Какая из черных дыр самая близкая к земле
Если составить рейтинг самых загадочных и пугающих космических объектов, первое место в нем, без сомнения, займут чёрные дыры. То немногое, что известно о чёрных дырах в настоящий момент, заставляет только радоваться, что нашу Солнечную систему отделяют от них десятки и сотни тысяч световых лет. Что бы чёрная дыра ни сотворила со своими ближними звёздными соседями, последствия этого коснутся Земли (если вообще коснутся!) лишь через сотню тысяч лет. Но так ли это на самом деле? Что, если чёрные дыры гораздо ближе к нам, чем принято считать?
На кончике пера
Существование чёрных дыр, то есть космических объектов чудовищной гравитации, не отпускающих от себя ни единого лучика света, было предсказано больше ста лет назад.
В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою первую работу по общей теории относительности (ОТО). А годом позже другой немецкий физик и математик, Карл Шварцшильд, нашёл решение уравнений ОТО, которое описывает сферически симметричный объект с гравитационным полем невероятной силы.
Эта сила такова, что покинуть объект не способны даже самые быстрые и лёгкие элементарные частицы — фотоны. Вследствие чего он и должен выглядеть со стороны как «чёрный провал в пространстве» (название «чёрная дыра» вошло в употребление лишь 50 годами позже).
Шварцшильд представил научной общественности теоретическое описание загадочного объекта и его возможные астрофизические характеристики это сингулярность, сфера (или радиус) Шварцшильда, горизонт событий.
Несмотря на мудрёные названия, структура чёрной дыры довольно проста. Сингулярность — сам объект, «провал в пространстве», «гравитационная яма». Радиус Шварцшильда — расстояние от центра объекта до горизонта событий. Горизонт событий — та граница, за которую ничто не может вырваться.
Пока всё понятно, не правда ли? Космическому кораблю или любому небесному телу просто не надо приближаться к горизонту событий чёрной дыры, и тогда всё будет хорошо.
Но общая теория относительности полна парадоксов. Согласно ей, чем сильнее гравитационное поле объекта, тем больше искажаются вокруг него пространство и время. С точки зрения внешнего наблюдателя, по мере приближения корабля к чёрной дыре время замедляет свой ход. А на горизонте событий останавливается вовсе. Так что космический корабль (опять-таки, с точки зрения внешнего наблюдателя) никогда не сможет упасть в чёрную дыру. Он просто-напросто «залипнет» на горизонте событий, как муха на липучке. В то же время часы внутри корабля будут отсчитывать время по-прежнему, а все навигационные приборы — показывать, что корабль продолжает движение.
Звёздные останки
Это всё теория, скажете вы. А где доказательства? Как мы можем увидеть чёрную дыру на фоне чёрного космоса, если она всё поглощает и ничего не отпускает от себя — ни света, ни другого какого электромагнитного излучения?
Прежде чем перейти к результатам астрономических наблюдений, которые могут служить доказательством существования чёрных дыр, давайте рассмотрим ещё один теоретический вопрос. Вопрос об их происхождении.
В начале 30-х годов прошлого века индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар и — независимо от него — наш выдающийся учёный Лев Ландау предположили, что объекты с чудовищной гравитацией, ломающие вокруг себя пространственно-временной континуум, могут «появляться на свет» из обычных массивных звёзд в конце их жизненного пути.
Если звезда небольшая, типа нашего Солнца, она по мере выгорания своего термоядерного «топлива» превращается сначала в красного гиганта, а затем в белого карлика. Однако, если масса звезды превышает 1,44 солнечных (так называемый «предел Чандрасекара»), её ждёт иной конец. Массивная звезда может взорваться как сверхновая, а может превратиться в нейтронную звезду или чёрную дыру.
Иными словами, чёрная дыра, возможно, — не что иное, как «останки» обычной звезды. Звезды, которая когда-то украшала собой небо, добропорядочно освещала и обогревала свои планеты и которую от других звёзд отличал лишь некоторый «избыточный вес».
С тех пор множество астрофизиков во всех странах мира посвятили свою научную карьеру дальнейшей разработке теории происхождения и эволюции чёрных дыр. В последние годы одним из главных специалистов по чёрным дырам считался Стивен Хокинг. Этот всемирно известный физик-теоретик открыл такое любопытное явление, как «испарение» чёрной дыры, и установил зависимость между её размером и длительностью испарения; то есть чем меньше чёрная дыра, тем меньше время её жизни. Он же в своё время развенчал миф об угрозе, которую несёт землянам Большой адронный коллайдер (БАК). Если допустить, что при запуске БАК в окрестностях Земли появится чёрная дыра (хотя с чего бы?), она будет настолько мала, что не просуществует и миллиардной доли секунды. А стало быть, не успеет «засосать» в себя всю нашу планету.
Чёрная жемчужина в золотой оправе
Всем посмотревшим фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар» (2014) памятен замечательный по красоте «портрет» чёрной дыры: сгусток абсолютной тьмы, обтекаемый в перпендикулярных направлениях светящейся материей. Настоящая чёрная жемчужина в изысканной золотой оправе!
