Черные дыры – это гигантские искажения в пространстве и времени, непроглядная природа которых делает их таинственными. Тем не менее, ученые продолжают совершенствовать свое понимание этих объектов в глубоком космосе. За последний год астрономы получили новые сведения о черных дырах по всей Вселенной. Вот список из 15 случаев, когда черные дыры удивляли нас в 2022 году.
1. Стрелец А*: первое фото черной дыры «Млечного пути»
В 2022 году ученые сделали первую фотографию Стрельца A*, гигантской черной дыры в центре Млечного Пути. Телескоп Event Horizon запечатлел изображение в свете субмиллиметровых радиоволн, излучаемых горячим газом, вращающимся вокруг края черной дыры.
«До сих пор у нас не было прямого изображения, которое бы подтвердило, что этот нежный гигант в центре нашей галактики является черной дырой», — сказал Ферриал Озел, астрофизик из Аризонского Университета, во время пресс-конференции Национального научного фонда в Может. «На нем видно яркое кольцо, окружающее тьму, и заметен знак тени черной дыры». Сделать фотографию Стрельца A* оказалось сложнее, поскольку газ и пыль в 27000 световых лет между Землей и Стрельцем A* могут рассеивать субмиллиметровые волны и размывать изображения.
2. Черная дыра разрывает звезду на куски
Когда-то неизвестная черная дыра рассказала о своем существовании астрономам, когда она разрезала и поглотила звезду, которая дрейфовала слишком близко к ней. Серьезный срыв произошел из-за черной дыры средней массы примерно от 100 000 до 1 миллиона масс Солнца, расположенной в карликовой галактике SDSS J152120.07+140410.5 примерно в 850 миллионах световых лет от Земли. Именно этот катаклизм, событие, которое называется событием приливного разрушения (Tidal Disruption Event, TDE), который обозначили как AT 2020neh, стал видимым, когда произошла такая мощная вспышка, что на короткое время затмила все звезды в его галактике вместе взятые.
Ранее астрономы использовали TDE для измерения массы сверхмассивных черных дыр в размере от миллионов до миллиардов масс Солнца. Однако AT 2020neh – это первый случай, когда разрушение звезды помогло проанализировать массы меньших черных дыр среднего размера средней массы.
3. Ближайшая черная дыра к Земле
В ноябре ученые объявили о новой черной дыре, которая сейчас является рекордсменом в ближайшем расстоянии до Земли. Gaia BH1, которая примерно в 10 раз массивнее нашего Солнца, скрывается всего в 1560 световых годах от нашей планеты, примерно вдвое ближе, чем предыдущий обнаруженный рекордсмен.
Gaia BH1 находится в двойной системе, другим членом которой является солнцевидная звезда. Эта звезда находится примерно так же далеко от черной дыры-спутницы, как Земля от Солнца, что делает Gaia BH1 особенной.
4. Быстрее всего растущая черная дыра «съедает» одну Землю в секунду
Астрономы обнаружили быстрее растущую черную дыру из всех когда-либо видевших поглощающую эквивалент одной Земли в секунду. Кажется, это быстрее всего растущая черная дыра за последние 9 миллиардов лет. Сейчас масса этого «бегемота» в 3 миллиарда раз превышает массу Солнца, что делает его в 500 раз больше Стрелец A*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.
«Может быть, две большие галактики врезались друг в друга, направляя много материала в черную дыру, чтобы питать ее», — заявил ведущий исследователь Кристофер Онкен, научный сотрудник Исследовательской школы астрономии и астрофизики Австралийского национального университета (ANU).
5. Черная дыра-изгой
В феврале астрономы обнаружили изолированную черную дыру массой примерно как звезда. С помощью космического телескопа NASA Hubble ученые обнаружили объект на расстоянии примерно 5150 световых лет от Земли в направлении выпуклости в центре Млечного Пути.
Ранее все обнаруженные на сегодняшний день черные дыры звездной массы существовали в двойных системах со спутниками, такими как нейтронные звезды. Однако большинство черных дыр со звездной массой Млечного Пути должны быть одиночными. Исследователи подсчитали, что новая изолированная черная дыра примерно в 7,1 раз превышает массу Солнца и двигалась со скоростью примерно 100 000 миль/час (162 000 км/ч). Это свидетельствует о том, что эта черная дыра, возможно, была вытолкнута взрывом сверхновой звезды, породившей ее.
6. Сверхдалекая черная дыра выбрасывает остатки на Землю
В ноябре астрономы обнаружили самый отдаленный известный пример черной дыры, которая разрывает звезду, благодаря струе звездных «остатков», которую она выбросила прямо на Землю.
Это событие, получившее название AT2022cmc, произошло на расстоянии примерно 8,5 миллиардов световых лет, и его свет начал свое путешествие, когда Вселенная в возрасте 13,8 миллиарда лет составляла лишь одну треть своего текущего возраста. Исследователи подсчитали, что черная дыра каждый год поглощает примерно половину массы Солнца. Приблизительно в 1% этих случаев насильственного разрушения, известных как события приливного разрушения (TDE), черная дыра выбрасывает струи плазмы и радиации из своих полюсов.
