Черные дыры. Восемь научных подтверждений, что они действительно существуют

Черные дыры представляют собой загадочный, но очень интересный объект для изучения. Кажется, что они нарушают все законы известной нам физики, а потому многие не верят в их существование. Тем не менее, существует много доказательств, как прямых, так и косвенных, того, что они действительно существуют во Вселенной, сообщает Live Science

Предсказание Эйнштейна

О том, что черные дыры существуют заявил в 1916 году Карло Шварцшильд, который обнаружил, что черные дыры являются неизбежным следствием общей теории относительности Эйнштейна. Если теория Эйнштейна верна, а пока что нет других данных, черные дыры должны существовать. Более прочный фундамент под этой теорией создали Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг, которые обосновали, что любой объект, коллапсирующий в черную дыру, образует сингулярность, в которой традиционные законы физики нарушаются. Впоследствии Пенроуз даже удостоился Нобелевской премии по физике 2020 года "за открытие того, что образование черных дыр является следствием предсказаний общей теории относительности".

Гамма-всплески

Еще в 1930-х годах индийский астрофизик Субраманиан Чандрасекар пытался выяснить, что происходит со звездой, когда у нее закончится ее внутреннее топливо. Он обнаружил, что все зависит от массы звезды. По данным астрофизиков NASA, если звезда большого размера, например, в 20 масс Солнца, то ее плотное ядро, которое может быть в 3 или более раз больше массы Солнца, сжимается вплоть до появления черной дыры. Окончательное сжатие ядра происходит за считанные секунды. При этом освобождается огромное количество энергии в виде гамма-всплеска. В результате в космос излучается столько же энергии, сколько излучает обычная звезда за всю свою жизнь. С помощью наземных телескопов ученые обнаружили многие из этих всплесков, некоторые из них прилетели из галактик, которые находятся на расстоянии миллиардов световых лет. Ученые говорят, что таким образом мы действительно видим рождение черных дыр.

Гравитационные волны

Черные дыры иногда возникают парами, вращаясь вокруг друг друга. В результате их совместного гравитационного взаимодействия возникает пульсация в пространстве-времени, которая выходит наружу в виде гравитационных волн. Это также предсказывал в своей теории Альберт Эйнштейн. Современные обсерватории на Земле имеют возможность обнаруживать эти волны. Впервые о гравитационных волнах, которые возникли в результате слияния двух черных дыр объявили в 2016 году. С тех пор ученые выяснили, что существуют и другие события, которые создают гравитационные волны. Например, столкновение черной дыры и нейтронной звезды, которое произошло на расстоянии от 650 миллионов до 1,5 миллиарда световых лет от Земли.

Невидимый напарник

Напрямую черные дыры очень тяжело обнаружить. Но сделать это можно с помощью их гравитационного воздействия на другие звезды. При наблюдении за двойной звездной системой HR 6819 в 2020 году, астрономы заметили странное поведение во время движения двух видимых звезд. Это можно было бы объяснить только присутствием третьего, невидимого объекта. Когда ученые вычислили его массу, которая превышает массу Солнца как минимум в 4 раза, они сделали вывод, что там может находится только черная дыра. Это ближайшая к Земле известная черная дыра, которая находится на расстоянии всего в 1000 световых лет внутри нашей галактики.

Рентгеновское излучение

Впервые наблюдаемое доказательство существования черной дыры было получено в 1971 году после наблюдения за двойной звездной системой Cygnus X-1, которая находится в нашей галактике. Эта система отправляет в космос одно из самых ярких рентгеновских излучений во Вселенной. Но излучение исходит не от самой черной дыры или ее видимой звезды-компаньона, которая имеет в 33 раза больше массы нашего Солнца. По мнению ученых вещество постоянно отделяется от гигантской звезды и втягивается в аккреционный диск вокруг черной дыры, и именно от него излучаются рентгеновские лучи. Согласно расчетам ученых, темный объект с массой в 21 массу Солнца сконцентрирован в таком маленьком пространстве, что это не может быть ничем иным, как черной дырой.

Сверхмассивные черные дыры

Кроме черных дыр, которые созданы в результате сжатия звезды, по данным ученых с самого начала существования Вселенной в центрах галактик скрывались сверхмассивные черные дыры, каждая из которых имеет миллионы или даже миллиарды масс Солнца. По данным NASA, черные дыры в этих галактиках окружены аккреционными дисками, которые производят интенсивное излучение на всех длинах волн света. Также существуют свидетельства того, что в центре нашей галактики находится черная дыра. А все потому, что в этой части пространства звезды вращаются с высокой скоростью возле маленького, но массивного объекта. По оценкам ученых черная дыра в центре Млечного Пути составляет около 4 миллионов масс Солнца.

Спагеттификация

Еще одно свидетельство существования черных дыр — это спагеттификация. Это процесс, который происходит, когда вещество попадает в черную дыру. Там огромная гравитационная сила черной дыры растягивает вещество на тонкие нити. В октябре 2020 года астрономы стали свидетелями такого события, когда звезда рядом с черной дырой исчезла в результате спагеттификации. Это произошло в галактике на расстоянии в 215 миллионов световых лет от нас.

Прямое изображение

Убедительным доказательством существования черных дыр стало прямое изображения сверхмассивной черной дыры с массой в 6,5 миллиардов масс Солнца в центре активной галактики Мессье 87, полученное в апреле 2019 года. Эта фотография была сделана сетью телескопов по всему миру под общим названием Event Horizon Telescope.