Вчені з Університету штату Огайо виявили чорну діру, яка побила одразу два рекорди.
По-перше, вона розташована найближче за усі інші до нашої Сонячної системи. Відстань до неї майже втричі менша, ніж до попереднього “рекордсмена”.
По-друге, з усіх відомих подібних об’єктів цей – найменший. Настільки, що не вписується у наявну класифікацію. Для неї доведеться вигадувати нову категорію.
Втім, назвати чорну діру “крихітною” можна лише за космічними мірками. Вона все одно приблизно втричі важча за Сонце, тобто майже у мільйон разів перевищує за масою нашу планету.
“Близько” – коли йдеться про відстані між астрономічними об’єктами – поняття теж дуже відносне. Виявлена чорна діра розташована в одній з нами галактиці Чумацький шлях, у сузір’ї Єдинорога, однак від Землі до неї все одно приблизно 1500 світлових років.
Втім, за космічними мірками це дійсно близько. Для порівняння: розташована в центрі Чумацького шляху надмасивна чорна діра Стрілець A розташована подалі від Землі – приблизно у 18 разів.
А на єдиній фотографії, опублікованій вченими два роки тому, зображений горизонт подій чорної діри (Мессьє 87), звідки світло йшло до Землі приблизно у 36 тисяч разів довше.
Автори відкриття вже встигли охрестити карликову чорну діру Єдинорогом – за її унікальність і розташування. А оскільки в англійській мові сузір’я мають традиційні латинські назви, заголовок опублікованої з цього приводу статті (A Unicorn in Monoceros) являє собою гру слів і перекладається як “Єдиноріг в Єдинорозі”.
“Те, що таку чорну діру вдалося знайти в нашій галактиці, – приголомшлива новина, – заявив ВВС Олівер Єнріх, який очолює в Європейській космічній агенції департамент астрофізичних досліджень. – Метод, за допомогою якого її виявили, може допомогти знайти й інші чорні діри зоряної маси, які поки що не вдавалося виявити традиційними методами”.
Що таке чорна діра?
- Чорна діра – це область простору-часу, сила гравітації в якій настільки велика, що покинути її не можуть жодні об’єкти чи хвилі, зокрема світло
- Попри назву, чорна діра насправді не порожня зсередини. Навпаки, вона заповнена величезною масою матерії, стиснутої у невеликому обсязі, що створює величезну силу тяжіння
- Навколо чорної діри розміщується область, яку називають горизонтом подій. Це уявна межа в просторі, “точка неповернення”, після перетину якої вирватися з гравітаційної пастки вже неможливо.
Карлики та переростки
Чорні діри – найзагадковіші та найнезбагненніші астрономічні об’єкти.
Їхні фізичні властивості, які Альберт Ейнштейн передбачив ще в 1915 році, настільки відрізняються від звичного нам світу, що не вкладаються в голові.
Чорну діру складно навіть уявити – адже там перестають діяти усі відомі нам закони фізики. Будь-які спроби розрахувати характеристики таких об’єктів за допомогою рівнянь або дають нескінченність, або взагалі втрачають будь-який сенс.
В теорії чорні діри можуть бути різного розміру – від зовсім крихітних, що утворилися на початку існування Всесвіту (їх називають первинними), до справжніх велетнів, маса яких перевищує сонячну в десятки мільярдів раз.
Таких надмасивних чорних дір (НМЧД) відомо чимало. Вони розташовані в центрі багатьох галактик, зокрема нашого Чумацького шляху. Однак дотепер вченим не вдавалося знайти чорну діру з масою менше, ніж п’ять сонячних.
“Відкриття будь-якої чорної діри невеликого розміру – це завжди захопливо, – говорить доктор Філ Саттон, який викладає астрофізику в Університеті Лінкольна. – Вони набагато цікавіші, ніж їхні побратими-переростки, розташовані в центрах галактик, в першу чергу через механізм їхнього формування”.
З огляду на відносну “легкість” відкритого об’єкта, скоріш за все, колись Єдиноріг був великою зіркою, пояснює астрофізик.
Особливо цікаво те, що її маса – лише втричі більша за сонячну – перебуває на межі мінімально можливої для того, щоб після закінчення свого життєвого циклу зірка змогла перетворитися на чорну діру.
