черные дыры это. 10 интересных фактов о черных дырах.

1 образование черных дыр.Черная дыра рождается тогда, когда у крупной звезды начинает заканчиваться топливо и она начинает разрушаться из-за своей же собственной гравитации.Такая звезда превращается в белого карлика или нейтронную звезду, но если заезда оказывается очень массивной, она может продолжать сжиматься и, в конечном итоге, достигает размера крошечного атома, который называется центром черной дыры.

2 масса черной дыры.Масса этой сжатой звезды настолько велика, а гравитация ее центра настолько сильна, что, согласно теории общей относительности Эйнштейна, она на самом деле может деформировать пространство — время вокруг себя, и даже свет не может вырваться из нее.Граница, за которую свет не может вырваться, называется горизонт событий, а расстояние от центра до горизонта событий — гравитационный радиус или радиус шварцшильда.

3 теория черных дыр.Как только частицы и солнечные лучи пересекают горизонт событий, они направляются к центру, их больше никогда никто не сможет увидеть.

4 самые странные объекты вселенной.Для внешнего наблюдателя с телескопом кажется, что объект, который проходит через горизонт событий, начинает замедляться и замерзать и что он вовсе не прошел через эту границу. Со временем свет становится красным и более тусклым, а его длина волны — длиннее, в конечном итоге, он исчезает из поля видимости, становясь инфракрасной радиацией, а затем радиоволнами.

5 падение в черную дыру.В том случае, если бы человек мог оказаться в черной дыре, будучи в сознании и имея возможность вернуться оттуда, он бы рассказал, что вначале испытал ощущение невесомости, как будто он находится в свободном падении, но затем почувствовал бы очень мощные силы притяжения, его бы тащило ближе к центру черной дыры.Чем ближе к центру, тем сильнее гравитация, поэтому если бы его ноги были ближе к центру, чем голова, его бы начало сильно растягивать и в конечном итоге разорвало бы на части.Во время падения он бы видел искаженное изображение, как будто свет обволакивает его и он бы также увидел, как свет за пределами черной дыры направляется во внутрь.

6 сила гравитации черных дыр.Важно понимать, что гравитационное поле черной дыры точно такое же, как и у других объектов в космосе, имеющих такую же массу. Другими словами, черные дыры притягивают к себе объекты так же, как это делают обычные звезды, то есть все объекты, которые оказываются рядом с горизонтом событий, падают в них

7 кротовые норы.Кротовая нора в теории является туннелем в пространстве — времени, который позволяет пройти коротким путем от одного конца вселенной к другому. Однако эти объекты могут оказаться с внешней стороны очень похожими на черные дыры.

8 кто открыл черные дыры во вселенной?Джон мичелл (1783 год) и Пьер — Симон Лаплас (1796 год) впервые предложили концепцию «Темных Звезд» или объектов, которые при сжатии имеют такую сильную силу притяжения, что скорость убегания рядом с ними будет превышать скорость света.В 20-м столетии физик Джон уиллер предложил называть эти объекты «Черными Дырами», так как они поглощали все частицы света, которые оказывались поблизости, поэтому ничего отражать были не способны.

9 излучение хокинга — испарение черной дыры.Физики в настоящее время полагают, что черные дыры на самом деле излучают небольшое количество частиц фотонов и таким образом теряют массу, поэтому сжатие постепенно ослабляется. Этот неподтвержденный пока процесс получил название излучение хокинга в честь профессора Стивена хокинга, который выдвинул теорию в 1974 году.Однако этот процесс происходит невероятно медленно, и только самые мелкие черные дыры имели время, чтобы испарить достаточное количество вещества за 14 миллиардов лет существования вселенной.

10 массивные черные дыры.Считается, что большая часть галактик держится вместе за счет супермассивных черных дыр в своих центрах, которые удерживают рядом сотни звездных систем.

Сияющий свет двойных черных дыр

В 2015 году астрономы, использующие гравитационно-волновую обсерваторию лазерного интерферометра (LIGO), впервые обнаружили гравитационные волны. С тех пор с помощью этого инструмента наблюдалось несколько других подобных инцидентов. Гравитационные волны, замеченные LIGO, возникли от слияния небольших черных дыр.

Наблюдения LIGO также дают представление о направлении вращения черной дыры. Когда пара черных дыр вращается по спирали вокруг друг друга, они могут вращаться в одном направлении. Или направления вращения могут быть совершенно разными.

