Даже если они ошиблись, про это просто интересно почитать :) Потому что мы под руку с астрономами заходим на совершенно неизведанную территорию.
(Время чтения около 8 минут.)
Астрономы всё чаще приоткрывают завесу тайны над чёрными дырами. Заглядывают туда, куда по сути невозможно заглянуть. Ведь чёрные дыры на то и чёрные, что сами по себе они не видимы в оптическом диапазоне. Их существование выдают гравитационные эффекты да выбрасываемые ими джеты вещества.
За последние несколько лет мы наконец-то получили почти настоящие фотографии этих настоящих монстров Вселенной и измерили гравитационные волны — рябь в пространстве-времени — которые они создают при столкновении. Но мы ещё многого не знаем о чёрных дырах. Одна из самых больших загадок заключается в том, как именно они формируются или рождаются.
Дэниэл Перли, исследователь из Ливерпуля, рассказал The Conversation, что он и его коллеги наблюдали процесс рождения чёрной дыры и, как считают эти специалисты, теперь они предоставляют миру наилучшие данные о том, что именно происходит, когда формируется чёрная дыра.
Астрономы полагают, как на основании наблюдений, так и на основании теории, что большинство чёрных дыр образуются, когда центр массивной звезды коллапсирует в конце жизни светила.
Ядро звезды обычно обеспечивает внешним слоям звезды поддержку, за счёт давления идущих в ядре интенсивных ядерных реакций. Но как только топливо такой звезды исчерпывается, а ядерные реакции прекращаются, внутренние слои звезды коллапсируют внутрь под действием гравитации, сжимая вещество звезды до необычайно высокой плотности.
В большинстве случаев этот катастрофический коллапс останавливается, когда ядро звезды конденсируется в твёрдую сферу из материи, богатую частицами, называемыми нейтронами. Это приводит к мощному взрыву, который разрушает звезду (порождая сверхновую) и оставляет после себя экзотический объект, известный как нейтронная звезда.
Но модели умирающих звезд показывают, что если первоначальная звезда достаточно массивна (в 40-50 раз больше по массе, чем Солнце), коллапс будет продолжаться, пока бывшая звезда не рванёт сверхновой и затем не превратится в гравитационную сингулярность — чёрную дыру.
Взрывные теории
В то время как звезды, коллапсирующие с образованием нейтронных звёзд, сейчас регулярно наблюдаются по всей Вселенной (обзоры сверхновых обнаруживают десятки новых каждую ночь), астрономы ещё не совсем уверены, что происходит во время коллапса в чёрную дыру. А ведь в этом безумно интересно разобраться!
Некоторые пессимистичные модели предполагают, что вся бывшая звезда будет поглощена сингулярностью без следа для окружающего пространства. Другие предполагают, что коллапс в чёрную дыру должен порождать некий другой взрыв.
Например, если звезда вращается во время коллапса, часть материала может быть сфокусирована в виде струй, которые покинут звезду с большой скоростью. Хотя сами эти струи не будут иметь большой массы, они породят ощутимый удар, если они врежутся во что-либо. Последствия такого столкновения могут быть весьма драматичными с точки зрения высвобождаемой энергии (а значит, и заметными для телескопов).
До сих пор лучшим кандидатом на взрыв, который порождается рождением чёрной дыры (простите за тавтологию) было странное явление, известное как длительные гамма-всплески.
Ранее было высказано предположение, что эти события, впервые обнаруженные в 1960-х годах военными спутниками, являются результатом удара джетов, разгоняемых до умопомрачительных скоростей новообразованными чёрными дырами в коллапсирующих звёздах.
Однако давняя проблема с этим сценарием заключается в том, что гамма-всплески также выбрасывают большое количество радиоактивных обломков, которые продолжают "сиять" месяцами. Это говорит о том, что большая часть звезды взорвалась в космос (как в обычной сверхновой), а не схлопнулась внутрь в чёрную дыру.
Хотя это само по себе не означает, что в результате такого взрыва не могла образоваться чёрная дыра, некоторые учёные пришли к выводу, что другие модели дают более естественное объяснение длительным гамма-всплескам, чем образование черной дыры. Например, при таком взрыве могла бы образоваться сверхнамагниченная нейтронная звезда, производящая собственные мощные джеты.
Тайна раскрыта?
Перли и коллеги недавно обнаружили новое и, на взгляд учёных, гораздо более подходящее событие-кандидат на создание чёрной дыры.
В двух отдельных случаях за последние три года — один раз в 2019 году и один раз в 2021 году — астрономы стали свидетелями исключительно быстрого, почти мимолетного, взрыва, который, как и гамма-всплески, был порождён (как установило моделирование) столкновением небольшого количества очень быстро движущегося материала с газом в ближайшем окружении.
Используя спектроскопию — метод, который позволяет разложить излучение на составляющие (разные длины волн) — учёные могут сделать вывод о составе звезды, взорвавшейся в ходе каждого из наблюдаемых событий.
Так Перли и коллеги обнаружили, что спектр наблюдаемых взрывов очень похож на так называемые "звёзды Вольфа-Райе" — очень массивные и быстро эволюционировавшие звезды, названные так в честь двух астрономов, Чарльза Вольфа и Жоржа Райе, которые впервые их обнаружили.
Учёные также исключили "обычный" взрыв сверхновой. Как только столкновение между быстрым веществом и его окружением прекратилось, источник практически исчез, а не светился долгое время. Это именно то, чего можно было бы ожидать, если бы во время коллапса ядро звезда выбросило лишь небольшое количество материала, а остальная часть объекта рухнула бы в чёрную дыру.
Астрономы при этом оговариваются, что у них есть и иное объяснение наблюдаемой картины: всё ещё возможно, что в 2019 и 2021 году мы наблюдали взрыв сверхновой. Однако в ходе него образовалась огромная оболочка из пыли, скрывающая радиоактивные осколки из виду. Также возможно, что мы наблюдали взрыв нового и незнакомого нам типа звезды (да-да, такое ещё возможно в нашем мире).
Чтобы ответить на все возникшие вопросы, учёным нужно будет провести больше исследований и попытаться найти больше подобных объектов.
До сих пор такие виды взрывов было трудно изучать, потому что они мимолетны и их трудно обнаружить. Перли и его коллегам для выстраивания своих выводов пришлось использовать сразу несколько крупнейших обсерваторий мира, чтобы охарактеризовать наблюдаемые взрывы: комплекс Цвикки, чтобы обнаружить их, Ливерпульский телескоп и Северный оптический телескоп, чтобы подтвердить их природу, а также крупные обсерватории с высоким разрешением (космический телескоп "Хаббл", обсерватория Джемини, а ещё "Очень Большой Телескоп") для анализа состава.
Хотя изначально Перли и коллеги не знали точно, что же они на самом деле увидели, теперь у них есть чёткая гипотеза: рождение чёрной дыры. И они намерены продолжить её проверку всеми доступными способами.
В любом случае, кажется, это десятилетие принесёт нам очень многие разгадки тайной жизни чёрных дыр.
Результаты исследования были опубликованы в двух статьях в журналах Nature и Astrophysical Journal.
Мы пишем о самых выдающихся достижениях науки, суперсовременных технологиях и их внедрении в нашу жизнь, рассказываем о том, каким будет будущее человечества.
Если вам нравятся наши новости, подписывайтесь на наш канал и не забывайте ставить лайки. Эти нехитрые действия помогают нам в развитии и сборе средств для финансирования проекта.
Также наши сообщества есть в Telegram, twitter, ВК, Facebook, "Одноклассниках". Приходите, если вы бываете там чаще, чем на Дзене.