Чорні діри. Вісім наукових підтверджень, що вони дійсно існують

Чорна діра
Фото: wikipedia

Для деяких чорні діри звучать як наукова фантастика, але є серйозні докази, що підтверджують їхню реальність.

Чорні діри — загадковий, але дуже цікавий об'єкт для вивчення. Здається, що вони порушують всі закони відомої нам фізики, а тому багато хто не вірить в їх існування. Проте існує багато доказів, як прямих, так і непрямих, їхнього існування у Всесвіті, повідомляє Live Science

Передбачення Айнштайна

Альберт Айнштайн
Альберт Айнштайн
Фото: кора Земли

Про те, що чорні діри існують, заявив в 1916 році Карло Шварцшильд, який виявив, що чорні діри є неминучим наслідком загальної теорії відносності Айнштайна. Якщо теорія Айнштайна правильна, а поки що немає інших даних, чорні діри повинні існувати. Міцніший фундамент під цією теорією створили Роджер Пенроуз і Стівен Гокінг, які довели, що будь-який об'єкт, який колапсує в чорну діру, утворює сингулярність, у якій традиційні закони фізики порушуються. Згодом Пенроуз навіть удостоївся Нобелівської премії з фізики 2020 року "за відкриття того, що утворення чорних дір є наслідком прогнозів загальної теорії відносності".

Гамма-сплески

Гамма-сплеск
Гамма-сплеск
Фото: NASA

Ще в 1930-х роках індійський астрофізик Субраманіан Чандрасекар намагався з'ясувати, що відбувається із зіркою, коли у неї закінчиться її внутрішнє паливо. Він виявив, що все залежить від маси зірки. За даними астрофізиків NASA, якщо зірка великого розміру, наприклад, в 20 мас Сонця, то її щільне ядро, яке може бути в 3 або більше разів більшим за масу Сонця, стискається аж до появи чорної діри. Остаточне стиснення ядра відбувається за лічені секунди. При цьому звільняється величезна кількість енергії у вигляді гамма-сплеску. В результаті в космос випромінюється стільки ж енергії, скільки випромінює звичайна зірка за все своє життя. За допомогою наземних телескопів вчені виявили багато з цих сплесків, деякі з них прилетіли з галактик, які розташовані на відстані мільярдів світлових років. Учені кажуть, що так ми дійсно бачимо народження чорних дірок.

Гравітаційні хвилі

гравітаційні хвилі
Фото: NASA

Чорні діри іноді виникають парами, обертаючись одна навколо одної. В результаті їхньої спільної гравітаційної взаємодії виникає пульсація в просторі-часі, яка виходить назовні у вигляді гравітаційних хвиль. Це також передбачав у своїй теорії Альберт Айнштайн. Сучасні обсерваторії на Землі мають можливість виявляти ці хвилі. Вперше про гравітаційні хвилі, які виникли в результаті злиття двох чорних дір, оголосили в 2016 році. З тих пір вчені з'ясували, що існують і інші події, які створюють гравітаційні хвилі. Наприклад, зіткнення чорної діри та нейтронної зірки, яка сталася на відстані від 650 мільйонів до 1,5 мільярда світлових років від Землі.

Невидимий напарник

Фото: NASA

Безпосередньо чорні діри дуже важко виявити. Але зробити це можна за допомогою їхнього гравітаційного впливу на інші зірки. При спостереженні за подвійною зоряною системою HR 6819 у 2020 році, астрономи помітили дивну поведінку під час руху двох видимих зірок. Це можна було б пояснити тільки присутністю третього, невидимого об'єкта. Коли вчені вирахували його масу, яка перевищує масу Сонця як мінімум у 4 рази, вони зробили висновок, що там може бути тільки чорна діра. Це найближча до Землі відома чорна діра, яка розташована на відстані всього 1000 світлових років всередині нашої галактики.

Рентгенівське випромінювання

Чорна діра
Фото: NASA

Вперше спостережений доказ існування чорної діри було отримано в 1971 році після спостереження за подвійною зоряною системою Cygnus X-1, яка розташована в нашій галактиці. Ця система відправляє в космос одне з найяскравіших рентгенівських випромінювань у Всесвіті. Але випромінювання виходить не від самої чорної діри або її видимої зірки-компаньйона, маса якої в 33 рази більша за масу нашого Сонця. На думку вчених, речовина постійно відділяється від гігантської зірки і втягується в аккреційний диск навколо чорної діри, і саме від нього випромінюються рентгенівські промені. Згідно з розрахунками вчених, темний об'єкт з масою в 21 масу Сонця сконцентрований у такому маленькому просторі, що це не може бути нічим іншим, як чорною дірою.

Надмасивні чорні діри

Чорна діра
Фото: NASA

Крім чорних дір, які створені в результаті стиснення зірки, за даними вчених, з самого початку існування Всесвіту в центрах галактик ховалися надмасивні чорні діри, кожна з яких має мільйони або навіть мільярди мас Сонця. За даними NASA, чорні діри в цих галактиках оточені аккреаційними дисками, які виробляють інтенсивне випромінювання на всіх довжинах хвиль світла. Також існують свідчення того, що в центрі нашої галактики знаходиться чорна діра. А все тому, що в цій частині простору зірки обертаються з високою швидкістю біля маленького, але масивного об'єкта. За оцінками вчених, чорна діра в центрі Чумацького Шляху становить близько 4 мільйонів мас Сонця.

Спагетіфікація

Ще одне свідчення існування чорних дір — це спагетіфікація. Це процес, який відбувається, коли речовина потрапляє в чорну діру. Там величезна гравітаційна сила чорної діри розтягує речовину на тонкі нитки. У жовтні 2020 астрономи стали свідками такої події, коли зірка поруч з чорною дірою зникла в результаті спагетіфікації. Це сталося в галактиці на відстані 215 мільйонів світлових років від нас.

Пряме зображення

Надмасивна чорна діра в центрі галактики Мессьє 87
Надмасивна чорна діра в центрі галактики Мессьє 87
Фото: NASA

Переконливим доказом існування чорних дір стало пряме зображення надмасивної чорної діри з масою 6,5 мільярда мас Сонця в центрі активної галактики Мессьє 87, отримане в квітні 2019 року. Ця фотографія була зроблена мережею телескопів по всьому світу під загальною назвою Event Horizon Telescope.