Обнаружены сотни черных дыр в шаровом скоплении звезд

Новое исследование, проведенное учеными из Университета Суррея, Великобритания, проливает свет на шаровое скопление звезд, в котором могут находиться сотни черных дыр – явление, которое до настоящего времени считалось невероятным. Шаровые скопления звезд представляют собой сферические образования из звезд, которые обращаются вокруг центра галактики. Используя современные методы компьютерного моделирования, команда ученых во главе с Миклосом Петеном из Университета Суррея смогла выявить присутствие черных дыр, недоступных наблюдениям, в шаровом скоплении звезд, известном как NGC 6101. Каждая из этих черных дыр в несколько раз крупнее Солнца, и формирование этих объектов происходило в результате коллапса массивных звезд в конце их жизненного цикла.

Ранее предполагалось, что эти черные дыры почти все без исключения должны быть вытолкнуты за пределы родительского звездного скопления в результате взрывов сверхновых.

Лишь в 2013 г. астрономы смогли начать различать индивидуальные черные дыры внутри звездных скоплений, благодаря редкому явлению, при котором звезда-компаньон отдает свою материю черной дыре. Используя этот метод, исследователи показали, что в шаровом скоплении NGC 6101 присутствует несколько сотен черных дыр, опровергая прежние теории формирования черных дыр.

Согласно этим результатам в центрах звездных скоплений, где высока концентрация черных дыр, происходят слияния черных дыр, сопровождающиеся излучением гравитационных волн, считают авторы работы.

Искусственная черная дыра создана в лаборатории

Идея о том, что черные дыры все-таки испускают какие-то частицы, существует с 1974 года, когда вычисления Стивена Хокинга с использованием квантовых методов показали, что черные дыры на самом деле "излучают" частицы в космос, а со временем должны и вовсе исчезнуть. Но реально подсчитать уровень этого излучения практически невозможно из-за расстояний, а поэтому излучение Хокинга оставалось гипотезой 42 года. Эксперимент Штенхауэра показал, что, скорее всего, Хокинг прав.

В своем эксперименте израильский физик создал симулированную "черную дыру", способную всасывать звук. Чтобы сделать это, Штенхауэр направил лазер, состоящий из атомов рубидия, через окружающую среду, охлажденную до абсолютного нуля. Атомы двигались быстрее скорости звука, поэтому звуку трудно проникнуть сквозь этот поток. "Это как плыть против течения, - объясняет Штенхауэр. - Если река течет быстрее, чем вы плывете, то вы все равно начинаете двигаться назад, хотя вам кажется, что плывете вперед". А это значит, что часть звука выталкивается из "черной дыры", что противоречит существующему сейчас научному консенсусу о том, что реально происходит в этих космических объектах.

Теория излучения Хокинга основана на существовании "виртуальных частиц", аналога частиц, вроде фотонов, описанных квантовой механикой. Если принять во внимание эксперимент Штенхауэра, вполне возможно, что в реальную черную дыру фотон засасывается, а его виртуальный партнер наоборот отбрасывается в космос. Именно это и предполагает теория Хокинга. Так что если результаты Штенхауэра выдержат проверку и следовательно будут найдены доказательства существования излучения, Стивен Хокинг может, наконец, получить свою первую нобелевскую премию. Статья Штенхауэра выложена для обозрения и рецензирования на arXiv.org. Первые рецензии уже поступили, как крайне позитивные, так и скептические.

История черной дыры, рассказанная космическими «кляксой» и «пузырем»

Две космические структуры демонстрируют признаки примечательного изменения в поведении сверхмассивной черной дыры, лежащей в далекой галактике. Используя данные, полученные при помощи космической рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и других телескопов, астрономы собирают в единое целое сведения, которые предоставляет им наблюдение космической «кляксы» и газового пузыря, чтобы при помощи этих сведений получить представление о былой активности гигантской черной дыры и её влиянии на родительскую галактику.

«Зеленая клякса» (Green Blob), знаменитая космическая структура, которую также называют "Hanny"s Voorwerp" («Объект Ханни», нидерл.), расположена на расстоянии примерно 650 миллионов световых лет от Земли. Этот объект был открыт в 2007 г. нидерландской школьной учительницей Ханни ван Аркел в рамках citizen-science проекта (проекта наблюдений галактик с привлечением астрономов-любителей) под названием Galaxy Zoo.

Астрономы считают, что вспышка УФ и рентгеновского излучений, произошедшая на сверхмассивной черной дыре, расположенной в центре галактики IC 2497 (всего лишь 200000 световых лет от нас) перевела в возбужденное состояние атомы кислорода, находящиеся внутри газового облака, что и сообщило «Зеленой кляксе» её изумрудный оттенок. В настоящее время эта черная дыра медленно растет и уже не способна произвести достаточно излучения, чтобы вызвать свечение такой яркости.

Новые наблюдения, проведенные при помощи обсерватории «Чандра», демонстрируют, что эта черная дыра до сих пор производит большие количества энергии, хотя и не способна более вспыхнуть с такой яркостью, как «в молодости». Свидетельством таких изменений в активности черной дыры стал горячий газ, находящийся в центре галактики IC 2497, обнаруженный на снимках с продолжительной экспозицией, сделанных при помощи «Чандры». В центре источника рентгеновского излучения находится менее горячий газ, который ученые интерпретируют как большой газовый пузырь.