Существует две теории о том, как образуются бинарные черные дыры. Первая предполагает, что они образовались примерно в одно и то же время, от двух звезд. Они могли родиться вместе и погибнуть примерно одновременно. Звезды-компаньоны имели бы похожее направление вращения. Поэтому черные дыры, которые они оставили, тоже вращались бы подобным образом.

По второй модели черные дыры в звездном кластере опускаются в его центр и соединяются. У этих компаньонов были бы случайные ориентации спина по сравнению друг с другом. Наблюдения черных дыр с различной ориентацией спина, произведенные с помощью LIGO, дают более убедительные доказательства этой теории образования.

Хорошие и плохие новости

В русском языке есть слово из шести букв, которое лучше всего описало бы то, что нас ждет. Давайте назовем это просто безнадегой. Ученые научились делить на ноль, и мы оказались в черной дыре. Даже Брюс Уиллис с отважным экипажем нефтяников, прошедший особую подготовку в Челябинске, не спас бы нас.

Появись черная дыра в окрестностях Нептуна, мы бы сразу почувствовали это. Ученые знают орбиту Нептуна так хорошо, что могут обнаружить даже отклонение в 1 угловую секунду (единица угловой меры). Обычная черная дыра с массой в десять солнц, летящая на скорости 300 км/c, выдала бы себя еще на расстоянии в одну десятую светового года.

Похожее по теме… Пространство, время, черные дырыО пространственно-временном континууме, черных дырах, теории относительности, современной космологии и современной астрофизике

По мере подхода к Нептуну, черная смерть стягивает газовый гигант с орбиты. Планета начинает вести себя странно: по мере удаления от нас происходит красное смещение — длина волны ее радиации, включая свет, уходит в красный спектр. Как только Нептун оказывается за черной дырой, гравитационная линза натягивается на черную сферу и обтекает ее. Когда планета появляется снова, уже перед нами, ее цвета переживают синее смещение — длина волны уходит в этот конец спектра.

Красное и синее смещение, как правило, является следствием удаления или приближения звездного объекта по отношению к нам. Похоже на эффект Допплера.

Вместе с тем, как черная дыра «кушает» планету, газ будет закручиваться в гравитационную спираль, как сахар во время создания сладкой ваты. С нашей точки зрения спираль будет вечно уходить в горизонт событий. Но свет, испущенный гибелью Нептуна, отразится от черной дыры в негативе, как солнечная корона во время затмения.

Чем ближе черная дыра будет к Земле, тем больше будет проявляться окружающий ее эффект искажения, как в кривом зеркале. Все телескопы будут видеть только пустоту в центре черной дыры.

Если наша черная смерть будет сверхмассивной черной дырой, история уже закончится — ее горизонт событий будет в пять раз больше, чем Солнечная система. Но это скучно. Давайте возьмем пример поменьше и все же постараемся разглядеть нутро этого монстра.

Точки над «I»

В науке между фактом и почти фактом — огромная дистанция. На рубеже тысячелетий большинство астрономов были практически уверены, что черные дыры существуют, но лишь наступившее столетие стало временем решающих доказательств.

После открытия в 2008 году черной дыры в центре Галактики следующий успех пришел в 2015-м, когда были зарегистрированы гравитационные волны от слияния черных дыр.

Алексей Старобинский: «В XXI веке возник новый способ изучения черных дыр — с помощью гравитационно-волновой астрономии. Прибор состоит из двух зеркал, расстояние между которыми с большой точностью измеряется с помощью лазера. Гравитационные волны, испускаемые при слиянии черных дыр, изменяют геометрию пространства, а значит, и расстояние между зеркалами. То, что наблюдали исследователи, отлично описывается теорией: большинство событий — это слияние черных дыр в составе двойных систем. Мы видим, как две черные дыры вращаются вокруг друг друга по почти кеплеровской орбите, за исключением самой последней стадии перед слиянием, постепенно теряют энергию в виде гравитационных волн и в конце концов сливаются. Новым для астрономов оказалось только то, что типичная масса таких черных дыр — около 30–50 солнечных, а не 10, как ожидалось. Предстоит еще подумать о том, откуда взялись такие массивные звезды. Все, что мы видим, происходит очень-очень далеко. Ни в нашей Галактике, ни даже в Туманности Андромеды ни одного такого события наблюдать не удалось. Речь идет о расстояниях от 100 до 1000 мегапарсек, тогда как до ближайшего сверхскопления галактик в созвездии Девы от нашей „местной группы“ всего 10 мегапарсек».

