Чорні діри — це гігантські викривлення в просторі та часі, непроглядна природа яких робить їх таємничими. Проте вчені продовжують вдосконалювати своє розуміння цих об’єктів у глибокому космосі. За останній рік астрономи отримали нові відомості про чорні діри по всьому Всесвіту. Ось список із 15 випадків, коли чорні діри дивували нас у 2022 році.
1. Стрілець А*: перше фото чорної діри «Чумацького шляху»
У 2022 році вчені зробили першу фотографію Стрільця A*, гігантської чорної діри в центрі Чумацького Шляху. Телескоп Event Horizon зафіксував зображення у світлі субміліметрових радіохвиль, випромінюваних гарячим газом, що обертається навколо краю чорної діри.
«Досі у нас не було прямого зображення, яке б підтвердило, що цей ніжний гігант у центрі нашої галактики є чорною дірою», — сказав Феріал Озел, астрофізик з Університету Арізони, під час прес-конференції Національного наукового фонду в Може. «На ньому видно яскраве кільце, що оточує темряву, і помітний знак тіні чорної діри». Зробити фотографію Стрільця A* виявилося складніше, оскільки газ і пил у 27000 світлових років між Землею та Стрільцем A* можуть розсіювати субміліметрові хвилі та розмивати зображення.
2. Чорна діра розриває зірку на шматки
Колись невідома чорна діра розповіла про своє існування астрономам, коли вона розрізала та поглинула зірку, яка дрейфувала надто близько до неї. Серйозний зрив стався через чорну діру середньої маси приблизно від 100 000 до 1 мільйона мас Сонця, яка розташована в карликовій галактиці SDSS J152120.07+140410.5 приблизно за 850 мільйонів світлових років від Землі. Саме цей катаклізм, подія, яка називається подією приливної руйнації (Tidal Disruption Event, TDE), який позначили як AT 2020neh, став видимим, коли стався такий потужний спалах, що на короткий час затьмарив усі зірки в його галактиці разом узяті.
Раніше астрономи використовували TDE для вимірювання маси надмасивних чорних дір розміром від мільйонів до мільярдів мас Сонця. Однак AT 2020neh — це перший випадок, коли руйнація зірки допомогла проаналізувати маси менших чорних дір середнього розміру середньої маси.
3. Найближча чорна діра до Землі
У листопаді вчені оголосили про нову чорну діру, яка зараз є рекордсменом у найближчій відстані до Землі. Gaia BH1, яка приблизно в 10 разів масивніша за наше Сонце, ховається всього за 1560 світлових років від нашої планети, приблизно вдвічі ближче, ніж попередній виявлений рекордсмен.
Gaia BH1 знаходиться в подвійній системі, іншим членом якої є сонцеподібна зірка. Ця зірка знаходиться приблизно так само далеко від чорної діри-супутниці, як Земля від Сонця, що робить Gaia BH1 особливою.
4. Найшвидше зростаюча чорна діра «з'їдає» одну Землю за секунду
Астрономи виявили найшвидше зростаючу чорну діру з усіх, що коли-небудь бачили, яка поглинає еквівалент однієї Землі за секунду. Здається, це найшвидше зростаюча чорна діра за останні 9 мільярдів років. Наразі маса цього «бегемота» в 3 мільярди разів перевищує масу Сонця, що робить його в 500 разів більшим за Стрілець A*, надмасивну чорну діру в центрі Чумацького Шляху.
«Можливо, дві великі галактики врізалися одна в одну, направляючи багато матеріалу в чорну діру, щоб живити її», — заявив провідний дослідник Крістофер Онкен, науковий співробітник Дослідницької школи астрономії та астрофізики Австралійського національного університету (ANU).
5. Чорна діра-ізгой
У лютому астрономи виявили ізольовану чорну діру масою приблизно як зірка. За допомогою космічного телескопа NASA Hubble вчені виявили об’єкт на відстані приблизно 5150 світлових років від Землі, у напрямку опуклості в центрі Чумацького Шляху.