Астрономы считают, что этот пузырь мог быть сформирован в результате воздействия пары джетов, испускаемых черной дырой, на окружающий её раскаленный газ. Таким образом, черная дыра перешла от рассеивания энергии во все стороны к концентрированному выделению энергии в узких пучках, называемых джетами.

Стивен Хокинг назвал черные дыры путем в альтернативную Вселенную

Ученый согласовал этот вывод с гипотезой о том, что черные дыры не безвозвратно поглощают информацию, позволяя ее фотонам вырываться наружу. Британский астрофизик Стивен Хокинг в своей новой работе высказал предположение, что черные дыры являются вратами в другую вселенную.

Черные дыры не так страшны, как принято считать, а поглощенная ими материя попадает в иную вселенную: с таким утверждением выступил Хокинг в опубликованной в журнале Physical Review Letters работе, написанной совместно с физиками Эндрю Строминджером из Гарварда и Малкольмом Перри из Кембриджского университета.

Если теория Хокинга, получившая одобрение его коллег, верна, то она поможет решить один из главных парадоксов, касающихся черных дыр. Хокинг опровергает теорию, что все, что попадает в черную дыру, исчезает в ней бесследно и безвозвратно.

Ученые с 60 годов XX века описывают одну из граней этого феномена формулировкой «черная дыра не имеет волос», которая означает, что все черные дыры с одинаковым зарядом, массой и скоростью вращения будут описываться и выглядеть одинаково.

В 1975 году Хокинг допустил, что черные дыры будут постепенно исчезатьиз-за квантовых эффектов у их горизонта событий, испуская энергию в виде излучения. Эта гипотеза, между тем, породила проблему для теоретиков. Суть ее в том, что испарение черных дыр и рождение излучения подразумевает, что почти вся информация о квантовом состоянии частиц, поглощаемых черной дырой, за исключением их массы, заряда и скорости вращения, будет безвозвратно теряться, что противоречит законам квантовой физики.

Однако, пишет сейчас Хокинг, дело обстоит не совсем так. По мнению ученого, часть поглощенной черными дырами информации будет просачиваться наружу в виде фотонов с почти нулевой энергией, остающихся на месте испаряющейся черной дыры — это явление он называет «мягкие волосы». Таким образом, храниться информация будет на границе этой области, называемой горизонтом событий. Фотоны будут выступать переносчиками информации, на них будут записаны данные о свойствах частиц, «съеденных» черной дырой.

«Черные дыры не являются вечной тюрьмой, как ранее думали, — говорил Хокинг в 2015 году. — Если вам кажется, что вы попали в черную дыру, не сдавайтесь. Есть выход». Однако, согласно его теории, не произойдет возврата в наш мир, в исходную точку: субъект окажется в неком ином альтернативном пространстве.

Теория Хокинга о сохранении информации позволяет сохранить незыблемыми некоторые принципы нашей Вселенной. Если было бы возможно уничтожить информацию, то можно было бы предположить, что и прошлого не существует в принципе. «Это то самое прошлое, которое напоминает нам, кто мы такие. Без него теряется наша идентичность», — сказал астрофизик.

«Мягкие фотоны» присутствуют во Вселенной в огромном количестве, но из-за их сверхмалой энергии заметить их крайне трудно, а считать с них информацию и вовсе невозможно.

Идея «мягких волос» Хокинга не полностью решает информационный парадокс — остается неясно, куда она уходит. Но теория все же дает инструменты для решения этой задачи, помогая избежать фантастических домыслов и остаться в рамках научных знаний современной физики.

Ученые зафиксировали интенсивный ветер в окрестностях черной дыры

В окрестностях самой близкой к Земле черной дыры ученые-астрофизики из Британии зафиксировали интенсивное дуновение космического ветра. Об этом специалисты сообщили на страницах научного издания Nature.

Черная дыра, получившая название V404 Лебедя, расположенная в 8 тыс. световых лет от нашей планеты, начала функционировать в июне прошлого года спустя около четверти века, пробыв в, так называемом, «спящем режиме». После «спячки» ученые приступили к изучению Лебедя, регистрируя постоянно данные о росте черной дыры, по мере того, как ее гравитационное поле проглатывает соседнее светило.

Однако недавно астрономы из Саутгемптонского университета смогли зафиксировать первые оптические измерения аккреционного диска V404 Лебедя. Получить данные о черной дыре удалось астрофизикам при помощи самого Большого оптического 10,4-метрового инфракрасного телескопа (GTC), установленного на Канарских островах в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос.

В итоге ученые смогли обнаружить в окрестностях близрасположенной к Земле черной дыры образование интенсивного ветра, в состав которого входят нейтральные материалы, такие как гелий и водород. В ходе исследований ученые пришли к выводу, что подобное наличие ветра во внешних слоях аккреционного диска V404 наблюдается впервые в системе данного типа, так как скорость космического дуновения составляет, приблизительно, 3000 км/сек. Высокая скорость, как отмечают астрономы, не позволяет ветру покинуть гравитационное поле, расположенное вокруг Лебедя.

Ученые измерили массу черной дыры, которая в 660 миллионов раз массивнее Солнца

Черная дыра примерно в 660 миллионов раз массивнее Солнца и окружена облаком газа, которое движется вокруг этой черной дыры со скоростью порядка 1,8 миллиона километров в час. Эта сверхмассивная черная дыра находится в центре галактики под названием NGC 1332, которая лежит на расстоянии 73 миллиона световых лет от Земли. В новом исследовании международная команда астрономов во главе с Эндрю Дж. Бейкером измерила массу этой черной дыры с беспрецедентной точностью.

