Наука продолжает расширять наш взгляд на реальность.
Ключевые выводы
- Черные дыры, как известно, трудно наблюдать, поскольку мы не можем видеть их напрямую.
- Нобелевская премия по физике 2020 года была присуждена за открытие гигантской черной дыры в 4,3 миллиона раз больше Солнца в центре нашей галактики. А маленькие?
- Используя аналогичные методы с новой технологией, астрономы только что обнаружили черную дыру с массой, сравнимой с массой Солнца. Он мал по астрономическим меркам и не так уж далек, что открывает окно для неисчислимых новых открытий впереди.
Чуть более двух с половиной лет назад заголовки по всему миру взорвались новостями о первой в истории сфотографированной черной дыре, монстре в центре галактики М87, с массой около 6,5 миллиардов раз. что нашего Солнца. Для сравнения, черная дыра, скрывающаяся в сердце нашей собственной галактики Млечный Путь, имеет «всего» около 4,3 миллиона солнечных масс. Еще более ошеломляющим является то, что гигант в M87 действительно далеко от нас, примерно в 53,5 миллионах световых лет. Чтобы сделать эти фотографии, потребовалось восемь радиотелескопов, работающих вместе над поверхностью Земли, которые фактически превратили нашу планету в гигантский космический глаз. Это настоящее чудо техники.
Чёрной дырой может стать что угодно
В астрофизике легче добиться большего, потому что большие вещи легче увидеть. Но теория черных дыр говорит нам, что они должны иметь все виды масс, от крошечных субмикроскопических до масс, сравнимых с массой Солнца и чудовищем в M87. Чтобы сделать черную дыру, массу (звезду, человека, теннисный мяч) сжимают в сферу с радиусом меньше, чем так называемый радиус Шварцшильда. Например, Солнце стало бы черной дырой, если бы оно было сжато в сферу с радиусом менее 1,6 мили. Земля должна быть размером с мрамор.
Итак, представление о том, что черные дыры - это монстры, живущие в недрах галактик и пожирающие звезды, не совсем верно. Стивен Хокинг предположил, что черные дыры «испаряются», то есть они (очень) медленно излучают свою массу в виде фотонов. Хотя мы не уверены, так ли это на самом деле, расчет весьма правдоподобен. Суть в том, что скорость испарения черных дыр обратно пропорциональна квадрату их массы: чем меньше масса, тем быстрее они теряют массу, пока не исчезнут.
Тем не менее, испарение идет медленно. Черная дыра с массой Солнца переживет Вселенную на 1057 лет. (Это единица, за которой следуют 57 нулей.) Это означает, что Вселенная должна быть битком набита черными дырами, которые не являются такими гигантскими.
Охотники за черными дырами
Недавно в новостях появилось новое наблюдение, свидетельствующее о наличии недалеко от нас черной дыры с массой, сравнимой с массой Солнца. Захватывающим аспектом этого нового открытия является то, что в нем использовалась техника наблюдения, аналогичная той, которая принесла Нобелевскую премию по физике 2020 года Андреа Гез, Рейнхарду Гензелю и Роджеру Пенроузу. Гез и Гензель в течение многих лет отслеживали движение звезд вблизи центра Млечного Пути, области вокруг границы созвездий Стрельца и Скорпиона, где находится яркий и компактный астрономический радиоисточник, известный как Стрелец A (Sgr A). Они наблюдали аномалии в орбитах звезд, окружающих Sgr A, что свидетельствует о гравитационном притяжении очень плотной невидимой массы. После тщательных расчетов они пришли к выводу, что единственное разумное объяснение состоит в том, что Sgr A на самом деле является гигантской черной дырой. По форме орбит они могли сделать вывод о массе примерно в 4,3 миллиона раз больше массы Солнца. Поскольку этот метод основан на отслеживании орбит звезд, он полезен только для объектов, которые относительно близки к нам.
Новое открытие раздвинуло границы наблюдения. Используя Очень Большой Телескоп (VLT) в пустыне Атакама в Чили, команда Европейской южной обсерватории (ESO) под руководством Сары Сарачино из Астрофизического научно-исследовательского института Ливерпульского университета Джона Мурса в Великобритании отслеживала движение звезд в малом и молодая галактика NGC 1850 - скопление тысяч звезд «всего» в 160 000 световых лет от нас в Большом Магеллановом Облаке (соседняя галактика Млечного Пути). Масса черной дыры составляет всего около одиннадцати масс Солнца. Открытие включало в себя отслеживание движения тысяч звезд и выделение звезд с аномальным поведением, что стало возможным только благодаря Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), установленному на VLT. Машина была разработана, чтобы отслеживать свет тысяч звезд одновременно, анализируя их свойства.
Большие дела еще впереди
В конце этого десятилетия ESO запустит в Чили гигантский Чрезвычайно Большой Телескоп, который станет крупнейшим в мире оптическим и инфракрасным телескопом с 35-метровым главным зеркалом. От черных дыр до похожих на Землю планет, вращающихся вокруг других звезд, до движений объектов из-за темной материи, телескоп, несомненно, изменит то, как мы смотрим на космос. Вместе с космическим телескопом Джеймса Уэбба эти два инструмента составят внушительную пару глаз.
Судя по истории, каждый раз, когда появляются новые мощные инструменты, они, как правило, открывают неожиданные двери для открытий. Мы только что наблюдали это с помощью MUSE и черной дыры массой 11 солнечных рядом. Если бы я сделал ставку, мои деньги пошли бы на открытие биосигнатур, косвенных свидетельств активности жизни в других мирах. По мере открытия будет очень трудно превзойти его.