Есть ли во Вселенной что-нибудь более странное, чем черные дыры? Эти причудливые гравитационные чудовища не только искривляют пространство и время — от их мощного притяжения не может вырваться даже свет. И наряду с этими умопомрачительными качествами, о которых вы скорее всего знали, черные дыры обладают массой еще более странных свойств, которые менее известны. И сегодня мы рассмотрим некоторые из наиболее поразительных характеристик и теоретических возможностей, касающихся этих необычных космических объектов.
Ну, не в смысле шевелюры конечно. В 1960-х годах физик Джон Уилер предположил, что черные дыры «не имеют волос», имея в виду, что каждый конкретный космический объект можно отличить от своих собратьев только по его вращению, угловому моменту и массе. Любая другая отличительная информация о черной дыре считается ее «волосом», и считается, что она исчезает за непроницаемым горизонтом событий черной дыры — сферой вокруг нее, за которую ничто, включая свет, не может выйти.
Вернемся в 2016 год, когда знаменитый физик Стивен Хокинг предположил, что черные дыры на самом деле имеют «роскошную прическу», сделанную из призрачных частиц с нулевой энергией, и что эта «волосатая» агломерация содержит информацию о материале, который потребила черная дыра. Эта гипотеза не была доказана, но могла бы помочь разрешить давний парадокс о том, что происходит с веществом, попавшим в пасть черной дыры.
Черные дыры создают фонтаны
Предполагается, что ничто не может избежать мощной гравитационной хватки черной дыры. Но это относится только к материалу, который забрался за ее горизонт событий. Многие черные дыры на самом деле окружены потоками газа и пыли, которые кружат вокруг дыры, как вода, спускающаяся в слив в раковине. Трение в этом материале генерирует тепло, которое создает вспенивающиеся штормовые структуры в газе и пыли. Недавние наблюдения показывают, что это движение также производит дугообразные кольца, которые окружают внутренние столбы материи, выстреливающие вещество в космос, сильно напоминая фонтаны.
Черные дыры могут испаряться
Квантовая механика предоставляет частицам еще один способ вырваться из черной дыры. Согласно теории, пары субатомных частиц постоянно рождаются и исчезают вокруг горизонта событий черной дыры. И время от времени случается так, что одна из родившихся частиц падает в черную дыру, вынуждая по закону сохранения энергии своего партнера удаляться от нее с чрезвычайно высокой скоростью, лишая тем самым черную дыру крошечного количества энергии.
Такой необычный процесс назвали излучением Хокинга в честь Стивена Хокинга, который открыл это явление. Поскольку энергия пропорциональна массе, этот процесс на самом деле может привести к тому, что черная дыра будет сжиматься и в конечном итоге испарится в течение длительного периода времени.
Черные дыры могут быть окружены стеной огня
Одна из проблем с излучением Хокинга состоит в том, что оно вызывает у физиков много головной боли. Субатомные частицы, производимые этим излучением, квантово запутываются, а это означает, что то, что происходит с одной из них, немедленно «ощущается» другой. Итак, что «чувствует» частица, которая улетела от черной дыры, когда ее партнер оказывается втянут в бесконечно плотную точку? Никто не знает. Одна из теорий утверждает, что черная дыра разрывает запутывание частиц, в результате чего, согласно законам квантовой механики, будет образовываться безумное количество энергии. Это, в свою очередь, означает, что все черные дыры окружены бурлящими стенами огня.
Черная дыра может уничтожать информацию
Трудно сопоставить сокрушительную массу черных дыр с законами квантовой механики, согласно которым информация о частицах никогда не может быть уничтожена. Но материал, который попадает за горизонт событий черной дыры, должен быть навсегда потерян для Вселенной. Это условие известно как информационный парадокс черной дыры, и его разрешение до сих пор ускользает от ученых. Недавние исследования показывают, что информация, которая хранится внутри черной дыры, может быть передана исходящим частицам-партнерам в излучении Хокинга, однако окончательного ответа на этот парадокс не было найдено.
Черные дыры могут состоять из темной материи
Вскоре после Большого взрыва в сверхплотной молодой расширяющейся Вселенной должно было образоваться множество крошечных первичных черных дыр. Поскольку это были бы массивные не излучающие свет объекты, некоторые физики предположили, что эти первичные черные дыры могли бы объяснить темную материю — тот таинственный материал, который отвечает за большую часть вещества в космосе. Но эта идея спорна, учитывая, что данные Лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) исключили Вселенную, заполненную множеством крошечных черных дыр. Возможно, в ней все еще скрываются черные дыры средних размеров, хотя наблюдения показывают, что они могут отвечать не более чем за 10% темной материи.
Материя может отправиться в будущее в черной дыре
Черные дыры сталкиваются с проблемой бесконечности — масса черной дыры сжимается в бесконечно плотную точку, которая бесконечно мала по размеру. Физически это не имеет никакого смысла, поэтому исследователи искали альтернативные структуры, чтобы объяснить черные дыры. Одно из предположений известно как квантовая петлевая гравитация, которая предполагает, что ткань пространства-времени очень сильно искривлена вблизи центра черной дыры. Это приводит к тому, что часть дыры расширяется в будущее, а это означает, что материя, засасываемая в нее, будет двигаться вперед во времени. Увы, до сих пор эта идея «галактической машины времени» остается теоретической.
Ученые могут обнаружить черные дыры из другой Вселенной
Одно весьма спорное наблюдение предполагает, что наша Вселенная является далеко не самой первой в своем роде. Более ранние Вселенные, возможно, существовали до нашей и тоже содержали черные дыры. Известный физик из Оксфордского университета, Роджер Пенроуз, утверждал, что космическое фоновое излучение — энергетический реликт, оставшийся после Большого Взрыва — содержит отпечатки этих черных дыр из прошлого. Однако другие ученые утверждают, что данные Пенроуза — не более чем случайный шум, но все еще такая возможность остается интригующей.
У нас есть рисунок
Да, выглядит такая фотография конечно бледнее того великолепия, что показали нам в Интерстелларе, но все еще это реальное изображение самой настоящей черной дыры в центре галактики Messier 87. Для получения этого фото пришлось задействовать 7 крупных телескопов, охватывающих всю Землю, которые за 60 часов наблюдений собрали более 10 петабайт данных, после обработки которых и получилось фото выше. Разумеется, оно сделано в ложных цветах, чем ярче оттенок — тем выше температура.
