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

16

Осенью 2017 года наши знания о Вселенной изменились навсегда. И хотя существование гравитационных волн предсказывал Альберт Эйнштейн еще в 1916 году (при этом сомневаясь, что их вообще можно обнаружить), ученые все же смогли это сделать. Физики международных коллабораций LIGO и VIRGO впервые зафиксировали гравитационные волны в 2015 году, а два года спустя стали лауреатами Нобелевской премии по физике. Источником небольших искажений пространства и времени (то есть гравитационных волн) стало столкновение двух сверхмассивных черных дыр. Поиски так называемой ряби во Вселенной продолжаются и недавно ученые опубликовали свежие данные – оказывается, сверхмассивный черные дыры могут захватывать несколько черных дыр, значительно уступающих ей в размерах.

Сверхмассивные черные дыры при столкновении друг с другом ведут себя странно

Физика черных дыр

Массивные объекты, способные поглотить все, что волею случая оказалось поблизости, физики называют черными дырами. Считается, что вся информация, поглощенная этими космическими монстрами, остается в них навсегда. Ничто, даже кванты самого света, не могут вырваться наружу.

В 2019 году ученым удалось невероятное и мир наконец увидел черную дыру, но если точнее, то ее горизонт событий. Фотографии сверхмассивного объекта, расположившегося в 55 миллионах световых лет от Земли, вновь подтвердили правоту Эйнштейна.

И несмотря на то, что общей теории относительности (ОТО) уже больше ста лет, что в целом немало, мы только-только начали узнавать Вселенную. Вот только это знакомство принесло немало вопросов. В том числе и о черных дырах.

Черная дыра – область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что даже фотоны не света не могут ее покинуть.

Например, британский физик-теоретик Стивен Хокинг еще в 1970-х годах предположил, что черные дыры испускают слабое излучение. Которое, в конечном итоге уносит энергию прочь от черной дыры. Исследователи по всему миру пытаются разрешить этот парадокс и, кажется, уже близки к разгадке.

И пока одни исследователи пытаются понять сложную эволюцию этих космических объектов, их коллеги совершают умопомрачительные открытия. Так, согласно результатам нового исследования, опубликованного в журнале Nature, черные дыры не только сталкиваются друг другом. Оказалось, чем больше размер черной дыры, тем больше себе подобных она может поглотить.

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?

Дальнейшие события, вероятно, будут происходить быстро. И странно. Результатом слияния, произошедшего в мае 2019 года, по-видимому, стала черная дыра, размер которой колеблется, вероятно, от 100 до 1000 масс нашего Солнца, – пишут авторы научной работы.

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.

Хаос во Вселенной

Итак, что происходит, когда сверхмассивная черная дыра захватывает три другие в чудовищный диск, вращающийся вокруг нее? Ответ прост: время и пространство начинают скручиваться и изгибаться. Чтобы понять, как такое возможно, физики создали компьютерную модель столкновения этих объектов.

«Если в сверхмассивную черную дыру попадают другие черные дыры, она образует массивный диск материи, вращающийся вокруг нее, подобно планетам Солнечной системы, только очень большого размера», – объясняет Имре Бартоса, физик из Университета Флориды и соавтор научной работы.

Доказать существование черных дыр ученым удалось совсем недавно.

В этом космическом танце место планет занимает активное ядро галактики (то есть сверхмассивная черная дыра). Будучи окруженной черными дырами меньшего размера со всех сторон, она притягивает их словно шарики, брошенные в воронку. Эту модель астрономы определили как почти двумерную систему, а виновником происходящего вновь оказалась сила гравитации сверхмассивный черной дыры.

Как выяснили астрономы, близкое расположение черных дыр друг с другом превращает место проишествия в хаос – гравитационные волны сталкиваются друг с другом, тем самым растягивая и разрушая ткань самой Вселенной.

Но две черные дыры на самом деле не вращались друг вокруг друга при столкновении – это означает, что их орбиты были эллиптическими, скорее овальными, а не круговыми. Это странно, ведь сила гравитации, возникающая при столкновении двух черных дыр, заставила бы объекты двигаться по круговым траекториям. Но этого не произошло.

Космос – странное место

Словом, ничего подобного никто раньше не видел. К тому же, в научных кругах считалось, что помешать силе гравитации двух черных дыр, приближающихся к столкновению, не может ничто.

В конечном итоге исследователи пришли к выводу, что вероятность подобных необычных слияний в компьютерной модели зависит от характеристик диска, окружающего сверхмассивную черную дыру. Следующим шагом, по их словам, будет обнаружение все большего числа столкновений с черными дырами. Так что будем ждать дальнейших исследований, ведь Вселенная – место удивительное.

Источник




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *