Несмотря на то, что центр временно закрыт, мы все еще страстно желаем поделиться наукой и исследованием космоса. В этой серии мы совершим быстрый тур по науке или космической тематике. Сегодня мы исследуем черные дыры.
Черные дыры удерживают наше внимание с тех пор, как их существование было впервые математически предсказано Общей теорией относительности Альберта Эйнштейна в 1915 году.
Задолго до того, как мы впервые увидели эти тайны, они появились в научной фантастике с, пожалуй, одной из первых ссылок на фильм в 1966 году в «Звездном пути. Обнаженное время». В этом раннем эпизоде звездолет «Энтерпрайз» сталкивается с «Черной звездой» и путешествует в прошлое за три дня. Джон Арчиболд Уилер позднее придумал термин «Черная дыра» в 1967 году.
Что такое «Черная дыра»?
Чаще всего черные дыры образуются от гибели звезд, когда большая звезда, примерно в 8-10 раз превышающая массу нашего Солнца или 8-10 масс Солнца, достигает конца своего цикла. Внутри звезды гравитация притягивает материю ближе друг к другу, в то время как ядерный синтез водорода, топлива звезды, излучает тепло и давление и выталкивает наружу. Как только топливо исчерпано, звезда взрывается, вызывая взрыв внешней оболочки в сверхновой.
Что произойдет дальше, зависит от размера оставшегося ядра. Если оставшееся ядро звезды меньше 3-х масс Солнца, то гравитация сжимает электроны и протоны, образуя нейтроны. Давление нейтронов, находящихся в контакте друг с другом, противодействует силе тяжести. Ядро, теперь стабильное и состоящее в основном из нейтронов, образует нейтронную звезду.
Если ядро больше 3-х масс Солнца, то даже нейтронное давление не сможет противодействовать силе тяжести, и оставшийся материал будет продолжать сжиматься и разрушаться на себе. Вся масса сгущается в невероятно маленькую и плотную точку – сингулярность.
Сила тяжести настолько сильна, что даже свет не может вырваться наружу. Границей черной дыры является горизонт событий.
Можно ли увидеть черную дыру?
Несмотря на то, что мы не видим черную дыру, мы можем видеть газ вокруг нее и наблюдать за воздействием, которое она оказывает на массу и свет. Как предсказывал Эйнштейн, огромная масса и, следовательно, гравитация черной дыры искривляет само пространство-время. До недавнего времени мы могли наблюдать это искривление света и газов только вблизи черной дыры, но не на ее границах.
Все изменилось всего год назад, когда массив событийного телескопа Горизонт (ETH) дал нам первое изображение сверхмассивной черной дыры, расположенной в галактике M87 на расстоянии 53 миллионов световых лет от нас. Массив ETH – это совместная работа радиотелескопов по всему миру, синхронизированных для работы в качестве одной виртуальной массивной радиотарелки, обеспечивающей разрешение, в 4000 раз превышающее разрешение космического телескопа Хаббла. По данным ETH, сверхмассивная «черная дыра» насчитывает около 6,5 миллиардов масс Солнца диаметром 24 миллиарда миль (38 миллиардов километров).
Изучение черных дыр
Будь то черная звезда, замороженная звезда или черная дыра, эти тела до сих пор вызывают вопросы, споры и домыслы и остаются увлечением как науки, так и научной фантастики.
Границы их горизонтов событий «гладкие» или «волосатые» и окруженные огненным кольцом? Потеряна ли навсегда информация, входящая в черную дыру, или она все еще может существовать?
Это захватывающее время для исследований черной дыры. Последние результаты начали предлагать нам ответы с помощью компьютерного моделирования и производства акустических или «немых дыр», которые надеются, наконец, подтвердить излучения Хокинга, предложенный Стивеном Хокингом в 1974 году.
С тех пор ETH добавила четыре дополнительных телескопа, расширив их до восьми обсерваторий и запланировав дальнейшие наблюдения на весну 2021 года. Вместе с другими наземными и космическими телескопами ученые будут продолжать изучать вопросы относительности и разгадывать тайны Вселенной.