Зазвичай відбувається так. Коли запаси палива в надрах зірки добігають кінця, термоядерні процеси там починають затухати – і в якийсь момент вона, як викинутий на сушу кит, перестає витримувати власну вагу. Тоді під дією власної гравітації зірка різко “зхлопується”, ніби провалюється всередину себе, перетворюється на щось інше – на що саме, залежить від її розміру та маси.
“Якби вона була ще меншою – то в результаті б утворилася нейтронна зірка, – продовжує доктор Саттон. – За масою такі зірки поступаються чорним дірам зовсім небагато, але при колапсі не зхлопуються до мінімуму, а зменшуються приблизно до розмірів міста. З огляду на близькість до нас відкритого об’єкта і наявність у нього зірки-компаньйона, з якою вони утворюють подвійну систему, ми можемо багато чого довідатися про їхню еволюцію”.
Експерт закликає не квапитися з висновками. Єдиний параметр виявленого небесного тіла, в якому вчені можуть бути відносно твердо впевнені, – це його маса.
Брижі по Всесвіту
Однак саме маса Єдинорога – його найдивовижніша характеристика, наполягає доктор Даррен Баскілл, який викладає астрономію в університеті Сассекса.
Якщо нейтронна зірка утворюється при колапсі світила, маса якого перевищує сонячну в 1,5-3 рази, а найлегші чорні діри важчі за Сонце щонайменше в п’ять разів, то що ж відбувається з тілом проміжної маси? Вчені схиляються до другого варіанту, але знайти експериментальне підтвердження цієї гіпотези поки що не вдавалося.
“Наша галактика буквально напхана чорними дірами, які утворилися в результаті смерті важких зірок, – упевнений д-р Баскілл. – І найкращий спосіб їх виявити – це вести спостереження за такими подвійними системами. Від чорної діри світло втекти не може – але багато ми можемо дізнатися, спостерігаючи за її зіркою-компаньйоном”.
Цю думку поділяє і його колега, професор гравітаційної астрофізики Мартін Гендрі.
“Уже досить довгий час астрономи ставили питання – чи дійсно існує такий “проріз маси”? – пояснює Гендрі, який очолює в Університеті Глазго Школу фізики й астрономії. – Адже це означало б, що у зіркових “решток” є ще якийсь, наразі невідомий вид”.
Професор Гендрі – один зі співробітників міжнародного проєкту LIGO, якому у вересні 2015 року пощастило експериментально підтвердити існування гравітаційних хвиль, передбачених ще Альбертом Ейнштейном в рамках загальної теорії відносності. У 2017-му це відкриття отримало Нобелівську премію з фізики.
Уявіть собі гладке дзеркало озера, в яке прямо на ваших очах хтось вирішив жбурнути пристойних розмірів камінь. Вдарившись об воду, камінь, звичайно, тут же піде на дно, а по поверхні озера від місця падіння почнуть колами розходитися хвилі.
Гравітаційні хвилі – точно такі ж “брижі”, що розходяться тканиною простору-часу при зіткненні об’єктів величезної маси, на кшталт двох чорних дір.
За минулі відтоді п’ять з гаком років вченим вдалося зафіксувати десятки випадків, коли в результаті злиття двох чорних дір Всесвіт пронизували гравітаційні коливання. Але сигнал, який виявили в червні минулого року, за словами професора Гендрі, загнав фізиків у глухий кут.
Один з об’єктів, які зіткнулися, абсолютно точно був компактною чорною дірою, а ось про природу другого вчені сперечаються досі: чи то це була найважча з будь-коли виявлених нейтронних зірок, то чи – найлегша з виявлених чорних дір. Знайдений неподалік Єдиноріг дає астрономам надію, що в цьому питанні вдасться поставити крапку.
- У павутину гігантської чорної діри потрапили цілі галактики
- Чорна діра масою як 142 Сонця – що відомо про відкриття астрономів
- Космічний монстр, який їсть зірки від початку Всесвіту
- Сигнал від злиття чорних дір пролетів 7 млрд років і “сколихнув” Землю
Втім, з висновками поспішати не варто. Минулого року вчені вже заявляли, що виявили схожий об’єкт – причому розташований навіть ще ближче до нашої планети, на відстані лише 1000 світлових років.
Однак уже за кілька місяців одна за одною опублікували відразу чотири роботи, які заперечують це відкриття і пропонують переконливі альтернативні пояснення вимірів.