Регистрация гравитационных волн была отмечена особой нобелевской премией в 2017-м. Наконец, в 2019 году достигнут последний потрясающий успех. Астрономы объединили в единую сеть восемь радиотелескопов, разбросанных по разным континентам. Будь эта система оптическим телескопом, она позволила бы из Москвы читать газету, раскрытую во Владивостоке.

Привет из бездны

Самое точное на данный момент изображение черной дыры

Разбираться придется по порядку. Насколько близко? Откуда? Какова масса?

Стоит сразу отметить, что наше Солнце никогда не станет черной дырой. Для этого нужна масса, порядком превосходящая солнечную — в 10-15 раз. Тогда случится гравитационный коллапс, и под действием силы тяжести материя буквально схлопнется в одну точку. Похожее явление лежит в основе водородных бомб и в теории холодного термоядерного синтеза, разве только гравитация играет другую роль. Более того, на роль потенциальных черных дыр не годятся и другие звезды в соседних галактиках. Большинство из них являются красными карликами и обладают массой в 8-60% нашего Солнца.

Остается два варианта: либо черная дыра спонтанно появляется в наших окрестностях, либо приходит непонятно откуда. Первое было бы возможно, если бы все страхи вокруг Большого адронного коллайдера приобрели смысл и черную дыру создали искусственным путем. Но нет, это невозможно.

Что касается второго, астрономы и астрофизики подтвердили существование около 2000 блуждающих черных дыр, но шансы того, что одна из них дойдет до нас, близятся к нулю. И как отметил писатель Дуглас Адамс:

Впрочем, вероятность появления черной дыры — слишком интересное событие, чтобы проходить мимо.

Чёрные дыры — самые яркие объекты на небе

Сила гравитации внутри чёрной дыры настолько велика, что оттуда не может вырваться даже свет, следовательно, дыра должна быть вообще неразличима на небе. Но не стоит забывать, что кроме «горизонта событий», границы, после пересечения которой свет вырваться обратно уже не может, вокруг есть ещё много непоглощённых объектов. Когда вращающаяся чёрная дыра поглощает облако межзвездного газа, вещество приближается к ней по спирали, закручиваясь, как вода, стекающая в сливное отверстие. И тогда эти объекты начинают светиться.

Загораются настоящие метеоры, потому что тонкий слой газа сжимается от резкого падения и неимоверно быстрого движения космических твёрдых тел и дополнительно нагревается от трения. Когда облако газа падает непосредственно в чёрную дыру, все частицы сжимаются и несутся к её центру, всё больше нагреваясь за счёт трения. Частицы становятся настолько горячими, что не просто светятся ярким белым светом: они уже излучают в рентгеновском диапазоне, и 10% от их массы преобразуется в чистую энергию. Для сравнения: при взрыве боеголовки только 0,5% от их её массы конвертируется в энергию. Понимаете? Чёрная дыра — это область, при попадании в которую даже мельчайших частиц выделяется в 20 раз больше энергии, чем при ядерном взрыве.

Чёрные дыры могут светиться настолько ярко, что побеждают собственную гравитацию. Сверхмассивная чёрная дыра может достигать предела Эддингтона, когда сила непрерывного излучения побеждает непреодолимое притяжение. Излучение становится настолько интенсивным, что возникает настоящий звёздный ветер, за счёт чего часть притягивающего материала отталкивается. Да-да: свет может быть настолько интенсивным, что вытолкнет себя даже из чёрной дыры.

Загробная жизнь звезд

Первый разумный ответ на этот вопрос предложили в 1939 году Роберт Оппенгеймер, Джордж Волков и Хартланд Снайдер. По мысли ученых, черные дыры — это своего рода посмертная стадия существования самых массивных звезд.

Поясним. Гравитация стремится как можно сильнее сжать вещество, превратить небесное тело в точку. Этого не происходит лишь потому, что сжатию противостоит давление, а главный источник давления в звезде — это ее излучение. Но когда в звезде заканчивается термоядерное топливо, заканчивается и излучение. Тогда «огрызок», который к тому времени остается от звезды, уже ничто не может удержать от сжатия.