Эти новые наблюдения были проведены при помощи массива радиотелескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Чили, который представляет собой крупнейший в мире астрономический проект, включающий 66 радиоантенн, расположенных на высоте примерно 5 километров над уровнем моря.

Чтобы понять природу сверхмассивных черных дыр, ученым приходится, в том числе, проводить точные измерения масс этих загадочных объектов. Это помогает ученым определить, растет ли черная дыра быстрее или медленнее родительской галактики. Если масса черной дыры измерена неточно, то исследователи могут получить некорректные выводы относительно её происхождения.

Чтобы измерить массу центральной черной дыры галактики NGC 1332, ученые использовали полученные при помощи телескопа ALMA изображения высокого разрешения, на которых представлены карты распределения излучения, испускаемого монооксидом углерода, расположенном в гигантском диске холодного газа, обращающемся вокруг черной дыры. Они также измерили скорость этого газа.

Бейкер и его команда подали заявку на использование мощностей обсерватории ALMA для наблюдений других черных дыр. Право на использование этого телескопа для наблюдений предоставляется ученым, подавшим заявки, по итогам ежегодного международного конкурса проектов.

Телескоп "Ферми" зафиксировал свет от слияния черных дыр, ставших источником гравитационных волн.

В сентябре прошлого года лаборатория LIGO зафиксировала сигнал гравитационных волн, источником которых стали слившиеся черные дыры. Менее половины секунды спустя Gamma-ray Burst Monitor, который находится на борту телескопа "Ферми", зафиксировал короткий всплеск света в том же районе. Сообщение об этом было опубликовано на сайте NASA.

 Как сообщают в NASA, "анализ этой вспышки предполагает вероятность случайного совпадения лишь в 0,2%". По словам исследователей, если окажется, что гамма-лучи исходят от слияния черных дыр, это станет знаковым событием, поскольку раньше считалось, что этот процесс происходит без излучения какого-либо света. Читайте также: Черные дыры могут поддерживать жизнь в окружающих их планетах – ученые Ученые заявляют о том, что на данный момент шанс на то, что теория не подтвердится, очень мал, но для окончательного ее подтверждения необходимо проследить за другими черными дырами, которые находятся в процессе слияния.

Ученые заявляют о том, что на данный момент шанс на то, что теория не подтвердится, очень мал, но для окончательного ее подтверждения необходимо проследить за другими черными дырами, которые находятся в процессе слияния.

Гравитационные волны были обнаружены детекторами LIGO. Они были порождены парой сливающихся черных дыр, чьи массы в 29 и 36 раз превышали солнечную, на расстоянии в 1,3 миллиарда световых лет от Земли. За доли секунды примерно три солнечных массы превратились в гравитационные волны, максимальная мощность излучения которых была примерно в 50 раз больше, чем от всей видимой Вселенной.

Теперь мы можем предсказать, когда нейтронная звезда родит черную дыру.

Нейтронная звезда — это одна из самых мощных, загадочных и, если честно, страшных вещей во Вселенной. Состоящая из нейтронов чуть менее, чем полностью, без чистого электрического заряда, она является заключительным этапом в жизненном цикле гигантской звезды, рожденной в огненных взрывах сверхновых. Они также представляют собой одни из самых плотных объектов во Вселенной, что зачастую приводит к тому, что они становятся черными дырами.

Некоторое время астрономы не понимали этот процесс, не зная, где или даже когда нейтронная звезда может пройти эту окончательную трансформацию. Но благодаря недавнему исследованию, проведенному группой ученых из Университета Гете во Франкфурте, Германия, теперь может стать возможным определение абсолютной максимальной массы, которая нужна нейтронной дыре для коллапса с последующим рождением черной дыры.

Как и все остальное, связанное с нейтронными дырами, процесс, который превращает их в черные дыры, совершенно непонятен для астрономов и часто вызывает восхищение пополам с недоумением. Масса самых плотных объектов во Вселенной не может расти неограниченно — любое увеличение массы должно приводить к увеличению плотности.

Как правило, этот процесс приводит к тому, что нейтронная звезда достигает нового состояния равновесия, либо к тому, что невращающаяся нейтронная звезда начинает вращаться. Последний эффект позволяет ей оставаться стабильной дольше, так как дополнительная центробежная сила помогает сбалансировать интенсивную гравитационную работу в недрах звезды.

Но даже этот процесс не может длиться вечно. Профессор Лучано Рецолла из Университета Гете говорит следующее:

«Если звезда не вращается, эту [предельную] массу несложно рассчитать, и называется она максимальной невращающейся массой, или M_TOV. Но это не самая большая возможная масса, поскольку если звезда вращается, она может выдержать большую массу, чем невращающаяся звезда. Впрочем, даже в этом случае есть ограничение в виде ограниченной массы, которую может иметь звезда при вращении, прежде чем будет разорвана центробежной силой. Следовательно, абсолютная и самая большая масса, которую может набрать нейтронная звезда, известна как «максимальная масса максимально вращающейся конфигурации», или M_max. Это самая большая возможная масса самой быстро вращающейся модели. Представьте, что вы создали такую модель: если вы добавите к ней один атом, она коллапсирует в черную дыру, а если раскрутите чуть больше, то разорвется на части».

По мере того как нейтронные звезды накапливают массу, скорость их вращения увеличивается; и здесь тоже есть предел. Рано или поздно нейтронная звезда достигнет максимальной массы и неизбежно коллапсирует в черную дыру. К сожалению, в прошлом астрономы не могли определить значение этой предельной массы.