Раніше всі виявлені на сьогоднішній день чорні діри зоряної маси існували в подвійних системах із супутниками, такими як нейтронні зірки. Однак більшість чорних дір із зоряною масою Чумацького Шляху мають бути одиночними. Дослідники підрахували, що новознайдена ізольована чорна діра приблизно в 7,1 разів перевищує масу Сонця та рухалася зі швидкістю приблизно 100 000 миль/год (162 000 км/год). Це свідчить про те, що ця чорна діра, можливо, була виштовхута вибухом наднової зірки, який її породив.
6. Наддалека чорна діра викидає залишки на Землю
У листопаді астрономи виявили найвіддаленіший відомий приклад чорної діри, яка розриває зірку, завдяки струміню зіркових «залишків», який вона викинула прямо на Землю.
Ця подія, що отримала назву AT2022cmc, сталася на відстані приблизно 8,5 мільярдів світлових років, і її світло почало свою подорож, коли Всесвіт віком 13,8 мільярдів років становив лише одну третину свого поточного віку. Дослідники підрахували, що чорна діра щороку поглинає приблизно половину маси Сонця. Приблизно в 1% цих випадків насильницького руйнування, відомих як події приливної руйнації (TDE), чорна діра викидає струмені плазми та радіації зі своїх полюсів.
«Ми бачили лише кілька цих TDE, і вони залишаються дуже екзотичними та погано вивченими явищами», — сказав Ніал Танвір, астроном з Університету Лестера у Великобританії та співавтор нового дослідження, у заяві від Європейської південної обсерваторії (ESO), яка керує деякими телескопами, що використовуються в дослідженнях. «Тому астрономи постійно шукають ці екстремальні явища, щоб зрозуміти, як насправді створюються струмені і чому така невелика частка TDE створює їх».
7. Чорна діра «відригує» «спагеттифіковану» зірку
У 2022 році тис
Через кілька років після того, як чорна діра поглинула зірку, було помічено, як вона виштовхує з себе останки.
Коли такі об’єкти, як зірки, наближаються надто близько до чорної діри, її потужне гравітаційне поле може розтягувати їх в одному напрямку, здавлюючи в іншому напрямку, таким чином «спагеттизуючи» їх. Коли ця «спагетизована» речовина падає на чорну діру, вона нагрівається, створюючи спалах світла, який астрономи можуть помітити на відстані мільйонів світлових років. Однак чорні діри пожирають усе і час від часу викидають частину цього матеріалу назад у космос.
У жовтні 2018 року астрономи виявили чорну діру, розташовану в галактиці на відстані 665 мільйонів світлових років від Землі, яка розриває зірку приблизно в одну десяту маси Сонця. Через три роки було виявлено, що чорна діра викидає матеріал із свого останнього «прийому їжі».
8. Синтетична чорна діра доводить правоту Стівена Гокінга
У листопаді вчені оголосили, що лабораторне моделювання чорної діри свідчить про те, що одна з найвідоміших ідей Стівена Гокінга може бути правильною.
Квантова фізика виявила, що порожнього вакууму не існує. Натомість простір, по суті, кишить вібраціями, які, якщо їх зарядити достатньою енергією, можуть розриватися на пари частинок та їхніх античастинок, які майже одразу анігілюють одна одну, виробляючи світло. У 1974 році Стівен Гокінг передбачив, що екстремальні гравітаційні поля навколо горизонтів подій або гирла чорних дір призведуть таким чином до існування фотонів.
Дослідники експериментально змоделювали чорну діру, використовуючи однофайловий ланцюжок атомів. Коли вони відрегулювали легкість, з якою електрони могли стрибати від одного атома до наступного в лінії так, щоб частина ланцюга потрапляла за змодельований горизонт подій, вони виявили сплеск температури в ланцюжку, результат, який імітував «випромінювання Хокінга».