Дальнейшая судьба небесного тела зависит от его массы: самые легкие звезды вроде Солнца превращаются в белые карлики, более тяжелые — в нейтронные звезды, но начиная с некоторого предела массы в природе просто не остается таких сил, которые могли бы противостоять гравитационному сжатию. Именно последний сценарий с некоторыми оговорками и рассмотрели Оппенгеймер, Волков и Снайдер.

Впрочем, это работа содержала множество допущений: например, остаток звезды непременно будет вращаться, а может ли вращаться черная дыра, в то время было непонятно. Вносить уточнения было некогда: двое из трех авторов занялись разработкой ядерной бомбы в рамках «Манхэттенского проекта». Так уж получилось, что познанием в ХХ веке человечество могло заниматься лишь в перерывах между мировыми войнами. Интерес к проблеме вернулся только в 1960-х.

Солнце в качестве черной дыры

Астрофизики полагают, что черные дыры могут появляться из любых объектов при критическом состоянии. Есть мнение, что достаточно Солнцу сжаться до радиуса в 6 км, как оно трансформируется в черную дыру (кстати, для Земли этот гипотетический предел – 5 см!).

Но какой будет эта черная дыра? Полагают, что наиболее распространенный вариант – черная дыра Керра. Она выполняет обороты, сохраняя вращение погибшей звезды. На самом деле, это неплохой для нас вариант, потому что вокруг черты горизонта события располагается особенная область – эргосфера.

Внутри этой эргосферы космические тела продолжаются вращаться. Теоретически, планеты так и будут вращаться вокруг сформировавшейся черной дыры, как делали это раньше вокруг Солнца.

Как образуются черные дыры?

В настоящее время мы знаем о четырех разных способах образования черных дыр. Лучше всего понимаем связанный со звездным коллапсом. Достаточно большая звезда образует черную дыру после того, как ее ядерный синтез прекращается, потому что все, что уже можно было синтезировать, было синтезировано. Когда давление, создаваемое синтезом, прекращается, вещество начинает проваливаться к собственному гравитационному центру, становясь все более плотным. В конце концов, оно настолько уплотняется, что ничто не может преодолеть гравитационное воздействие на поверхность звезды: так рождается черная дыра. Эти черные дыры называются «черными дырами солнечной массы» и наиболее распространены.

Следующим распространенным типом черных дыр являются «сверхмассивные черные дыры», которые можно найти в центрах многих галактик и которые имеют массы примерно в миллиард раз больше, чем черные дыры солнечной массы. Пока доподлинно неизвестно, как именно они формируются. Считается, что когда-то они начинались как черные дыры солнечной массы, которые в густонаселенных галактических центрах поглощали множество других звезд и росли. Тем не менее они, похоже, поглощают вещество быстрее, чем предполагает эта простая идея, и как именно они это делают — все еще остается предметом исследований.

Более спорной идеей стали первичные черные дыры, которые могли быть сформированы практически любой массой в крупных флуктуациях плотности в ранней Вселенной. Хотя это возможно, достаточно трудно найти модель, которая производит их, при этом не создавая чрезмерное их количество.

Наконец, есть очень умозрительная идея о том, что на Большом адронном коллайдере могут образовываться крошечные черные дыры с массами, близкими массе бозона Хиггса. Это работает только в том случае, если у нашей Вселенной имеются дополнительные измерения. Пока не было никаких подтверждений в пользу этой теории.

Мы предполагаем, что чёрные дыры могут взрываться

По закону сохранения энергии за всё рано или поздно приходится платить, даже если «должником» является чёрная дыра, которая должна как-то компенсировать получаемую извне энергию. Для больших чёрных дыр это не проблема: излучение Хокинга слишком незначительно по сравнению с поглощаемым ими количеством космического вещества. А вот малые чёрные дыры вполне могут излучать энергии больше, чем потребляют.

Если же чёрная дыра потребляет меньше материи, чем испускает, это в конечном счёте может означать её гибель: в итоге она просто взорвётся. Но не волнуйтесь — такая чёрная дыра слишком мала, чтобы её взрыв мог нанести галактике серьёзный ущерб.

Виды черных дыр

Всего существует четыре разновидности этих объектов, у каждого вида – свои отличия.

Первичные черные дыры

Черные дыры вселенной – результат полного выгорания звездного топлива. После термоядерных процессов светило остывает и сжимается под силой гравитации. Если этот процесс приостановится, то появится нейтронная звезда. Продолжаясь, из-за коллапса притяжения звезда превращается в черную дыру.