Причина этому в том, что такая максимальная величина зависит от уравнения состояния вещества, составляющего звезду. Это уравнение описывает термодинамическое состояние вещества при заданном наборе физических условий — температуры, давления, объема или внутренней энергии. И хотя астрономы убедились с определенной долей вероятности, какой должна быть максимальная масса невращающейся звезды, они не смогли рассчитать максимальную массу для звезд, которые вращаются.

Короче говоря, они не смогли определить, какая масса необходима вращающейся нейтронной звезде, чтобы превзойти максимальную скорость вращения и сформировать новую черную дыру.

«Отчего в прошлом было сложно рассчитать M_max, — объясняет Рецолла, — так это оттого, что ее значение отличалось в зависимости от того, что составляет нейтронную звезду, а этого мы действительно не знаем. Вещество нейтронной звезды настолько отличается от того, что мы знаем, что мы можем лишь предполагать; к сожалению, предположений тоже очень много. Так что получались разные значения».
Но в своем исследовании под названием «Максимальная масса, момент инерции и компактность релятивистских звезд», которое появилось в ежемесячных заметках Королевского астрономического общества, Рецолла и Козима Брю из Университета Гете утверждают, что теперь стало возможным вывести максимальную массу быстро вращающейся звезды.

В своем исследовании Рецолла и Брю опирались на недавнюю работу астрономов, которые показали, что можно выразить свойства звездных равновесных конфигураций, которые не зависят от конкретного уравнения состояния их массы. Короче говоря, эти исследования показали, что могут быть «универсальные уравнения», если говорить о равновесии звезд.

В результате они смогли показать, что можно предсказать максимальную массу быстро вращающейся нейтронной звезды, просто принимая во внимание максимальную массу нейтронной звезды в соответствующей невращающейся конфигурации. Однако даже с учетом доступных данных, отмечает Рецолла, нужен был свежий взгляд:

«Универсальные отношения просто утверждают, что объекты, которые очевидно отличаются, имеют много общего. К примеру, хотя мы отличаемся от других млекопитающих, скажем, свиней, наш геном имеет огромное количество общих черт, потому что мы синтезируем те же белки, дышим тем же воздухом и так далее. И значит, если мы поймем, как работает гемоглобин у одних млекопитающих, это можно применить к намного большему их числу. В случае с нейтронными звездами все указывает на то, что применимо универсальное отношение между M_max и M_TOV. Если точно, мы выяснили, что M_max = 1,203 +- 0,022 M_TOV».
Выводы ученых, вероятно, будут иметь интересные последствия для будущих астрономических исследований. Для начала знание максимальной массы нейтронной звезды будет полезно для анализа сигналов гравитационных волн, произведенных нейтронными звездами, что позволит астрономам извлекать информацию из этого уравнения состояния до того, как объект коллапсирует в черную дыру.

Кроме того, это будет полезно для определения момента инерции нейтронных звезд, то есть для выяснения массы, необходимой для начала вращения звезды. Ученые смогут с большей точностью знать, когда нейтронная звезда начинает вращаться, и с большей точностью прогнозировать, останется ли она вращаться или коллапсирует в черную дыру. Прогнозировать место появления черных дыр — весьма полезная затея. Можно считать это еще одним шагом к пониманию того, как работает наша загадочная и грандиозная Вселенная.

Сверхмассивные чёрные дыры

Чёрной дырой называют область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не может даже свет. Разросшиеся до гигантских размером чёрные дыры образуют ядра большинства галактик. Сверхмассивная чёрная дыра — это чёрная дыра с массой около 105—1010 масс Солнца. По состоянию на 2014 год сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая наш Млечный Путь.

Самая тяжёлая сверхмассивная чёрная дыра за пределами нашей галактики находится в галактике в гигантской эллиптической галактики NGC 4889 в созвездии Волосы Вероники. Её масса — около 21 млрд солнечных масс!

На этом снимке — галактика NGC 4889 находится в центре. Где-то там притаился тот самый гигант.

Общепринятой теории образования чёрных дыр такой массы ещё нет. Существует несколько гипотез, наиболее очевидной из которых является гипотеза, описывающая постепенное наращивание массы чёрной дыры путём гравитационного притяжения материи (обычно газа) из космического окружающего пространства. Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме.

Спиральная галактика NGC 4845 (тип Sa) в созвездии Дева, находящаяся на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли. В центре галактики находится сверхмассивная чёрная дыра с массой около 230 000 солнечных масс.

Космическая обсерватория Chandra (Chandra X-ray Observatory, NASA) не так давно предоставила доказательства о том, что многие сверхмассивные черные дыры вращаются с огромной скоростью. Измеренная скорость вращения одной из черных дыр — 3.5 трлн. миль/час — это примерно половина скорости света, а её невероятная гравитация тянет за собой окружающее пространство на много миллионов километров.

Спиральная галактика NGC 1097 в созвездии Печь. В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая в 100 миллионов раз тяжелее нашего Солнца. Она засасывает в себя любую материю в окру́ге.

Мощнейший квазар в галактике Маркарян 231 может получать энергию от двух расположенных в центре черных дыр, которые кружатся вокруг друг друга. Согласно подсчетам ученых, масса центральной черной дыры превышает солнечную массу в 150 миллионов раз, масса черной дыры-спутника больше солнечной в 4 миллиона раз. Этот динамический дуэт поглощает галактическую материю и вырабатывает огромное количество энергии, вызывающее сияние в центре галактики, способное затмить сияние миллиардов звезд.