«Мы видели лишь несколько этих TDE, и они остаются очень экзотическими и плохо изученными явлениями», — сказал Ниал Танвир, астроном из Университета Лестера в Великобритании и соавтор нового исследования, в заявлении от Европейской южной обсерватории (ESO), управляющей некоторыми телескопами, используемыми в исследованиях. Поэтому астрономы постоянно ищут эти экстремальные явления, чтобы понять, как на самом деле создаются струи и почему такая небольшая доля TDE создает их.
7. Черная дыра «отрыгивает» «спагеттифицированную» звезду
Через несколько лет после того, как черная дыра поглотила звезду, было замечено, как она выталкивает из себя останки.
Когда такие объекты как звезды приближаются слишком близко к черной дыре, ее мощное гравитационное поле может растягивать их в одном направлении, сдавливая в другом направлении, таким образом «спагеттизируя» их. Когда это «спагетизированное» вещество падает на черную дыру, оно нагревается, создавая вспышку света, которую астрономы могут заметить на расстоянии миллионов световых лет. Однако черные дыры пожирают все и время от времени выбрасывают часть этого материала обратно в космос.
В октябре 2018 года астрономы обнаружили черную дыру, расположенную в галактике в 665 миллионах световых лет от Земли, которая разрывает звезду примерно в одну десятую массы Солнца. Через три года было обнаружено, что черная дыра выбрасывает материал из своего последнего «приема пищи».
8. Синтетическая черная дыра доказывает правоту Стивена Хокинга
В ноябре ученые объявили, что лабораторное моделирование черной дыры свидетельствует о том, что одна из самых известных идей Стивена Хокинга может быть правильной.
Квантовая физика обнаружила, что пустого вакуума не существует. Пространство, по сути, кишит вибрациями, которые, если их зарядить достаточной энергией, могут разрываться на пары частиц и их античастиц, которые почти сразу аннигилируют друг друга, производя свет. В 1974 году Стивен Гокинг предсказал, что экстремальные гравитационные поля вокруг горизонтов событий или устья черных дыр приведут таким образом к существованию фотонов.
Исследователи экспериментально смоделировали черную дыру, используя однофайловую цепочку атомов. Когда они отрегулировали легкость, с которой электроны могли прыгать от одного атома к следующему в линии так, чтобы часть цепи попадала за смоделированный горизонт событий, они обнаружили всплеск температуры в цепочке, имитирующий результат «излучения Хокинга».
Физики продолжают интересоваться прогнозом Хокинга, поскольку он стоит на пересечении двух грандиозных, но сейчас непримиримых теорий физики: общей теории относительности Эйнштейна, описывающей космос в его величайших масштабах, и квантовой механики, описывающей странное поведение его самых маленьких. >
9. Черные дыры обладают квантовыми свойствами
Этой осенью ученые объявили, что черные дыры могут обладать нечеткими квантовыми свойствами, указывающими на то, что они могут быть одновременно маленькими и большими, тяжелыми и легкими или мертвыми и живыми, как легендарный кот Шрёдингера.
Квантовая физика предполагает, что Вселенная может стать сюрреалистическим местом в своих мельчайших масштабах с объектами, способными к суперпозиции, способности существовать в нескольких состояниях одновременно, например, вращаться в двух противоположных направлениях одновременно.
Ученые разработали компьютерную модель, которая разместила смоделированную квантовую частицу возле гигантской смоделированной черной дыры. Моделирование показало, что черная дыра показала доказательства суперпозиции, способной быть массивной и не массивной одновременно.
«Мы хотели увидеть, могут ли [черные дыры] иметь чрезвычайно разные массы одновременно, и оказалось, что они это могут», — сказал в заявлении ведущий автор исследования Джошуа Фу, доктор философии по теоретической физике в Университете Квинсленда. «До сих пор мы не исследовали глубоко, демонстрируют ли черные дыры удивительное и замечательное поведение квантовой физики».
10. Предыдущая ближайшая черная дыра не существует
В марте астрономы обнаружили, что то, что когда-то считалось ближайшей к Земле черной дырой, на самом деле не существует.
В 2020 году астрономы обнаружили доказательства того, что HR 6819, расположенная всего в 1000 световых годах от Земли, была тройной системой: одна звезда близко вращается вокруг черной дыры, а другая — на широкой орбите. Однако другие ученые отрицали эти выводы и успешно опровергли его существование в этом году.
Используя Очень Большой Телескоп (VLT) и Очень Большой Телескоп Интерферометр (VLTI) ESO для своих исследований — два мощных инструмента, расположенных в Чили, которые могут создавать более подробные изображения HR 6819 — они обнаружили, что система имеет только две звезды на узкой орбите, без черной дыры. Одна звезда лишается массы другой, это явление иногда называют «звездным вампиризмом».
11. Гигантская черная дыра, найденная студентами, съела звезду в 1980-х годах
С помощью стажеров средней школы астрономы обнаружили доказательства того, что сверхмассивная черная дыра поглотила звезду в 1980-х годах. Хотя ученые примерно 100 раз обнаруживали, что черные дыры увлекаются соседними звездами, очень мало из этих наблюдений полагаются на радионаблюдение, как событие 1980-х годов.
