Новини » Світ Читать эту новость на русском

Чорні діри набирають популярність

Scientific American
Scientific American

Американський науково-популярний щомісячний журнал

Чорна діра, бачення художника

NASA/JPL-Caltech

Попри те, що чорні діри теоретично вивчаються вже давно, вони постійно підносять нові сюрпризи дослідникам. Але зараз чорні діри знову увійшли в моду, причому настільки, що у 2020 році Нобелівську премію з фізики віддали трьом вченими, які їх вивчають.

Про це пише Scientific American.

Нобелівська премія стала черговим доказом того, що відкинута Ейнштейном в 1939 році ідея стала однією з найпопулярніших тем у фізиці.

З чорними дірами далеко не все так, як здається. Кільце видимого світла по колу чорної діри має радіус 5GM/c2, де G-гравітаційна постійна Ньютона, М — маса чорної діри, а с — Швидкість світла. Це кільце більше горизонту подій необертової чорної діри у два з половиною рази, і до п'яти разів, якщо додати обертання. Таким чином, правда в рекламі вимагає розповісти про те, що телескоп горизонту подій насправді не дав нам зображення супермасивної чорної діри в галактиці M87. Він дав зображення світла, що знаходиться набагато далі.

Для стороннього спостерігача різниця між кільцем світла і горизонтом подій (його ще називають сферою Шварцшильда) носить чисто теоретичний характер. Але для астронавта, що летить в чорну діру, різниця життєво важлива. Коли він потрапляє в стіни цієї неймовірної в'язниці, яка пов'язана з горизонтом, це стає для нього смертним вироком, причому він не зможе поділитися враженнями із зовнішнім світом. За менш ніж добу тіло астронавта досягне сингулярності та буде розірвано на частини гравітаційними силами.

Новини за темою: Чорна діра поглинула зірку, "як спагеті"

У 1939 році Альберт Ейнштейн написав роботу для журналу "Аннали математики", де засумнівався в існуванні чорних дір. Але зараз чорні діри знову увійшли в моду, причому настільки, що у 2020 році Нобелівську премію з фізики віддали трьом вченим, які їх вивчають. Це дало мені привід для торжества, бо я є директором-засновником програми з дослідження чорних дір, яка створена при Гарвардському університеті та об'єднує астрономів, фізиків, математиків і філософів, які вивчають чорні діри.

Карл Шварцшильд (Karl Schwarzschild) з радістю приєднався б до нашого торжества. На жаль, він загинув на російсько-німецькому фронті в роки Першої світової війни більше ніж 100 років тому, буквально за пів року після того, як знайшов рішення рівнянь Ейнштейна для необертових чорних дір.

Один з лауреатів Нобелівської премії за 2020 рік Роджер Пенроуз (Roger Penrose) продемонстрував, що чорні діри є здоровим прогнозом загальної теорії відносності Ейнштейна. Він винайшов новий математичний метод для зображення просторово-часового континууму під назвою Діаграма Пенроуза. Він також показав, що з обертової чорної діри можливо витягувати енергію, як якби вона була маховиком. Таке вилучення енергії назвали процесом Пенроуза. Його гіпотеза космічної цензури дає нам можливість робити прогнози про майбутнє Всесвіту, виходячи з патології сингулярності чорних дір, де викривлення простору-часу вибухає, а теорія Ейнштейна розвалюється. Ця гіпотеза свідчить, що всі сингулярності заховані за горизонтом подій, і тому матерія, яка наближається до них, не робить причинно-наслідкового впливу на те, що відбувається за межами горизонту. Тому тут можна застосувати фразу про Лас-Вегас: "Що б не відбувалося всередині горизонту, залишається всередині горизонту".

Два інших Нобелівських лауреата цього року з фізики Рейнхард Гензель (Reinhard Genzel) і Андреа Гез (Andrea Ghez) відзначилися цієї почесної нагороди, показавши, що в центрі нашої галактики Чумацький Шлях знаходиться чорна діра вагою в чотири мільйони сонць. Відкриття півстоліття тому квазарів вказало на те, що надмасивні чорні діри в загальному формуються в центрах галактик. Спостереження в режимі реального часу за переміщенням масивних зірок у центру нашої галактики, як якби вони були планетами, що обертаються по орбіті навколо зірки, вказало на існування там чорної діри. До проведення цієї роботи було незрозуміло, чи пов'язана чорна діра зі стаціонарним радіоджерелом Стрілець А.

Новини за темою: Чи може заселена планета обертатися навколо чорної діри?

Але вони не тільки виміряли масу чорної діри. Вони також перевірили теорію тяжіння Ейнштейна. Виявлені ними зірки рухаються по двох орбітальних площинах. У новій роботі, написаній спільно з Джакомо Фраджіоне (Giacomo Fragione), ми показали, що обертання чорної діри з цієї причини має бути незначним, тому що інакше воно позбавить чіткості суворі орбітальні площини зірок під час їх існування. Колективи вчених на чолі з Гензелем і Гез напружено змагалися, піднявши свої зусилля до величезних висот. Це був чудовий приклад того, як конкуренція сприяє розвитку чесної науки.

Одна із зірок, за якими стежили Гензель і Гез, це S2. Вона здійснює орбітальний виток навколо центру галактики кожні 16 років. Я дав пораду своїм студентам-астрономам: присвятити свої дисертаційні дослідження джерелам типу S2, які формуються і зазнають змін в межах часових рамок в 10-20 років. Так вони зможуть дізнаватися щось нове про об'єкт свого дослідження на всьому протязі кар'єри.

Будь живий Стівен Гокінг, він став би гідним претендентом на Нобелівську премію цього року, оскільки його робота не поступається роботі Пенроуза за класичною загальною відносністю з додаванням аспекту квантової механіки, пов'язаного з випаровуванням чорних дір.

Чорні діри одночасно прості й складні. У них три характеристики: маса, заряд і обертання. Але як показав Яаков Бекенштейн (Jacob Bekenstein), вони також мають колосальну ентропію. Було б цікаво відправитися в наукове відрядження до найближчої чорної діри та вивчити її поблизу. Життя людини на такий політ вистачило б, але в нашій Сонячній системі такої діри немає.

Хоча самі по собі чорні діри є найтемнішими об'єктами, вони здаються найяскравішими джерелами світла, надівши на себе мантію з матерії та перетворившись в ідеальний символ Гелловіну. Потоки, що витікають з надмасивних чорних дір, формують цілі галактики. Рости вони припиняють тільки через те, що отримують величезний запас енергії та починають розкидати їжу зі свого обіднього столу.

З цих чорних дір ми отримуємо набагато більше, ніж можна було б очікувати. Тому не дивно, що ми невтомно думаємо і говоримо про них.

Авраам Леб

За матеріалами: ІноЗМІ

Редакція не несе відповідальності за думку, яку автори висловлюють у блогах на сторінках ZIK.UA

*Якщо Ви знайшли помилку в тексті новини, виділіть її та натисніть Ctrl+Enter.

Loading...