Вот по этой-то светящейся «оправе», называемой также аккреционным диском (от лат. accretio — «приращение, увеличение»), мы и можем определить местонахождение чёрной дыры в пространстве. Ведь чёрная дыра с невероятной силой втягивает в себя окружающую её материю. В процессе поглощения частицы материи разгоняются до огромных скоростей и начинают светиться.
Так вокруг дыры и образуется аккреционный диск. Часть света диска также поглощается ненасытной чёрной дырой, однако не вся — другая часть рассеивается в пространстве. Это явление Хокинг и назвал «испарением» чёрной дыры.
По аккреционному диску была обнаружена чёрная дыра в галактике M87 (созвездие Девы), находящейся от нас на расстоянии 53 миллионов световых лет. Из-за чёрной дыры в центре галактика М87 является мощным источником различного излучения, а также порождает струю энергетической плазмы (джет), движущейся с околосветовой скоростью. Джет выбрасывается из ядра перпендикулярно плоскости галактики и может поражать объекты на расстоянии порядка 5000 световых лет. По сравнению с 53 миллионами световых лет это пустяк, и земные учёные могут любоваться этим удивительным явлением природы, чувствуя себя в полной безопасности.
В 2019 году удалось даже «увидеть» эту чёрную дыру. С помощью радиотелескопа ЕНТ (Event Horizon Telescope, телескоп горизонта событий) были получены данные, которые позволили визуализировать радиоизлучение М87, то есть перевести их в оптическое изображение. Первый в истории «портрет» чёрной дыры оказался похожим на кадры из «Интерстеллара», но, разумеется, не таким ярким и красивым.
Учёные считают, что чёрные дыры часто располагаются в центрах галактик. Обнаружен такой объект и в центре нашей галактики — Млечного пути. Это Стрелец А*, чёрная дыра с массой примерно в 4 миллиона солнечных, с мирным и спокойным, по сравнению с тем же М87, характером. Стрелец А* не делает ядро нашей галактики особо активным и не заставляет его выбрасывать смертоносные джеты. Для Земли это важно, потому что Стрелец А* — ближайшая к нам чёрная дыра (вернее, считалась ближайшей буквально до последних дней). Расстояние от неё до Солнечной системы составляет примерно 27 тысяч световых лет.
Замечательный сосед
В начале мая 2020 года в СМИ появилось сенсационное сообщение: обнаружена ещё одна чёрная дыра, на расстоянии всего 1000 световых лет от Земли. По звёздным масштабам совсем рядом; можно даже сказать, «в нашем доме поселился замечательный сосед».
Обнаружили её астрономы Европейской южной обсерватории (ES0) — причём, по их собственным словам, совершенно случайно. Учёные в течение длительного времени наблюдали за двойной звёздной системой HR 6819 в созвездии Телескопа, но вдруг оказалось, что система вовсе не двойная, а тройная. И третьим компонентом HR 6819 является не кто иной, как чёрная дыра.
Автор статьи о поразительном открытии астроном ES0 Томас Ривиниус сообщил следующее. Одна из двух звёзд HR 6819 вращается в течение периода в 40 дней вокруг невидимого объекта, тогда как вторая находится на значительно большем расстоянии от внутренней пары. Масса невидимого объекта равна четырём солнечным массам, и он не может быть ничем другим, как чёрной дырой.
Такие относительно небольшие чёрные дыры — огромная редкость, утверждает Ривиниус. Она не взаимодействует с окружающей материей «агрессивным путём», как ‘более массивные чёрные дыры, и, следовательно, безопасна как для своего ближайшего окружения, так и для небольшой голубой планеты, находящейся от неё на расстоянии 1000 световых лет.
Успокоив таким образом читателя, Ривиниус с некоторой грустью отмечает, что, с другой стороны, из-за своего неагрессивного поведения эта чёрная дыра лишена аккреционного диска. А значит, и «засечь» её практически невозможно. Это редкостная удача, что астрономы обратили внимание на странности движения звёзд внутри HR 6819.
А обратили они внимание именно потому, что HR 6819 находится очень близко от нас. Входящие в неё звёзды можно увидеть даже невооружённым глазом (но, разумеется, ясной безлунной ночью и только в южном полушарии). Это значительно облегчает и все астрономические наблюдения.
Дополнительный интерес для учёных представляет ещё один факт. Как считалось ранее, тройные звёздные системы, одним из компонентов которых является чёрная дыра, должны быстро распадаться на отдельные составляющие. Или, что более вероятно, чёрная дыра просто «засосёт» в себя материю ближайшего соседа, и тройная система превратится в двойную.
Однако, судя по всему, HR 6819 представляет собой устойчивое «звёздное сожительство». То ли благодаря небольшой массе и «спокойному характеру» чёрной дыры, то ли по другим каким причинам — это ещё предстоит выяснить.