Квазары — самые яркие источники во Вселенной, свет которых ярче чем сияние их галактик. Есть гипотеза, что квазары представляют собой ядра далеких галактик на стадии необычно высокой активности. Квазара в центре галактики Маркарян 231 — это самый близкий к нам подобный объект и проявляет себя как компактный радиоисточник. Ученые оценивают его возраст всего в миллион лет. 

Гигантская эллиптическая галактика M60 и спиральная галактика NGC 4647 выглядят очень странной парой. Они обе находятся в созвездии Дева. Яркая M60, находящаяся на расстоянии около 54 миллионов световых лет от нас, имеет простую форму яйца, которая создаётся беспорядочно роящимися старыми звёздами. NGC 4647 (вверху справа), напротив, состоит из молодых голубых звёзд, газа и пыли, которые расположены в закрученных рукавах плоского вращающегося диска.

В центре М60 находится сверхмассивная черная дыра, имеющая 4,5 млрд солнечных масс.

Джеты далекой черной дыры показались в свечении ранней Вселенной

Рентгеновская обсерватория NASA "Чандра" обнаружила мощный джет, посланный черной дырой, когда возраст Вселенной составлял всего 2,7 млрд лет. В тот период жизни ранней Вселенной формировались сверхмассивные черные дыры, выбрасывающие мощные струи джетов в пространство.

При помощи космического телескопа "Чандра", просматривающего космос в рентгеновском диапазоне, ученым NASA удалось рассмотреть джет сверхмассивной черной дыры, которая выпустила струю материи в пространство на заре формирования Вселенной. На тот момент Вселенная прожила всего пятую часть ее современного возраста, хотя остаточное излучение было достаточно интенсивным, сообщается в официальном пресс-релизе NASA.

Джет был замечен на удалении как минимум в 300 тысяч световых лет от Земли, данное излучение является одним из старейших, которое когда-либо могли наблюдать земные телескопы. В настоящий момент астрофизики продолжают исследовать процесс излучения джетами х-лучей, однако понятно ученым одно, что струи электронов путешествуют со скоростью света за сотни тысяч световых лет, чтобы донести до Земли свет далекой черной дыры.

В первые несколько миллиардов лет после Большого взрыва Вселенная была наполнена космическим микроволновым фоновым излучением большей интенсивности, чем сегодня. Обычно реликтовое излучение удается поймать только радиотелескопом, отмечают ученые. Изучение подобных реликтовых джетов может рассказать ученым о процессе эволюции черных дыр за миллиарды лет пути.

Астрофизики вычислили параметры величайшей черной дыры

С помощью орбитальных и наземных телескопов, включая космический телескоп «Хаббл», ученым удалось произвести точные замеры так называемого горизонта событий центральной черной дыры в эллиптической галактике NGC 4889.

Как сообщается на сайте «Хаббла», используя это устройство, ученые смогли определить пределы горизонта событий самой крупной черной дыры из известных в настоящее время науке, то есть фактически — вычислить ее диаметр.

Принято считать, что многие массивные галактики содержат в центральной части минимум одну сверхмассивную черную дыру. Пока остается загадкой, вследствие чего они образуются. На основе наблюдений за окружающим дыры искривленным пространством можно сделать вывод, что их масса обычно колеблется от миллиона до нескольких миллиардов масс Солнца.

Прежде звание крупнейшей черной дыры принадлежало центральному объекту галактики М87, входящей в созвездие Девы и удаленной от Земли на 53 миллиона световых лет. Теперь ее показатели побила черная дыра, принадлежащая галактике NGC 4889 из созвездия Волосы Вероники. Эта галактика расположена на расстоянии около 335 миллионов световых лет от Земли. По предыдущим данным, возможная масса черной дыры варьировалась от 9,8 миллиарда солнечных масс до 27 миллиардов. Препятствием при измерении массы является текущее «мертвое» состояние галактики NGC 4889. Причиной этого стало уничтожение черной дырой всех запасов холодного газа, служащего материалом для образования новых звезд. В настоящее время она «простаивает без дела», почти не захватывая космического вещества и не выделяя излучений в виде раскаленных частиц плазмы.

Последние замеры, осуществленные с применением «Хаббла» и комплекса других телескопов, дали возможность вычислить расположение горизонта событий этого объекта — участка сферы, в котором сосредоточена гравитационная мощь черной дыры. Пересекая его, материя и свет навсегда поглощаются. Диаметр сферы, именуемый физиками как «шварцшильдовский», это и есть, по сути, аналогичный параметр черной дыры, который позволяет точнее определить ее массу.

Судя по результатам исследования, данный объект действительно обладает гигантскими размерами: за границами ее горизонта без труда разместился бы десяток Солнечных систем, следующих одна за другой. Диаметр черной дыры равен 130 миллиардам километров. Для примера, черные дыры, которые породили недавно обнаруженные гравитационные волны, имели диаметр около 200 километров. Исходя из этого показателя, черная дыра обладает массой 21 миллиард солнечных масс, что чуть ниже максимальных предполагаемых ранее значений. Но все же это не исключает, что галактика NGC 4889 хранит в себе одну из самых огромных черных дыр.

Ученые создали аналог черной дыры

Исследователи из Гарвардского университета и компании Raytheon BBN Technology обнаружили, что заряженные частицы, обеспечивающие перенос электрического заряда по поверхности графена высокой степени чистоты, ведут себя подобно жидкости, обладающей некоторыми релятивистскими свойствами.