Проанализировав архивные наблюдения за 1986 и 1987 годами, они обнаружили, что объект, получивший название J1533+2727, теперь в 500 раз тусклее, чем он был раньше. Событие, вероятно, было вызвано сверхмассивной черной дырой в 500 миллионах световых лет от Земли, которая раздавила звезду — так называемое событие приливного разрушения (TDE) — и «выплюнула» радиотоки.
Ни одна из радиосвязанных TDE, замеченных на сегодняшний день, «не была найдена в типе галактик, наиболее популярных для TDE», – заявила Ханна Дикаар, аспирант кафедры астрономии и астрофизики Университета Торонто и соавтор статьи с новым исследованием. «Нахождение большего количества этих радио TDE может помочь нам просветить текущие тайны о том, в каких типах галактик они встречаются и сколько их во Вселенной».
12. Обнаружена черная дыра «игла в стоге сена»
В июле астрономы подтвердили первую известную спящую черную дыру звездной массы, замеченную за пределами Млечного Пути.
Спящие черные дыры трудно обнаружить, потому что такие дыры, как следует из их названия, обычно абсолютно черны. Поэтому их сложно увидеть на темном фоне космоса, если они активно не поглощают материал, который может излучать свет и показывать расположение черной дыры.
Тщательно исследовав данные за шесть лет, собранные Очень Большим Телескопом (VLT), астрономы заметили черную дыру, содержащую массу примерно в девять раз больше массы Солнца в туманности Тарантул, соседней с нашей галактики области звездообразования в Большом Магеллановом Облаке . Черная дыра вращается вокруг огромной голубой звезды с массой, эквивалентной 25 солнцам; дуэт составляет двоичную систему, получившую название VFTS 243.
Несмотря на то, что предполагается существование миллиардов спящих черных дыр почти в каждой галактике, это первое однозначное обнаружение спящей черной дыры звездной массы за пределами Млечного Пути. "Мы идентифицировали иглу в стогу сена", - сказал Томер Шенар, астрофизик из Амстердамского университета в Нидерландах и ведущий автор нового исследования.
13. Первая фотография черной дыры превращается
В августе первое в истории изображение черной дыры, гиганта в центре галактики Messier 87 (M87), было «переработано», чтобы показать силы, действующие вокруг этого «бегемота».
Изображение черной дыры, расположенной в 55 миллионах световых лет от Земли и имеющей массу, равную примерно 6,5 миллиардам солнц, было сделано телескопом Event Horizon и опубликовано в 2019 году.
Хотя оригинальное изображение очень напоминало теоретические модели того, как должны выглядеть сверхмассивные черные дыры и их ближайшее окружение, астрономы сначала не видели предполагаемого артефакта гравитационного воздействия черной дыры, тонкого яркого круга, называемого фотонным кольцом. Ученые сделали первое изображение и удалили различные элементы изображения, чтобы увидеть фотоны, разлетающиеся вокруг мощного гравитационного воздействия черной дыры.
«Мы выключили прожектор, чтобы увидеть светлячков», — сказал Эвери Бродерик, астрофизик из Института Периметра и Университета Ватерлоо в Канаде и ведущий исследователь проекта. «Мы смогли сделать что-то важное – определить фундаментальный признак гравитации вокруг черной дыры».
14. Рекордное извержение черной дыры
На изображении зафиксировано радиоизлучение материала, который черная дыра, монстр с массой 55 миллионов солнц, выбрасывал почти со скоростью света. Результат — гигантские частицы плазмы, распространяющиеся на более миллиона световых лет от центра родной галактики черной дыры, Центавр А, примерно в 12 миллионах световых лет от Земли. Это извержение могло охватить полные 16 месяцев на небе.
«Предыдущие радионаблюдения не могли справиться с чрезвычайной яркостью струй, и детали большей области вокруг галактики были искажены, но наше новое изображение преодолевает эти ограничения», — Бенджамин Мак-Кинли, астроном из Университета Кертина в Австралии и ведущий автор нового исследования. исследование, описывающее извержение, говорится в заявлении.
15. 40 квинтильонов черных дыр во Вселенной?
Иллюстрация черной дыры и ее горизонта событий. (Изображение: Николас Фордер/Издательство Future)В январе астрономы объявили, что может существовать 40 квинтиллионов черных дыр, каждая из которых имеет массу звезды, что составляет в общей сложности 1% нормальной материи Вселенной. Это 40 000 000 000 000 000 000.
Анализируя эволюцию звезд во Вселенной, исследователи оценили, как часто звезды, самостоятельно или объединенные в двойные системы, превращаются в черные дыры со звездной массой – массы которых в 5-10 раз превышают массу Солнца. «Это одна из первых и одна из самых надежных расчетов ab initio [основных] функций массы черной дыры в космической истории», — сообщает первый автор исследования Алекс Сицилия, астрофизик из Международной школы Прогрессивные исследования (SISSA) в Триесте, Италия.
