Чорна діра. Її незвичайні властивості

Чорна діра – це астрофізичний об’єкт, який створює настільки потужну силу тяжіння, що жодні, навіть найшвидші частинки, не можуть покинути його поверхню, в тому числі світло та електромагнітне випромінювання.

Термін «чорна діра» запровадив Джон Арчибальд Вілер наприкінці 1967 року.

(Джерело: Вікіпедія)

З погляду астрофізики, чорні діри – це фінальна стадія еволюції зірок. Але чорні діри дійсно не є повністю “чорними”. Насправді чорна діра не має жодного кольору. За чорною дірою можна спостерігати тільки в тому випадку, коли навколо неї є якась матерія, що світиться (сусідня зірка, наприклад).

У чорної діри обід за розкладом

А чи ви знали, щи у чорної діри обід завжди за розкладом, вона харчується зіркою один раз на місяць. В той самий час нещасна зірка, що знаходиться під впливом чорної діри, втрачає масу в три рази більше, ніж маса Землі. На відстані 500 мільйонів світлових років від нас, зірка розміром з Сонце, втрачає кожного тижня частинку себе, проходячи повз чорну діру, як повідомляє Space.com.

Така зірка була знайдена у червні 2022 року. Вона виявилася білим карликом під назвою Swift J0230.

Астрономам пощастило побачити це завдяки яскравим спалахам. Учені вважають, що спалахи з’являються тоді, коли зіркова речовина потрапляє в чорну діру. Вони світяться протягом 7-10 днів, а потім зовсім зникають. Десь приблизно через місяць весь цей процес повторюється знову. Такий  процес називається припливним руйнуванням. Науці відомо лише близько сотні подібних об’єктів.

Як бачимо, зірки, які частково руйнуються чорними дірами, не є великою рідкістю у Всесвіті. Унікальність цієї системи полягає в тому, що раніше вченим вдавалося зафіксувати подібні спалахи лише один раз на рік. І до цього вчені ніколи ще не бачили, щоб чорні діри харчувалися зірками один раз на місяць.

“Swift J0230 – це захоплююче нове придбання в класі частково руйнівних зірок”, – каже автор дослідження з Університету Лестера у Великобританії Роб Ейлс-Феррікс”.

Цікавим фактом є те, що вчені назвали білого карлика випадковим відкриттям, оскільки спочатку астрономи не побачили нічого дивного. Проте подальші спостереження показали швидке зниження яскравості зірки на четвертий день. У цей момент білий карлик зменшився в 20 разів всього за 15,8 години! Незабаром після цього зірка стала невловимою для спостережень у телескоп.

Вчені вважають, що Swift J0230 знаходився ближче до центру своєї галактики, де, як правило, розташовані чорні діри. Зараз мова йде про галактику 2MASX J02301709+2836050. А розмір чорної діри в ній приблизно перевищує сонячний в 10-100 тисяч разів. Оскільки відомо, що в центрі Чумацький шляху знаходиться чорна діра, яка більш ніж в 4 мільйони разів більша за Сонце.

Цікаве й те, що вчені побачили, як велика чорна діра “з’їла” зірку і викинула її залишки у космос. Автори цього дослідження стверджують, що в них є докази того, що зірка, яка взяла участь у події ASASSN-14li, була приблизно в 3 рази важчою за Сонце за своєю масою.

(Джерело: focus.ua)

Вченим навіть вдалося відтворити звук, яким чорна діра поглинає зірку. Для цього астрономи використовували ехо рентгенівських променів, подібно до того, як летючі миші розуміють свій оточуючий світ за допомогою ехолокації. Вивчення процесу поглинання зірки чорною дірою допомагає астрономам зрозуміти еволюцію галактик.

Ерін Кар з Массачусетського технологічного інституту, співавтор нового дослідження з цієї теми, зауважує: “Роль чорних дір у еволюції галактик є вирішальним питанням в астрофізиці”.

Всередині чорної діри гравітація викривлює простір

Існує поширена думка, що чорні діри подібні до космічних пилососів. Та й насправді те, що виходить за горизонт подій, включаючи світло, поглинається чорною дірою і не може нікуди втекти.

Процес розмелювання потужними гравітаційними силами чорної діри відбувається поза межами горизонту подій. Цей процес може створювати кільце, яке обертається і відоме, як акреційний диск навколо чорної діри, що випромінює потужне рентгенівське випромінювання, видиме світло і, іноді, радіохвилі. Ці випромінювані рентгенівські промені іноді можуть відбиватися від акреційного диска, створюючи відлуння початкового випромінювання. Виявлення цього відлуння дозволяє вченим відстежувати, як чорна діра розвивається під час поглинання зірки.

Що стається, коли зірка потрапляє всередину чорної діри? Там відбувається щось дуже дивне і цікаве одночасно. У момент, коли зірка потрапляє в чорну діру, реальність поділяється надвоє. У одній реальності її миттєво спалює, а в іншій – вона занурюється всередину чорної діри без пошкоджень.

