Побачити чорну діру і не померти
На цьому тижні починається великий радіоастрономічний проект - Event Horizon Telescope. Вчені спробують в подробицях розгледіти сверхмассивную чорну діру в центрі нашої Галактики. Згадуємо з такої нагоди, що ми знаємо про ці загадкові об'єкти.
Чорна діра - це область простору, яка володіє таким тяжінням, що навіть світло не може її покинути. Ідея існування таких об'єктів з'явилася ще в кінці XVIII століття, коли англійський натураліст Джон Мітчелл припустив, що якщо розміри зірки будуть дуже маленькими, а маса - дуже великий, то вона не буде світити, бо її тяжіння просто не дасть світла вирватися (Мітчелл представляв собі світло складається з частинок).
У сучасній науці існування чорних дір передбачає теорія відносності. Гравітацію в Відповідно до цієї теорії наочно пояснюють так: уявімо собі тканину, а краще лист гуми, на який кладуть камені. Камені продавлюють його сильнішим чи слабшим в залежності від своєї ваги, а більш легкі котяться туди, де важчі продавили яму глибше. Тому планети «притягують» супутники, Сонце «притягує» планети і так далі.
Зображення: Mopic / Фотодом / Shutterstock
Остерігайтеся чорних дір і водоспадів
Використовуючи цю метафору, Стівен Хокінг пояснює чорні діри так: уявімо, що ми кладемо на гуму дуже важкий і компактний камінь, він продавлює в ній бездонну яму, в яку речовину падає безповоротно.
Кордон чорної діри називається горизонтом подій, за цим горизонтом швидкість, з якою потрібно рухатися, щоб вирватися з чорної діри, повинна перевищувати швидкість світла - завдання неможлива. Уявити це собі можна як падіння на човні в водоспад: чим ближче до водоспаду, тим сильніше потрібно гребти, щоб не затягнуло, але з якогось моменту як не старайся - вирватися вже не вийде, ви падаєте, але в разі чорної діри на дні вас чекають не гостре каміння, а загадкова сингулярність.
В області сингулярності щільність матерії стає нескінченною. Кажуть. може навіть утворитися тунель в іншу Всесвіт. Але це все чутки, а що там насправді відбувається - ніхто не знає.
Фантазія на тему тунелю в просторі. Зображення: ktsdesign / Фотодом / Shutterstock
Все це звучить дивно і загадково, але в тому, що чорні діри існують, астрофізики не сумніваються. наприклад, довгоочікуване відкриття гравітаційних хвиль. породжених зіткненням двох чорних дір, - вагоме підтвердження їх існування.
Звідки беруться чорні діри
Чорні діри зоряних мас утворюються із зірок масою в 3-5 разів більше сонячної (тому наше Сонце чорною дірою не стане, воно перетворитися на білого карлика через мільярди років). «Паливо» для термоядерних реакцій в зірках не безкінечна, і, коли воно закінчується, зірка «схлопивается» і спалахує наднової.
А ось звідки беруться надмасивні чорні діри, невідомо. На цей рахунок є тільки припущення, такі як схлопування масивних хмар газу на ранніх стадіях освіти галактик, розростання чорних дір зоряної маси за рахунок поглинання матерії або злиття безлічі таких дірок в одну сверхмассивную. Нестачі в припущеннях немає, а ось зі спостереженнями справа йде складніше.
Як побачити чорну діру
Побачити саму чорну діру не можна, на що натякає її назву, а ось падаюче в неї речовина - можна. У центрах багатьох галактик знаходяться чорні діри масою в мільйони більше сонячної. Вони притягують пил, газ і зірки. З цієї речовини навколо чорної діри утворюється аккреційний диск. У ньому матерія закручується, як у воронці, перед тим як впасти в чорну діру, і через тертя розігрівається, завдяки чому починає яскраво світитися в усьому спектрі. При падінні ж матерії в чорну діру тиск випромінювання і вплив магнітного поля на кордоні чорний діри відкидають частина речовини далеко від неї.
Надмасивна чорна діра в центрі нашої Галактики називається Стрілець A *. Словосполучення «наша Галактика» звучить якось по-домашньому, ніби до центру її рукою подати, але насправді чорна діра знаходиться від нас в 25 тисячах світлових років, маса її - в 4 мільйони разів більше сонячної.
Розглядати її на такій відстані дуже складно - все одно що намагатися побачити тенісний м'ячик на Місяці, і необхідна для цього гострота «зору» доступна лише радіотелескоп завдяки прийому радіоінтерфереометріі. який дозволяє об'єднати телескопи в різних куточках земної кулі в один величезний віртуальний телескоп. Так, проект Event Horizon Telescope об'єднає спостереження телескопів в США, Іспанії, Мексиці, Чилі і навіть в Антарктиді.
Другий об'єкт для спостереження - чорна діра в центрі галактики M 87 Вона приблизно в 6 мільйонів разів масивніше Сонця, а й перебуває істотно далі - в 53 мільйонах світлових років від нас.
На що схожа чорна діра
Правильність цієї картинки в тому, що аккреційний диск за чорною дірою виглядає не як кільця у Сатурна, а визирає з-за чорної діри, тому що її сильне гравітаційне поле спотворює шлях, який проходить випромінювання аккреционного диска. Втім, є і відмінність від «Інтерстеллар»: з одного боку аккреційний диск через його обертання повинен виглядати яскравіше.
В результаті зображення повинно вийти схожим на картинку, яку астрофізик Жан-П'єр ЛЮМІНА (Jean-Pierre Luminet) змоделював в 1978-му ще на комп'ютері IBM 7040. працював на перфокартах, і намалював від руки для статті в журналі Astronomy and Astrophysics.
Малюнок ЛЮМІНА. Джерело: Luminet, J.-P. Image of a spherical black hole with thin accretion disk