Данное открытие может привести к появлению новых технологий эффективного преобразования тепла в электрическую энергию и к более экзотическим вещам, к примеру, чипов, на поверхности которых можно смоделировать некоторые аспекты поведения сверхновых звезд, черных дыр и других астрономических объектов.

Известно, что графен является очень легким и прочным материалом, он имеет высокие показатели электрической и тепловой проводимости, он одновременно и прочен и гибок. Столь уникальный набор характеристик этого материала позволяет рассматривать его в качестве альтернативной замены кремнию в электронике или литию в аккумуляторных батареях. Кроме этого, тросы для первого космического лифта, когда он будет построен, могут быть изготовлены из графена или его ближайшего "родственника" - углеродных нанотрубок.

Исследователи, возглавляемые профессором Филипом Кимом (Prof. Philip Kim), нашли еще один способ получения высококачественных листов графена и использовали это для обнаружения еще одного примечательного свойства этого материала. Они выяснили, что при некоторых условиях частицы, переносящие электрический заряд по поверхности графена, ведут себя больше как жидкость, вместо того, чтобы отталкиваться друг от друга, эти частицы сталкиваются между собой триллионы раз в секунду.

Группа профессора Кима изолировала единственный слой графена, защитив его с обеих сторон слоями нитрида бора, прозрачного кристаллического материала, известного под названием "белый графен" из-за его подобных свойств и атомарного строения. Специально оставленные без защитного слоя концы листа графена были покрыты ионизированными заряженными частицами и, благодаря этому, ученым удалось наблюдать воочию за процессами движения электрических зарядов, которые возникали под воздействием приложенного извне электрического потенциала и потоков тепла.

Когда большинство из материалов подвергается воздействию электрического поля, отрицательно заряженные электроны и их антиподы, электронные дыры, движутся в противоположных направлениях. Однако, при некоторых условиях, к примеру, под воздействием тепла из внешнего источника, эти носители отрицательного и положительного зарядов начинают двигаться в одном направлении. Но в любом случае заряженные частицы в нормальных условиях практически не взаимодействуют друг с другом.

Однако, двухмерная природа и сотовидная структура графена высокой чистоты вынуждают заряженные частицы двигаться в одном и том же направлении, сталкиваясь между собой с большой частотой, формируя нечто вроде сильно взаимодействующей квазирелятивистской плазмы, известной под названием жидкости Дирака. "Физика, которую мы обнаружили, изучая черные дыры и теорию суперструн, была найдена и на поверхности графена" - рассказывает Эндрю Лукас (Andrew Lucas), один из исследователей, - "Это является первым образцом релятивистской гидродинамической системы в металлическом материале".

Обнаруженные на графене эффекты релятивистской гидродинамики могут быть использованы для создания чипов, работающих на несколько отличающихся от традиционной электроники принципах. Это, в свою очередь, позволит не только обеспечить высочайшее быстродействие этих чипов. Эти чипы могут быть использованы в качестве испытательных средств для экспериментов, раскрывающих суть сложных квантовых явлений, проявления которых до этого времени были найдены лишь в некоторых видах астрономических объектов.

Хаббл помог «рассмотреть» одну из самых больших черных дыр

Космический телескоп Хаббл дал астрономам возможность подробно рассмотреть галактику, внутри которой находится сверхмассивная черная дыра. Огромная черная дыра в галактике NGC 4889 – одна из нескольких в скоплении.

 Специалисты НАСА заявляют, что почти в каждой галактике в центре есть такие черные дыры «массой больше 1 миллиона солнц». Черная дыра в NGC 4889 достигает 130 миллиардов километров в диаметре, но увидеть ее на фото невозможно. И все же ученым удалось измерить ее габариты благодаря данным о скорости звезд, которые движутся вокруг нее. Ученые говорят, что эта черная дыра – одна из самых больших из всех известных сегодня. 

Ученые говорят, что этот объект разрушает гипотезу о том, что черные дыры всегда поглощают окружающую материю. Эта «заморожена» в течение миллиардов лет – вокруг нее спокойно формируются звезды из оставшегося от ее деятельности газа. Орбиты звезд вокруг черной дыры не нарушаются. Впрочем, столкновение с другой галактикой может «реактивировать» ее, считает Роланд ван дер Марел (Roeland van der Marel), глава миссии WFIRST, части проекта Хаббл в Балтиморе.

Ученые выяснили, как ведут себя черные дыры-"бублики"

Физики выяснили, что черные дыры в пяти измерениях могут превращаться в необычные "бублики", распад которых позволил бы заглянуть за горизонт событий и увидеть внутреннюю часть черной дыры, что считалось невозможным с точки зрения теории относительности.

Физики-теоретики построили первую модель экзотической черной дыры-"бублика", которая, как оказалось, будет нарушать постулаты теории относительности Эйнштейна в пяти и более многомерном пространстве, и будет видна для наблюдателей извне, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

"Если так называемые голые сингулярности существуют, то тогда общая теория относительности просто перестает работать. И если она больше не работает, то падает вся построенная физика – мы больше ничего не сможем предсказать, что происходит во Вселенной. В таком случае мы больше не сможем воспринимать ОТО в качестве единственной теории, описывающей поведение бытия", — заявил Саран Туньясувунакул (Saran Tunyasuvunakool) из Кембриджского университета (Великобритания).

Туньясувунакул и его коллеги заявляют, что подобные "голые сингулярности" могли бы существовать во Вселенной, если бы у нее было пять или более измерений, просчитав поведение крайне необычной черной дыры при помощи суперкомпьютера COSMOS в Кембридже.

