Чёрная дыра — это загадочный и ненасытный «зверь». Однако они делают куда больше, чем просто поглощают всё, что подойдёт слишком близко. Чёрные дыры стоят за самым мощным взрывом во Вселенной. Они умеют запускать световые бумеранги и даже создавать свои собственные планеты. Помимо этого, они хранят в себе множество странных загадок. Например, что происходит со всеми объектами, которые они поглотили, когда чёрная дыра умирает? Или почему одна чёрная дыра вспыхнула в 2019 году, хотя наука утверждает, что они не могут так делать? Новые открытия могут дать потрясающие ответы.
Звезда, превращённая в космическую пасту
В 2019 году одна звезда погибла. Половина её вещества разлетелась по космосу. Вторую половину чёрная дыра разорвала на длинные нити и «съела». Учёные даже придумали для этого случая особый термин — «смерть через спагеттификацию». Как ни странно, но это событие было уникальным не только из-за «макаронной» аналогии.
Обычно, когда звезда умирает, она высвобождает вспышку энергии. Такой феномен называется приливным разрушением. В этом случае вспышка оказалась самой близкой к Земле (всего 215 миллионов световых лет) и самой чёткой из всех, что когда-либо наблюдали. После того как астрономы обнаружили эту вспышку, они в течение нескольких месяцев подробно наблюдали, как чёрная дыра разрывает звезду на части.
Эти разрушения помогли понять, откуда берутся приливные вспышки. Пока что учёные не знают всей истории. Однако теперь ясно, что такие вспышки связаны с выбросом обломков погибшей звезды.
Эта чёрная дыра запускает световые бумеранги
На расстоянии примерно 17 000 световых лет от Земли чёрная дыра «грызёт» звезду. Эта пара называется XTE J1550-564. Сначала в ней не было ничего необычного. Чёрные дыры часто «перекусывают» звёздным светом — это всем давно известно. Но в 2020 году исследователи пересмотрели старые рентгеновские снимки XTE J1550-564 и заметили нестыковку.
Чтобы разобраться, они провели компьютерное моделирование. Оно показало, что часть света пыталась вырваться на свободу. Само по себе это не удивительно. Если свет застрял в аккреционном диске (в кольце пыли вокруг чёрной дыры), он всё ещё может спастись. Однако свет, который вырвался из XTE J1550-564, повёл себя необычно.
Обычно, когда свету удаётся выбраться, он отражается от диска и летит в космос по прямой. Но здесь свет сначала закручивался обратно к чёрной дыре. И только потом, отразившись от диска, улетал. В итоге лучи выглядели как бумеранги. Ранее и позже такого не наблюдали.
Чёрные дыры умеют прятаться у всех на виду
Некоторые чёрные дыры скрываются в густых облаках тёмной пыли. Их называют «окутанными коконами». Найти такие чёрные дыры сложно, но, судя по расчётам, их должно быть очень много.
В 2020 году учёные внимательно изучили изображение Chandra Deep Field-South (CDF-S) — рентгеновский снимок участка южного неба. На нём уже были отмечены 28 объектов, которые считались галактиками или чёрными дырами без коконов. Однако это оказались ложные идентификации.
Сравнив данные с оптическими и инфракрасными наблюдениями, исследователи увидели, что эти яркие точки на самом деле являются чёрными дырами, скрытыми в коконах. Рентгеновский телескоп не мог «пробиться» сквозь пыль, поэтому они выглядели как обычные звёзды или галактики. Это открытие намекает: подобные объекты могут встречаться гораздо чаще, чем принято считать, и в других обзорах их тоже легко спутать с чем-то иным.
Уникальное трио
В 1983 году астрономы сочли галактику NGC 6240 довольно странной. Её форма была необычной, а инфракрасное свечение — слишком сильным. Тогда считали, что это не одна, а две сливающиеся галактики. У каждой был свой сверхмассивный чёрный дыр.
Когда их впервые заметили, обе чёрные дыры уже находились рядом в центре NGC 6240. В 2019 году астрономы взглянули на галактику с помощью более совершенного оборудования. И к своему удивлению обнаружили третью чёрную дыру. Вероятно, её не заметили раньше, потому что она «спала» (не поглощала вещество, в отличие от двух других).
Появление третьей чёрной дыры говорит о том, что здесь столкнулись не две, а сразу три галактики. Подобные события чрезвычайно редки. Но уникальность ситуации ещё и в том, как близко друг к другу находятся эти чёрные дыры: все три вращаются внутри области размером всего 3 260 световых лет, а две из них — на расстоянии менее 645 световых лет друг от друга.
Подсказка к происхождению древнейших чёрных дыр
Одна из главных загадок астрономии — как появились самые первые чёрные дыры. Считается, что они образовались после гибели первых звёзд. Но никто не мог объяснить, почему некоторые из них выросли до огромных размеров.
В 2020 году была обнаружена чёрная дыра, масса которой превышала солнечную в миллиард раз. Но её особенность не только в этом. Она дала подсказку, как могла так вырасти.
Оказалось, что эта чёрная дыра удерживает рядом сразу шесть галактик. Всё вместе напоминает паутину: между чёрной дырой и галактиками тянутся своеобразные нити. В местах, где эти нити пересекаются, галактики «процветают». Вероятно, через эти нити поступает газ, который питает и галактики, и саму чёрную дыру. Таким образом, такая «паутинная» структура помогает чёрным дырам набирать массу и становиться гигантами.