Фізики продовжують цікавитися прогнозом Хокінга, оскільки він стоїть на перетині двох грандіозних, але наразі непримиренних теорій фізики: загальної теорії відносності Ейнштейна, яка описує космос у його найбільших масштабах, і квантової механіки, яка описує дивну поведінку його найменших частинок.
9. Чорні діри мають квантові властивості
Цієї осені вчені оголосили, що чорні діри можуть мати нечіткі квантові властивості, які вказують на те, що вони можуть бути водночас маленькими та великими, важкими та легкими або мертвими та живими, як легендарний кіт Шредінгера.
Квантова фізика припускає, що Всесвіт може стати сюрреалістичним місцем у своїх найдрібніших масштабах з об’єктами, здатними до суперпозиції, здатності існувати в кількох станах одночасно, наприклад, обертатися в двох протилежних напрямках одночасно.
Вчені розробили комп’ютерну модель, яка розмістила змодельовану квантову частинку біля гігантської змодельованої чорної діри. Моделювання показало, що чорна діра показала докази суперпозиції, здатної бути масивною і не масивною одночасно.
«Ми хотіли побачити, чи можуть [чорні діри] мати надзвичайно різні маси одночасно, і виявилося, що вони це можуть», — сказав у заяві провідний автор дослідження Джошуа Фу, доктор філософії з теоретичної фізики в Університеті Квінсленда. «Досі ми не досліджували глибоко, чи чорні діри демонструють дивовижну та чудову поведінку квантової фізики».
10. Попередня найближча чорна діра не існує
У березні астрономи виявили, що те, що колись вважалося найближчою до Землі чорною дірою, насправді не існує.
У 2020 році астрономи виявили докази того, що HR 6819, розташована всього за 1000 світлових років від Землі, була потрійною системою: одна зірка близько обертається навколо чорної діри, а інша — на широкій орбіті. Однак інші вчені заперечили ці висновки та успішно спростували його існування цього року.
Використовуючи Дуже Великий Телескоп (VLT) і Дуже Великий Телескоп Інтерферометр (VLTI) ESO для своїх досліджень — два потужні інструменти, розташовані в Чилі, які можуть створювати більш детальні зображення HR 6819 — вони виявили, що система має лише дві зірки на вузькій орбіті, без чорної діри. Одна зірка позбавляється маси іншої, це явище іноді називають «зоряним вампіризмом».
11. Гігантська чорна діра, знайдена студентами, з'їла зірку у 1980-х роках
За допомогою стажерів середньої школи астрономи виявили докази того, що надмасивна чорна діра поглинула зірку у 1980-х роках. Хоча вчені приблизно 100 разів виявляли, що чорні діри захоплюються сусідніми зірками, дуже мало з цих спостережень покладаються на радіоспостереження, як подія 1980-х років.
Проаналізувавши архівні спостереження за 1986 і 1987 роками, вони виявили, що об’єкт, який отримав назву J1533+2727, тепер у 500 разів тьмяніший, ніж він був раніше. Подія, ймовірно, була спричинена надмасивною чорною дірою на відстані 500 мільйонів світлових років від Землі, яка розчавила зірку — так звану подію приливної руйнації (TDE) — і «виплюнула» радіоструміння.
Наразі жодна із радіозв’язаних TDE, помічених на сьогоднішній день, «не була знайдена у типі галактик, найбільш популярних для TDE», – заявила Ханна Дікаар, аспірант кафедри астрономії та астрофізики Університету Торонто та співавтор статті з новим дослідженням. «Знаходження більшої кількості цих радіо TDE може допомогти нам просвітити поточні таємниці про те, в яких типах галактик вони зустрічаються і скільки їх у Всесвіті».
12. Виявлено чорну діру «голка в стогу сіна»
У липні астрономи підтвердили першу відому сплячу чорну діру зоряної маси, помічену за межами Чумацького Шляху.