Как объясняют ученые, теория относительности предсказывает, что во Вселенной могут существовать так называемые сингулярности – точки, обладающие бесконечно высокой плотностью и какой угодно массой. Частным случаем сингулярности являются хорошо известные всем черные дыры.

Такие объекты, в соответствии с принципом "космической цензуры" Пенроуза-Хокинга, невозможно увидеть, так как они будут отделены от всей остальной Вселенной горизонтом событий – сингулярность находится внутри воображаемой сферы, из которой даже свет не сможет выбраться из-за сверхсильного притяжения черной дыры. Исполнение этого принципа крайне важно для физики, так как открытие "голой сингулярности", хотя бы в теоретическом виде, будет означать, что вся современная физическая наука является неправильной.

В начале 2000 годов, по словам авторов статьи, физики обнаружили, что горизонт событий у сингулярности может быть не только сферообразным, но и похожим на своеобразный "бублик", если исходный материал, из которого родилась черная дыра, вращался достаточно быстро, и если Вселенная включает в себя не четыре, а пять и более измерений. Такая черная дыра будет крайне нестабильной, и структура ее горизонта событий будет постоянно меняться.

Туньясувунакул и его коллеги решили проверить, будет ли работать теория относительности и "космическая цензура" для таких объектов, создав компьютерную модель подобной черной дыры в пятимерном пространстве.

Как показали эти расчеты, возможны два сценария поведения такой сингулярности, "хороший" и "плохой". Первый подразумевает превращение "бублика" в обычную сферическую черную дыру, а второй – рождение "голой сингулярности".

События развиваются по первому сценарию в том случае, если "бублик" горизонта событий у этого объекта является изначально достаточно толстым. В таком случае после формирования черной дыры по кольцу будут идти своеобразные "волны", оно начнет сжиматься с разных сторон и в конечном итоге сколлапсирует в сферу.

Однако если это кольцо будет изначально тонким, то такие деформации приведут к появлению своеобразных "бугров" в некоторых его частях и утончению "бублика" в других его участках. В конечном итоге кольцо разорвется на "капли", и возникнет голая сингулярность, которую в принципе можно будет увидеть.

Таким образом, можно говорить, что принцип "космической цензуры" и общая теория относительности могут гипотетически нарушаться в пятимерном пространстве. Мы, как сегодня считают физики и как считал сам Эйнштейн, живем в четырехмерном пространстве, поэтому в принципе ОТО ничего не угрожает, так как астрономы вряд ли найдут подобные черные дыры-"бублики".

Тем не менее, как подчеркивают Туньясувунакул и его коллеги, такая вероятность все же имеется — теории струн предсказывают, что мы на самом деле живем не в четырехмерном, а в 11-мерном пространстве, семь измерений которого "свернуты" и невидимы для нас. Проверить существование этих измерений, как надеются исследователи, поможет обновленный БАК, где в конце прошлого года ученые зафиксировали первые возможные следы "новой физики", не укладывающейся в стандартную картину Вселенной.

Физики предложили целых 11 измерений для Вселенной и моделируют 5D черные дыры

Черные дыры являются довольно странными и загадочными, но они могут еще больше озадачить человечество. Впервые ученые показали, что черные дыры в 5D-измерении могут игнорировать действующие законы физики и наше понимание Вселенной.

Исследователи из Университета Кембриджа показали, что черная дыра в пятимерном мире может опровергнуть Общую теорию относительности Эйнштейна, являющуюся основополагающим законом физики. Это означает, что 5D черные дыры будут настолько тяжелы, что законы современной физики, которые нам известны, рухнут.

По данным компьютерного моделирования, в пятимерной Вселенной есть черные дыры, которые сродни очень тонким кольцам вместо отверстия, дающие начало серии «выпуклостей», которые становятся тоньше с течением времени. Ниточки, соединяющие эти выпуклости, в конечном счете, станут настолько тонкими, что сами превратятся в мини-черные дыры.

Эти так называемые «черные кольца» впервые стали предметом научных обсуждений еще в 2002 году, но только сейчас с помощью суперкомпьютеров – они были удачно смоделированы.

Последствиями образования 5D черных дыр станет порождение «голой сингулярности», так как они, гипотетически, состоят из колец интенсивной гравитации. Данное событие чрезвычайно таинственное и показывает, что законы Общей теории относительности к нему не применимы.

Общая теория относительности объясняет то, что люди до сих пор знали о гравитации. В двух словах, она диктует, что материя - это искривление окружающего пространства-времени, с возникающим эффектом силы тяжести.

Прошло 100 лет с тех пор, как теория Эйнштейна была впервые предложена, и она до сих пор действенна. Феномен сингулярности, тем не менее, остается одним из ее основных ограничений.

В сингулярности гравитация является настолько сильной, что время, пространство и законы современной физики перестают действовать. Согласно Общей теории относительности, эти сингулярности существуют прямо в центре черных дыр и окружены горизонтом событий или так называемой «точкой невозврата», где гравитационное притяжение оказывается настолько сильным, что события нельзя наблюдать извне.

Автор исследования, доктор Маркус Кунеш из Кембриджа объясняет, что сингулярности не являются источником проблемы (смысл Общей теории относительности остается в силе), пока они остаются скрытыми за горизонтом событий.

А что, если сингулярность вне горизонта событий существует? В этом случае она будет видима, и состояния, когда объект коллапсирует до бесконечной плотности, будут проявляться, вызывая развал Общей теории относительности путем отмены ее «предиктивной силы» или силы в качестве автономной теории для объяснения Вселенной.