Сверхмассивные черные дыры

Это черные дыры гигантских размеров и массы. Их вес больше, чем думали ранее, например, 3 млрд. солнечных весит дыра в галактике М-87. Они способствуют вращению звезд, и весить должны еще больше. Чаще всего дыра находится по центру звездного скопления и служит галактическим ядром. Наращивание веса идет за счет поглощения материала в черную дыру из космоса.

Черные дыры звездных масс

Пока их наличие не доказано. Возможно, такие объекты появились в результате колебаний гравиполя, отклонений однородности. Если такие дыры есть, то они относительно невелики по габаритам и массе, даже меньше Солнца.

Квантовые черные дыры

Образуются в итоге ядерных процессов, где активизируется большой объем энергии. Но это только теория, человеческая наука порог не преодолела в своих исследованиях. Такую черную дыру можно получить после столкновения массы протонов. Результатом будет максимона – простая частица. Она и будет считаться черной дырой квантового типа. Это будет тяжелейшая элементарная частица.

Космическое время

Время – величина относительная. Эйнштейн полагал, если отправить со скоростью света в космос одного из братьев близнецов, то при возвращении он окажется гораздо моложе своего брата оставшегося на Земле. «Парадокс близнецов» объясняется теорией, по которой чем быстрее движется человек в пространстве тем медленнее течет его время.

Однако есть и другая теория: чем сильнее гравитация – тем больше замедляется время. Согласно ей, время на поверхности Земли будет течь медленнее, чем на орбите. Данную теорию подтверждают и часы, установленные на КА GPS, которые в среднем опережают земное время на 38700 нс/день.

Звезда — черная дыра: наблюдения за двойными системами

Когда люди вообще поняли, что могут существовать черные дыры, появилась простая идея. Представьте, жили-были две звезды. Одна превратилась в черную дыру. Но мы продолжаем видеть вторую звезду. Что они делают, если в связке образуют двойную систему? Вращаются вокруг общего центра масс. Тогда становится важным зафиксировать движение видимой звезды — получить ее спектр и по сдвигу спектральных линий, то есть по эффекту Доплера, заметить: звезда то движется к вам, то движется от вас. Это и есть вращение вокруг центра масс в двойной системе. Если вы докажете, что второй компонент достаточно массивный, имеет массу больше трех масс Солнца и невидим, тогда это может быть только черная дыра. Такая идея была выдвинута еще в начале 1960-х годов. Но тогда не удалось открыть ни одного объекта, и только в последние несколько лет стали появляться статьи, где ученые сообщают о том, что они увидели такую систему.

Наблюдения здесь довольно сложные. Потому что одновременно нужно доказать, что второй компонент на самом деле невидим, а не просто очень слабый. Это довольно трудно сделать, потому что первая звезда, чаще всего, яркая. Ее свет мешает разглядеть второй тусклый компонент

Затем важно доказать, что второй объект легкий и что это именно черная дыра, а не нейтронная звезда, белый или красный карлик

Футурология

Ученые нашли способ предсказать взрыв сверхновой звезды

До недавнего времени все хорошие кандидаты в итоге отбрасывались. Но в этом году, наконец, появилась работа, где, по всей видимости, люди на самом деле увидели такую неактивную черную дыру в двойной системе

Очень важно это открыть, потому что на настоящий момент мы не очень хорошо понимаем, какие звезды дают именно черные дыры, а какие — нейтронные звезды

Также очень интересно узнать, какую скорость приобретают черные дыры при рождении. Эти данные позволят понять, как же происходил коллапс. Это очень сложный процесс, который мы пытаемся моделировать на компьютерах, но в мелких деталях пока это сделать не получается. Точнее, получается многими разными способами. Чтобы выбрать правильный, нам нужно сравнивать результаты с реальными данными.

Сверхновая

Когда звезда погибает, она озаряет космическое пространство ярчайшей вспышкой, способной по мощности превзойти свечение галактики. Это сверхновая звезда. Несмотря на то, что по мнению астрономов, сверхновые звезды возникают регулярно, полные данные наука имеет только по вспышкам зафиксированным в 1572 году Тихо Браге и в 1604 году Иоганном Кеплером.

По свидетельству ученых, продолжительность максимума блеска сверхновой около 2-х земных суток, однако последствия взрыва наблюдаются спустя тысячелетия. Так, считается, что одно из самых удивительных зрелищ во Вселенной – Крабовидная туманность – порождение сверхновой.