Самый мощный (и странный) космический взрыв
В 2019 году нечто космическое потрясло Землю. Два обсерватории уловили гравитационные волны и отследили их источник. То, что они нашли, было необычным, рекордным и казалось невозможным.
Сигнал GW190521 возник при столкновении двух чёрных дыр 7 миллиардов лет назад. В результате образовалась одна, ещё более массивная чёрная дыра. Одна из исходных дыр, вероятно, тоже появилась после слияния других чёрных дыр. Однако этим странности не ограничиваются.
Этот взрыв оказался самым мощным из всех, когда-либо зарегистрированных в космосе. Его энергия эквивалентна миллиону миллиардов атомных бомб, взрывающихся каждую секунду на протяжении всей истории Вселенной (13,8 миллиарда лет). Финальная чёрная дыра стала в 142 раза массивнее Солнца. Такие объекты раньше существовали только в теории.
Но и это не всё. Масса одной из слившихся чёрных дыр составляла около 85 солнечных масс. По научным законам чёрные дыры такого размера существовать не могут. Для их образования нужна звезда размером от 60 до 130 солнечных масс. Однако такие звёзды при гибели становятся не чёрными дырами, а взрываются как сверхновые.
Что-то разрушило корону чёрной дыры
Долгое время галактика 1ES 1927+654 вращалась вокруг своей чёрной дыры, как и большинство других галактик. Чёрная дыра была заметна благодаря короне — кольцу горячих частиц, которое окружает многие сверхмассивные чёрные дыры. До поры до времени всё было обычно.
Но в 2018 году 1ES 1927+654 решила привлечь внимание. Неожиданно корона чёрной дыры вспыхнула, увеличив яркость в 40 раз. Затем вспышка исчезла так же быстро, как появилась.
Галактика добилась своего: к ней повернулись телескопы со всего мира. Они увидели удивительное: менее чем за год корона потускнела до уровня, которого она обычно достигает за тысячи лет. Учёные быстро поняли, что это не ускоренный жизненный цикл, а что-то другое.
По одной из версий, в чёрную дыру врезалась звезда. Она раскололась, вызвав вспышку. Столкновение нарушило магнитное поле чёрной дыры, которое удерживало корону. Потеряв устойчивость, корона быстро разрушилась, и чёрная дыра потемнела.
Загадка вспышки
Помните GW190521 — самый мощный и странный космический взрыв? Примерно через месяц после этого в той же области произошёл ещё один феномен, который учёные пока не могут объяснить. Чёрные дыры, участвовавшие в столкновении, не имели корон, поэтому ничего не должно было быть видно.
Однако произошла мощная вспышка.
Чтобы разгадать загадку, учёные добавили в уравнение квазар. Квазары — это сверхмассивные чёрные дыры, которые излучают огромную энергию. Но даже для квазара эта вспышка была слишком сильной.
Согласно одной теории, две небольшие чёрные дыры оказались в кольце газа, которое окружает их сверхмассивного «родственника». Когда эти две дыры слились, появилась вспышка GW190521. Сила удара выбросила новую чёрную дыру из газового кольца, что и вызвало запоздалую вспышку.
Это объясняет, почему вспышка случилась через 34 дня после регистрации сигнала. Но полной уверенности нет. Вполне возможно, что оба события никак не связаны.
У чёрных дыр есть бланеты
Планеты обычно рождаются из пылевого диска, вращающегося вокруг звезды. Но бланеты — это особые миры, которые формируются внутри кольца пыли, окружающего чёрную дыру. Некоторые из них похожи на Землю, но в 10 раз крупнее. Другие напоминают газовых гигантов вроде Нептуна.
Пока ни одной бланеты обнаружено не было. Однако исследование 2020 года показало: такие миры должны существовать.
Для формирования планеты необходим лёд. Он работает как клей: помогает частицам пыли слипаться. Когда сгусток становится достаточно массивным, он начинает притягивать к себе ещё больше пыли и других сгустков. Постепенно формируется планета.
Некоторые чёрные дыры имеют «снежную линию». За ней достаточно холодно, чтобы появлялся лёд и, соответственно, бланеты. В Млечном Пути условия настолько благоприятны, что тысячи бланет, скорее всего, вращаются вокруг чёрной дыры в центре нашей галактики.
Чёрные дыры выпускают свои «жертвы» в виде кривых
Когда Стивен Хокинг объявил, что чёрные дыры умирают, физики с энтузиазмом начали изучать этот феномен. Хокинг утверждал, что чёрные дыры испаряются. Это породило один сложный вопрос.
Когда чёрная дыра приближается к концу своей жизни и исчезает, что происходит со всеми веществами, которые она «съела»?
Учёные провели математические расчёты. Они пришли к выводу, что вся «информация» о поглощённых объектах просто исчезает. Но это противоречит множеству фундаментальных законов физики. Другая теория гласит: информация может утекать обратно в космос в виде кривых. Однако ни одну из этих идей долго не удавалось доказать.
Недавно физики использовали суперкомпьютеры и сложные математические модели. Они смоделировали чёрные дыры, ускорили их эволюцию и наблюдали за «смертью». Пусть это была всего лишь симуляция, её результаты совпали с одной из теорий. Когда чёрные дыры умирали, информация действительно «вытекала» из них в виде кривых.
