По самото си име черните дупки излъчват мистерия. Те са незабележими, неконтролируеми и - повече от 50 години след първата си прогноза през 1916 г. - неразкрити. Оттогава астрономите са открили доказателства за черни дупки в нашата Вселена, включително супермасивна в центъра на нашия Млечен път. Все още много остава неизвестно за тези космически загадки, включително какво точно се случва с нещата, които те засмукват със своята титанична гравитация.
Свързано съдържание
- Как астрофизиците намериха черна дупка, където никой друг не можеше
- Астрономите стават по-близо от всякога, за да видят черна дупка
- Свръхмасивните черни дупки могат да бъдат по-често срещани от предишните
Преди петдесет години физикът Джон Уилър помогна за популяризирането на термина "черна дупка" като описание на срутените останки от свръхмасивни звезди. Според Уилър, който изложил и популяризирал няколко други известни астрономически термина като „червейни дупки“, предложението идвало от член на публиката на конференция по астрономия, където той говори, след като многократно е използвал фразата „гравитационно срутени обекти, за да опише космическите гиганти.
„Е, след като използвах тази фраза четири или пет пъти, някой от публиката каза:„ Защо не я наречеш черна дупка “. Така че аз го приех “, казва Уилър на писателя на науката Марсия Бартусяк.
Уилър даваше име на идея, първо изследвана от Алберт Айнщайн 50 години по-рано, в своята влиятелна теория на общата относителност. Теорията на Айнщайн показа, че гравитацията е резултат от изкривяването на пространството и времето от масата на предметите. Докато самият Айнщайн се съпротивляваше някога да признае възможността за черни дупки, други физици използваха основите му, за да измъкнат галактическите чудовища. Физикът Дж. Робърт Опенхаймер от славата на атомната бомба нарече тези тела „замразени звезди“ във връзка с ключова характеристика, очертана от физика Карл Шварцшилд, скоро след като Айнщайн публикува своята теория.
Тази особеност беше „хоризонтът на събитията“: линията, заобикаляща черна дупка, при която става невъзможно да се избяга. Такъв хоризонт съществува, защото на определено разстояние скоростта, необходима на всеки атом да се откъсне от гравитацията на черната дупка, става по-висока от скоростта на светлината - ограничението на скоростта на Вселената. След като прекрачите хоризонта на събитията, се мисли, че цялата материя, която се състои от вас, се раздробява силно от силни гравитационни сили и в крайна сметка се смачква до точката на безкрайна плътност в центъра на черната дупка, която се нарича сингулярност. Не е много приятен начин.
Това подробно обяснение на смъртта чрез черна дупка обаче е теоретично. Интензивната гравитация на черните дупки изкривява с течение на времето толкова много, че за наблюдатели извън черната дупка обектите, попаднали в една, изглежда се забавят и „замръзват“ близо до хоризонта на събитията, преди просто да избледнеят. (Което звучи много по-хубаво.)
С други думи, въпреки важността на този хоризонт на събитията, учените никога не са доказали пряко неговото съществуване. И поради трудността дори да се намерят черни дупки (тъй като светлината не може да ги избяга, те са невидими за повечето телескопи), още по-малко да ги наблюдават, нямаше много шансове да се опита. При липсата на убедително доказателство, някои астрофизици теоретизират, че някои от обектите, които наричаме черни дупки, може да са драстично различни от това, за което сме дошли да вярваме, без особеност и хоризонт на събитията. Вместо това те могат да бъдат студени, тъмни, плътни предмети с твърди повърхности.
Този скептицизъм към черна дупка започна да привлича свой скептицизъм, тъй като телескопите най-накрая заснеха черните дупки в акта на нещо изключително. През последните седем години „хората започнаха да виждат звезди, попадащи в черни дупки“, казва Паван Кумар, астрофизик от Тексаския университет в Остин, където между другото Уилър преподава теоретична физика в продължение на десетилетие. "Това са много много ярки неща, които могат да се видят от милиарди светлинни години."
Оттогава са наблюдавани повече от тези ярки, сравнително бързи поглъщания на звезди. Миналата година Кумар реши, че тези светлинни емисии ще направят добър тест за доказване на съществуването на хоризонта на събитията. „Повечето хора в общността приеха, че няма твърда повърхност“, казва Кумар. Въпреки това той подчертава: „в науката човек трябва да бъде внимателен. Трябва ти доказателство“.
Така през 2016 г. Кумар и неговият сътрудник Рамеш Нараян от Харвард-Смитсонианския център за астрофизика работиха, за да изчислят какви ефекти ще очаквате да видите, ако звезда, погълната от черна дупка, наистина се сблъска с твърда повърхност. Кумар би казал, че ще бъде сходен с удрянето на обект срещу скала, създавайки интензивна кинетична енергия, която ще се излъчва като топлина и светлина в продължение на месеци - или дори години.
И все пак при сканиране на телескоп данни за три и половина години не бяха открити случаи на светлинните подписи, които той и Нараян изчисляваха, че ще бъдат пуснати, ако звездите ударят черна дупка с твърда повърхност. Въз основа на вероятността изследователите са предвидили, че е трябвало да намерят поне 10 примера за този период.
Кумар нарича това изследване, публикувано тази година в списанието „ Месечни известия на Кралското астрономическо общество“, „стъпка с добри размери“ към доказване съществуването на хоризонта на събитията. Но все още не е съвсем доказателство. Черната дупка с твърда повърхност теоретично би могла да съществува в рамките на изчисленията на изследването му. Но радиусът на тази повърхност би трябвало да е в рамките на около милиметър от радиуса на Шварцшилд на черната дупка, или точката, в която скоростта, необходима за избягване на гравитацията, би била равна на скоростта на светлината. (Забележете това, радиусът на Шварцшилд не винаги е същият като хоризонт на събитията, тъй като и други звездни обекти също имат гравитация).
"Ограниченията, които тази хартия поставя върху радиуса на възможна твърда повърхност - 4 хилядни процента извън радиуса на Шварцшилд за свръхмасивен компактен обект - са впечатляващи", казва Бернар Кели, астрофизик от НАСА, който не е участвал в това изследване.
Кумар вече има проучвания в тръбопровода, за да стесни тази граница още повече, до степен, при която би било почти сигурно, че не могат да съществуват черни дупки с твърда повърхност. Това за него би било надеждно доказателство, че традиционните черни дупки са единственият вид черни дупки, които заемат нашата Вселена. „Ако бъде завършен, по мое мнение почти ще затвори полето“, казва Кумар. "Ще имаме твърди доказателства, че теорията на Айнщайн е правилна."