А все це відбувається тому, що у середині чорної діри не діють звичайні для нас закони фізики. Згідно з теорією Ейнштейна, гравітація викривляє простір. Отже, при наявності об’єкта достатньої густини просторово-часовий континуум навколо нього може деформуватися настільки, що у самій реальності утворюється прогалина.

Масивна зірка, яка вичерпала всю свою паливну речовину, може перетворитися саме на той тип надважкої матерії, який необхідний для виникнення подібної викривленої ділянки Всесвіту. Зірка, яка схлопується під власною вагою,  також витягує за собою просторово-часовий континуум навколо себе. Гравітаційне поле стає настільки потужним, що навіть світло не може втекти. Іншими словами, коли горизонт подій перетнуто, змінити щось стає  неможливим. У результаті область, де раніше знаходилася зірка, стає абсолютно чорною – це і є чорна діра.

По мірі просування всередину чорної діри простір і час продовжують спотворюватися, і в самому центрі вони стають безконечно спотвореними. Ця точка відома як гравітаційна сингулярність. Простір і час в ній перестають мати будь-яке значення, і всі нам відомі фізичні закони, для опису яких необхідні ці два поняття, більше не діють.

На прикладі зірки, яка наближається до межі чорної діри, події розвиватимуться дуже дивним чином. По мірі наближення до горизонту подій, зірка буде витягуватися в довжину і стискуватися в ширину, а її швидкість буде падати. На цей момент звуку вже не існуватиме. І коли зірка досягне горизонту подій, вона застигне на місці, наче хтось поставив відтворення на паузу. Вона залишиться нерухомою, розтягнутою по поверхні горизонту подій, її почне охоплювати все більше зростаючий жар, перш ніж зірка перетне горизонт подій і потрапить до глибин чорної діри, з неї залишиться тільки попіл. (Зупинка часу і жар – це дослідження Стівена Хокінга).

Але є і інший розвиток подій, який відбувається одночасно з першим! Він виглядає ще дивнішим. Зірка безпосередньо потрапляє в одну з найзловісніших точок Всесвіту. При цьому вона не відчуває жодної тряски, не кажучи вже про розтягнення, сповільнення часу й  жар. Цю версію Ейнштейн назвав “найвдалішою ідеєю життя”. Усередині досить великої чорної діри зірка може досить нормально прожити решту свого життя, поки не помре у гравітаційній сингулярності. Проте при цьому, потрапляючи під вплив чорної діри, все, що відбуватиметься з нею, буде поза її волею, не залишаючи їй жодного шансу на повернення в минуле.

І це не аналогія. Чорні діри настільки спотворюють просторово-часовий континуум, що всередині горизонту подій час і простір міняються місцями. Таким чином, можна сказати, що зірку не втягує в сингулярність не простір, а час.

Отже, якщо поставити питання, що станеться зі зіркою, яка наблизиться до чорної діри? З одного боку, з нею все буде в порядку, а з іншого – можна стверджувати, що її спопелило випромінюванням Хокінга ззовні горизонту подій. І насправді ці два твердження будуть абсолютно вірними.

(Джерело: bbc.com)

Отже, закони фізики роблять такі висновки: зірка одночасно перебуває поза чорною дірою (у вигляді горсти попелу) та всередині неї (недоторканою та цілісною). Але згідно загальних принципів квантової механіки, інформацію неможливо клонувати. Але при цьому необхідно бути одночасно в двох місцях, проте лише у одному екземплярі. Це парадоксальне явище фізики відоме терміном “втрата інформації в чорній дірі”. На щастя, у 1990-х роках вченим вдалося розв’язати цей парадокс.

Американський фізик Леонард Сасскінд зрозумів, що насправді немає жодного парадоксу, оскільки ніхто не побачить жодного клонування. Із зіркою ніхто більше ніколи не зустрінеться, отже, не зможе бачити її клонування.

Далі вчені роблять абсолютно захоплюючий висновок, що “в дійсності” нікого взагалі не існує. А сама реальність залежить тільки від позиції спостерігача.

Чому чорні діри іноді вибухають?

Відомо, що чорні діри втягують в себе пил і газ, які знаходяться в навколишньому акреційному диску. Крім того, вони можуть швидко вивільнювати велику кількість енергії. При цьому вони роблять це по-різному. Іноді ці космічні об’єкти можуть “вибухнути”. Стівен Хокінг, який вивчає процес вибуху чорних дір, виявив, що коли чорна діра не поглинає нову речовину, вона повільно втрачає свою масу. При цьому менші за розміром чорні діри втрачають масу набагато швидше. Незважаючи на те, що жодна матерія не може вирватися за межі горизонту подій, чорна діра, тим не менше, може “випаровуватися”, а з часом вона остаточно втратить свою масу і зникне.

На останній стадії свого існування чорні діри випускають в космос настільки багато випромінювання, що це схоже на вибух бомби з великим виділенням енергії.

 

Дізнавайся більше! Та не забудь підписатися на наші канали:

• Instagram 
• Facebook  
• Pinterest 
• YouTube