Это становится актуальным, если учесть, что физики предложили Вселенную, состоящую из целых 11 измерений. Люди могут воспринимать из них только три, а существование дополнительных измерений можно вывести только из высокоэнергетических экспериментов, в том числе, на большом Адронном коллайдере.

Команда ученых достигла пределов, которые суперкомпьютер может смоделировать с применением новых методик и компьютерных программ, необходимых для обработки крайних состояний и форм, подобных «черному кольцу». Но они стремятся знать, какие элементы в четырехмерной Вселенной могут сделать «голую сингулярность» невозможной, а Общую теорию относительности - правильной.

Физики считают, что черные дыры нарушают принцип космической цензуры

Физики доказали нестабильность пятимерных черных дыр. Математические физики из Великобритании впервые показали, что черные дыры в пятимерном и более высокой размерности пространстве-времени нестабильны и нарушают принцип космической цензуры. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, а кратко о нем сообщается на сайте Кембриджского университета.

Принцип космической цензуры (в сильной форме) в 1973 году предложил британский математический физик Роджер Пенроуз. Его модифицированную версию (в слабой форме) позднее рассмотрел Стивен Хокинг. Принцип космической цензуры говорит о том, что в пространстве-времени невозможны голые сингулярности.

Последнее означает, что сингулярности, возникающие в общей теории относительности Альберта Эйнштейна, должны быть скрыты от внешнего наблюдателя. В частности, для черной дыры они должны находиться под ее горизонтом событий. В четырехмерном пространстве-времени это условие, скорее всего, выполняется.

В 2002 году физики показали, что в пятимерном пространстве-времени могут существовать черные дыры, проекция которых на трехмерное пространство напоминает тонкое кольцо. Ученым только сейчас при помощи суперкомпьютеров удалось исследовать динамику таких черных дыр и продемонстрировать ее неустойчивый характер.

Пятимерные черные дыры с течением времени могут распадаться на другие черные дыры, каждая из которых будет являться источником голой сингулярности, то есть нарушать принцип космической цензуры. Математически это приводит к невозможности описания пятимерного пространства-времени общей теорией относительности.

Физические следствия сводятся к появлению в пространстве-времени областей с бесконечной плотностью массы и нарушению причинности (когда настоящее не определяет будущее). Ученые отмечают, что их выводы могут пригодится при разработке струнных теорий, в которых размерность пространства-времени больше четырех, и создании квантовой теории гравитации.

Черные дыры, породившие гравитационные волны, вероятнее всего, находились внутри одной звезды

Объявляя об обнаружении предсказанных Эйнштейном гравитационных волн, ученые заявили, что их источником стало слияние двух черных дыр, находящихся в миллиарде световых лет от Земли. Единственное, что настораживало ученых и вызывало определенные вопросы – таинственный гамма-всплеск огромной силы, зафиксированный в момент слияния этих черных дыр (изолированные черные дыры по определению не могут порождать гамма-всплески). И вот сейчас ресурс New Scientist опубликовал новые подробности на этот счет.

Ученые предполагают, что эти черные дыры могли пройти свой “жизненный путь” внутри одной огромной звезды. В момент их слияния звезда начала разрушаться, что и вызвало мощный всплеск гамма-излучения.

Отмечается, что для реализации этого сценария необходимо, чтобы формирование черных дыр происходило внутри огромной звезды размерами в несколько сотен Солнц. В момент исчерпания запасов ядерного топлива ядро звезды начинает разрушаться, в результате чего обычно образовывается черная дыра. Но при условии слишком большой скорости вращения звезды под воздействием центробежной силы коллапсирующее ядро может растянуться и превратится в некое подобие гантели, на концах которой сформируются две черные дыры.

Как обычно в таких случаях, данная теория требует дополнительных исследований и проверок.

Черные дыры в галактике Андромеды

Двадцать шесть кандидатов в черные дыры были найдены в галактике M31 в созвездии Андромеды. Это наибольшее число черных дыр, когда-либо найденных за пределами нашего Млечного Пути.

Исследование M31

Эти черные дыры, звездной массы, образуются в результате коллапса звезды-гиганта с массой в 5 — 10 раз больше чем Солнечная. Исследователи использовали более 150 наблюдений рентгеновского телескопа Чандра за 13 лет чтобы добиться этих результатов.

В этом, узкоугольном изображении Андромеды, содержатся оптические данные с телескопа Шмидта из обсерватории Китт-Пик в Аризоне.

Этот, комбинированный оптический снимок, составлен из разных диапазонов электромагнитного спектра. Вставка содержит данные рентгеновских наблюдения Чандры центрального региона Андромеды. Это вставка показывает, 28 из 35 кандидатов в черные дыры. Остальные семь кандидатов можно увидеть только в изображении с большим полем зрения.

Кандидаты

Семь, из 35 кандидатов в черные дыры, вращаются на расстоянии всего 1000 световых лет от центра M31. Это больше, чем число кандидатов, обладающих схожими свойствами, расположенных вблизи центра нашей галактики.

Это, однако, не удивляет астрономов, так как звезд в ядре Андромеды больше. Восемь из девяти кандидатов, которые были ранее идентифицированы, связаны с шаровыми скоплениями, распределенными около центра галактики. Это также вносит отличия между Андромедой и Млечным Путем. Астрономы до сих пор не могут найти похожие объекты в шаровых скоплениях Млечного Пути.