Сможет ли спастись человечество

Уже через миллиард лет на поверхности нашей планеты будет очень сложно выживать. Тогда будет смысл жить в подземных городах или переселяться на другие планеты. Например, к тому времени Марс окажется в комфортной зоне обитаемости и благоприятным местом для людей.

Вечно под землёй прятаться не получится, т.к. в итоге Солнце превратит нашу планету в ад, а затем и вовсе поглотит. Поэтому ставка людей будущего будет сделана именно на колонизацию других миров. Миллиарда лет точно хватит и на создание двигателей для межзвёздных перелётов, и на проработку технологий терраформирования других планет.

Самая большая черная дыра

Наиболее масштабный объект такого типа на сегодняшний день известен, он зафиксирован в галактике S5 0014+81. Ему присвоена категория блазара и название FSRQ. Это ядро звездного скопления на расстоянии от Солнца в 12 млрд. световых лет. Вес – 40 млрд. солнц, диаметр тоже огромный – 0,026 св. лет. Возраст объекта – 12 млрд. лет, то есть он на 1,5 млрд. лет младше Вселенной.

Вот такое неоднозначное явление существует в нашей необъятной Вселенной. Теперь вы знаете, как образуется черная дыра. Она представляет собой один из сценариев будущего, когда начнут гаснуть все звезды – им предстоит превратиться в необозримое количество черных дыр.

Свет из бездны

Что ж, раз так, астрофизики взялись за дело. Поскольку единственным возможным механизмом образования черных дыр в середине ХХ века виделся гравитационный коллапс потухших звезд, то именно такие дыры — звездной массы — имело смысл искать. Однако нашли нечто совершенно другое и неожиданное. Парадоксально, но «дыры мироздания», не отпускающие от себя свет, оказались самыми мощными источниками света во Вселенной.

В 1963 году Мартин Шмидт открыл квазары, которые в телескоп выглядят как очень слабые звездочки. Вскоре оказалось, что эти скромные огоньки отстоят от нас на расстояния, сравнимые с масштабами видимой Вселенной. А значит, их реальная светимость — десятки и сотни триллионов солнц. И вся эта мощь генерируется в радиусе всего нескольких световых дней. Для сравнения: в нашей Галактике всего несколько сотен миллиардов звезд, а ее диаметр составляет сто тысяч световых лет.

Что предлагает Хокинг для решения информационного парадокса черной дыры?

Идея состоит в том, что у черных дыр должен быть способ хранить информацию, который до сих пор не приняли. Информация хранится на горизонте черной дыры и может вызывать крошечные смещения частиц в излучении Хокинга. В этих крошечных смещения может быть информация о попавшей внутрь материи. Точные детали этого процесса в настоящее время не определены. Ученые ждут более подробного технического документа от Стивена Хокинга, Малькома Перри и Эндрю Строминджера. Говорят, он появится в конце сентября.

На данный момент мы уверены, что черные дыры существуют, знаем, где они находятся, как образуются и чем станут в итоге. Но детали того, куда девается поступающая в них информация, до сих пор представляют одну из самых больших загадок Вселенной.

Давайте обсудим Черные Дыры в нашем Telegram-канале?

Что происходит на горизонте?

Так называемый эффект «спагетти»

Когда вы пересекаете горизонт, вокруг вас ничего особенного не происходит. Все из-за принципа эквивалентности Эйнштейна, из которого следует, что нельзя найти разницу между ускорением в плоском пространстве и гравитационным полем, создающим кривизну пространства. Тем не менее наблюдатель вдали от черной дыры, который наблюдает за тем, как кто-то другой падает в нее, заметит, что человек будет двигаться все медленнее и медленнее, подходя к горизонту. Будто бы время вблизи горизонта событий движется медленнее, чем вдали от горизонта. Однако пройдет некоторое время, и падающий в дыру наблюдатель пересечет горизонт событий и окажется внутри радиуса Шварцшильда.

То, что вы испытываете на горизонте, зависит от приливных сил гравитационного поля. Приливные силы на горизонте обратно пропорциональны квадрату массы черной дыры. Это означает, что чем больше и массивнее черная дыра, тем меньше силы. И если только черная дыра будет достаточно массивна, вы сможете преодолеть горизонт еще до того, как заметите, что что-то происходит. Эффект этих приливных сил растянет вас: технический термин, который для этого используют физики, называется «спагеттификация».

В первые дни общей теории относительности считалось, что на горизонте существует сингулярность, но это оказалось не так.