Сплячі чорні діри важко виявити, тому що такі діри, як випливає з їх назви, зазвичай абсолютно чорні. Через це їх складно побачити на темному тлі космосу, якщо вони активно не поглинають матеріал, який може випромінювати світло та показувати розташування чорної діри.
Ретельно дослідивши дані за шість років, зібрані Дуже Великим Телескопом (VLT), астрономи помітили чорну діру, яка містить масу приблизно в дев’ять разів більшу за масу Сонця в туманності Тарантул, сусідньої з нашою галактики області зореутворення у Великій Магеллановій Хмарі. Чорна діра обертається навколо величезної блакитної зірки з масою, еквівалентною 25 сонцям; дует складає двійкову систему, яка отримала назву VFTS 243.
Незважаючи на те, що передбачається існування мільярдів сплячих чорних дір майже в кожній галактиці, це перше однозначне виявлення сплячої чорної діри зіркової маси за межами Чумацького Шляху. «Ми ідентифікували голку в стогу сіна», — сказав Томер Шенар, астрофізик з Амстердамського університету в Нідерландах і провідний автор нового дослідження.
13. Перша фотографія чорної діри перетворюється
У серпні перше в історії зображення чорної діри, гіганта в центрі галактики Messier 87 (M87), було «перероблено», щоб показати сили, які діють навколо цього «бегемота».
Зображення чорної діри, яка розташована на відстані 55 мільйонів світлових років від Землі та має масу, що дорівнює приблизно 6,5 мільярдам сонць, було зроблено телескопом Event Horizon і опубліковано в 2019 році.
Хоча оригінальне зображення дуже нагадувало теоретичні моделі того, як повинні виглядати надмасивні чорні діри та їхнє найближче оточення, астрономи спочатку не бачили передбачуваного артефакту гравітаційного впливу чорної діри, тонкого яскравого кола, яке називається фотонним кільцем. Вчені зробили перше зображення та видалили різні елементи зображення, щоб побачити фотони, які розлітаються навколо потужного гравітаційного впливу чорної діри.
«Ми вимкнули прожектор, щоб побачити світлячків», — сказав Евері Бродерік, астрофізик з Інституту Периметра та Університету Ватерлоо в Канаді та провідний дослідник проекту. «Ми змогли зробити щось важливе — визначити фундаментальну ознаку гравітації навколо чорної діри».
14. Рекордне виверження чорної діри
На зображенні зафіксувано радіовипромінювання матеріалу, який чорна діра, монстр з масою 55 мільйонів сонць, викидав майже зі швидкістю світла. Результат — гігантські частки плазми, що поширюються на більш ніж мільйон світлових років від центру рідної галактики чорної діри, Центавр А, приблизно за 12 мільйонів світлових років від Землі. Це виверження могло охопити 16 повних місяців на небі.
«Попередні радіоспостереження не могли впоратися з надзвичайною яскравістю струменів, і деталі більшої області навколо галактики були спотворені, але наше нове зображення долає ці обмеження», — Бенджамін Мак-Кінлі, астроном з Університету Кертіна в Австралії та провідний автор нового дослідження. дослідження, що описує виверження, йдеться в заяві.
15. 40 квінтільйонів чорних дір у Всесвіті?
У січні астрономи оголосили, що може існувати 40 квінтильйонів чорних дір, кожна з яких має масу зірки, що загалом становить 1% нормальної матерії Всесвіту. Це 40 000 000 000 000 000 000.
Аналізуючи еволюцію зірок у Всесвіті, дослідники оцінили, як часто зірки, самостійно або об’єднані в подвійні системи, перетворюються на чорні діри із зоряною масою — маси яких у 5-10 разів перевищують масу Сонця. «Це один з перших і один з найнадійніших розрахунків ab initio [основних] функцій маси чорної діри в космічній історії», — повідомляє перший автор дослідження Алекс Сіцілія, астрофізик з Міжнародної школи Прогресивні дослідження (SISSA) в Трієсті, Італія.
