Черные дыры все ближе и чернее

Наша Вселенная на 25 процентов состоит из так называемых черных дыр, которые являются самыми мистическими космическими объектами. Их влияния не может избежать ни излучение, ни любое вещество. "Правда.Ру" предлагает обзор последних научных открытий, посвященных черным дырам. Из него вы узнаете, почему ученых они до сих пор так интересуют.

Фото: Фото: AP

Ученым впервые представилась возможность наблюдать черную дыру визуально, проследить за ее рождением, определить, что первично — черная дыра или галактика, и даже опровергнуть теорию сингулярности Эйнштейна, согласно которой плотность вещества внутри черной дыры стремится к бесконечно малой величине.

1. В начале января 2011 года группе американских астрономов во главе с Карлом Гебхардтом из Техасского университета в Остине удалось открыть самую большую из ныне известных черных дыр. С массой, превышающей вес 6,6 миллиарда солнц, эта "космическая воронка" может стать первой, параметры которой можно будет оценить визуально. Феномен находится в галактике М87 в 50 миллионах световых лет от Земли и доступен для наблюдения даже любительскому телескопу.

Читайте также: Черная дыра — "рентген" космоса

Для того чтобы представить грандиозность этого монстра, достаточно сказать, что диаметр его горизонта событий (то есть границы, перейдя которую объект уже не избежит "ловушки") предположительно в три раза больше, чем орбита Плутона. "До сих пор нет прямых доказательств существования черных дыр — ноль, ни одного наблюдения", — объясняет Карл Гебхардт. Однако черная дыра в М87 настолько велика и находится настолько "близко", что, по его мнению, через несколько лет, объединив субмиллиметровые телескопы (пока их можно пересчитать по пальцам) планеты в единую сеть, ученые смогут наблюдать "тень" от горизонта событий в газовом диске, который окружает черную дыру. В исследовании использовались восьмиметровый телескоп Gemini North на Гавайских островах и телескоп Обсерватории McDonald Университета Техаса. Работа представлена Американским астрономическим обществом Сиэтла и опубликована в январе 2011 года в The Astrophysical Journal.

2. В конце 2010 года с помощью космического рентгеновского телескопа Чандра группа астрономов НАСА обнаружила в галактике М100, отстоящей от Земли также на расстояние 50 миллионов световых лет, черную дыру, которую можно назвать самой молодой из ныне известных. Открытие НАСА подтвердило Европейское космическое агентство на основании наблюдений из телескопа XMM-Newton. Этот феномен находится среди остатков материи сверхновой (1979С) и "питается" ими.

Фото: AP

С его открытием ученые получили возможность определить, как эволюционируют черные дыры и почему при взрыве массивных звезд (которые по массе минимум втрое превосходят Солнце) одни из них становятся нейтронными звездами, а другие — черными дырами. "Если наша интерпретация верна", говорит Дэниел Патнауде, автор исследования центра астрофизики Harvard-Smithsonian, то "мы наблюдаем рождение черной дыры". Ученые полагают, что она сформировалась после взрыва звезды с массой в 21 раз большей, чем у Солнца.

Многие черные дыры обнаруживаются по всплеску гамма- излучения. Данная черная дыра принадлежит к другому типу, а именно когда ядро очень массивной звезды, как говорят астрофизики, "обрушивается само на себя" без гамма-излучения. Это первый случай наблюдения, как считают ученые, наиболее распространенной формы рождения черных дыр. Однако вывод требует нескольких десятилетий непрерывного наблюдения в диапазоне рентгеновских лучей.

3. Черная дыра рождает галактику или галактика — черную дыру? Вопрос неоднозначный. На него попытались ответить сотрудники Виргинского университета и Национальной радиоастрономической обсерватории (США). В небольшой (1/10 массы нашей галактики Млечный путь) молодой галактике Henize 2-10, удаленной от Земли примерно на 30 миллионов световых лет, ученые обнаружили массивную черную дыру,которая исследовалась с помощью того же телескопа Чандра. Ранее считалось, что между массой черных дыр и массой центральной области ("балджа") галактик существует прямое соотношение. Однако данный случай нарушает эту корреляцию и подвергает сомнению теорию о первичности галактик и вторичности черных дыр.

По словам руководителя проекта Эми Рейнс, "обнаруженная молодая карликовая галактика совсем не имеет балджа, но имеет сверхмассивную черную дыру. Это сильный аргумент в пользу мнения о том, что черные дыры формируются первыми, еще до появления балджа". Рейнс, однако, подчеркивает, что ее гипотеза нуждается в подтверждении. Результаты наблюдений астрофизик презентовала на ежегодном собрании Американского астрономического общества в Сиэтле, и они будут опубликованы в Nature.

4. Однако самое невероятное предположение последнего времени сделал Никодим Поплавский из Университета Индианы. Он пришел к выводу, что "огромные черные дыры в центре Млечного пути и других галактик являются "мостами" между различными вселенными" и что мы живем в одной из черных дыр. Его теория была опубликована в Physics Letters и подхвачена New Scientist в июне 2010 года.

Фото: AP

Согласно теории относительности Эйнштейна, внутри каждой черной дыры существует "сингулярность", то есть плотность вещества там достигает бесконечности. Огромная сила гравитации этого ультраплотного вещества такова, что даже свет не может вырваться, поэтому для нас эти объекты черные, непроницаемые. Так как объект оценивается косвенно, физика не совсем ясно представляет, что есть сингулярность — объем, равный объему атома, или "там все же что-то есть".

Тогда надо предположить, что математические уравнения Эйнштейна, описывающие явление, неверны. Это и сделал Поплавский. Для анализа он использовал уравнение Картана-Кибл-Сциама (ККС) теории гравитации. ККС учитывает спин — момент импульса элементарных частиц, который физики образно называют "кручением". Предполагается, что, когда плотность вещества достигает гигантских размеров (больше чем 1050 килограмм на кубический метр), кручение проявляется как сила, эквивалентная гравитации. Материя не сжимается до бесконечности внутри черной дыры, а реорганизуется и начинается расширяться.

Сценарий напоминает то, что происходит, когда вы сжимаете пружину. Первоначально сила гравитации преодолевает силы отталкивания и кручения и сохраняет сжатие материи, но в конечном итоге сила отталкивания становится настолько мощной, что материя перестает сжиматься и расширяется. Согласно Поплавскому, мироздание — это лишь череда черных дыр и мы живем внутри одной из них. И для того чтобы доказать это, надо измерить предпочтительное направление нашей собственной Вселенной. Черная дыра в кручении, по сути, передает часть своего спина пространству-времени внутри себя, что ведет к нарушению симметрии, которая объединяет пространство и время.

Поплавский предполагает, что в нашей Вселенной существуют следы такого нарушения. Это то, как нейтрино осциллирует между материей и антиматерией, в результате чего последняя почти отсутствует. Напоминаем, что нейтринные осцилляции — это процесс превращения элементарной частицы нейтрино одного сорта (например, электронного, то есть образующегося при β-распаде вместе с электроном) в нейтрино другого сорта (поколения) или же в антинейтрино. Экспериментально было показано, что при осцилляции из нейтрино почти всегда образуются частицы и очень редко — античастицы.

Читайте также: Гроза может создавать антимиры

И вот, с точки зрения Поплавского, это происходит оттого, что наша Вселенная на самом деле находится внутри черной дыры. Однако пока это лишь теоретические выкладки. Тем не менее, возможно, в ближайшее время ученому удастся доказать их экспериментально…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"