В 2017 году астрономы получили изображение сверхмассивной черной дыры в далекой-далекой галактике. Сделать это в нашей собственной галактике - огромная веха.
Ключевые выводы
- Черные дыры - одно из самых странных существ в природе. Они доводят законы физики до предела, и мы до сих пор не понимаем, что в них происходит.
- Долгое время нам не хватало технических возможностей для получения изображения черной дыры. Они слишком маленькие и далекие.
- Ситуация начала меняться благодаря новой технике визуализации. Если астрономы смогут получить изображение сверхмассивной черной дыры в нашей собственной галактике, это откроет новое окно в физике черных дыр.
Сообщество астрофизиков гудит. 12 мая в полдень коллаборация Event Horizon Telescope проведет пресс-конференцию, на которой будет сделано важное объявление. Я пишу это 9 мая и не знаю, какой информацией поделятся, но среди астрономов ходят слухи, что мы вот-вот получим прямое изображение черной дыры в центре нашей галактики.
Если это так, позвольте мне воспользоваться этой возможностью, чтобы рассказать вам немного об основах черных дыр и о том, почему это достижение было бы таким важным - и очень, очень крутым.
Что делает черные дыры странными
Черные дыры - одно из самых странных существ в природе. Они доводят законы физики до предела, и в их центре эти законы лопаются, как жук, которому ввели дозу Raid. Черная дыра будет образовываться каждый раз, когда большое количество материи оказывается зажатым в маленьком пространстве. Это может произойти, когда массивные звезды достигают конца своей жизни. Звезды содержат много массы, а это означает, что они производят сильное внутреннее гравитационное притяжение. Звезды обычно поддерживают себя против собственного веса, производя энергию в своих центрах посредством ядерного синтеза. Энергия выталкивается наружу, уравновешивая их гравитацию. Но когда у звезды заканчивается термоядерное топливо, побеждает гравитация.
Для массивных звезд, масса которых во много десятков раз превышает массу Солнца, никакая сила не может удержать гравитационное столкновение. Вся материя звезды падает внутрь и сжимается в единую геометрическую точку.
Вот когда рождается черная дыра.
Что делает черные дыры странными и заставляет их доводить физику до предела, так это то, что они делают с пространством и временем. Эйнштейн со своей общей теорией относительности был первым, кто признал, что гравитация - это не сила, а растяжение ткани пространства-времени.
После Эйнштейна мы больше не могли думать о космосе как о пустой сцене, на которой разыгрывается драма физики. Вместо этого пространство и время являются компонентами единой сущности, называемой пространством-временем. Эта сущность - своего рода «вещь», которая будет растягиваться и изгибаться в зависимости от того, сколько вокруг массы-энергии. (Да, масса и энергия больше не разделены.)
Всякая материя искажает пространство-время вокруг себя, создавая своеобразный колодец. Другая масса, почувствовав растянутое пространство-время, упадет в колодец. Черные дыры доводят это явление до крайности.
Когда материя в центре черной дыры сжимается в эту единственную точку, она образует то, что физики называют сингулярностью - по сути, плотность становится бесконечной, и растяжение пространства-времени тоже становится бесконечным. Общая теория относительности не работает в сингулярности, и никто не знает, что там происходит. Но общая теория относительности также говорит нам, что вокруг сингулярности формируется горизонт событий. Это поверхность невозврата. Все, что пересекает горизонт событий, даже свет, навсегда отрезано от остальной Вселенной по мере того, как оно направляется к сингулярности.
Революционная визуализация
Ученые говорят о черных дырах уже почти столетие, но мы только недавно смогли их наблюдать, да и то косвенно - наблюдая за светом, который исходит от материала, циркулирующего вокруг черной дыры. горизонт. У нас просто не было технических возможностей сделать прямой снимок горизонта событий и точно увидеть, что происходит в точке невозврата. Это потому, что черные дыры очень маленькие. У Солнца слишком мало массы, чтобы когда-либо стать черной дырой. Но если бы это было так, его горизонт событий был бы всего в милю или около того в поперечнике. Это означает, что черные дыры размером со звездную массу на типичных звездных расстояниях слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже в самые лучшие телескопы. К счастью, черные дыры бывают и другого рода.
В центре большинства галактик материя направляется внутрь, создавая так называемые сверхмассивные черные дыры. Эти штуки монстры. Они могут быть в миллиарды раз массивнее Солнца. Это означает, что их горизонты событий также в миллиарды раз больше. В 2017 году астрономы соединили кучу радиотарелок по всей планете, чтобы создать телескоп размером с Землю. С помощью этого инструмента они получили изображение сверхмассивной черной дыры в галактике M87. Это был технологический прорыв. Он показал нам горизонт событий, вырисовывающийся на фоне света, излучаемого окружающим материалом, и изогнутый в виде кольцеобразной дуги. Детали этой дуги содержали всевозможную информацию о черной дыре, позволяя астрономам проверять общую теорию относительности новыми и захватывающими способами.
Теперь кажется, что та же самая команда сфотографировала сверхмассивную черную дыру в сердце нашей собственной галактики. Почему они не выбрали для начала черную дыру Млечного Пути? Потому что по неясным причинам она довольно слаба, поскольку ее масса всего в несколько миллионов раз превышает массу Солнца. Это делает его намного меньше и труднее увидеть. Но поскольку она намного ближе, если астрономы действительно зафиксировали ее изображение, мы можем открыть следующее большое окно в физике черных дыр.
Надеюсь, это то, что мы увидим в пятницу. (Примечание редактора: было!)