Фото: nasa.gov
В середине июня научное сообщество всколыхнула новость об обнаружении гравитационных волн от слияния двух черных дыр. Существование таких волн было предсказано еще Альбертом Эйнштейном. Что это означает для науки – в материале m24.ru.Собственно, гравитационные волны были зафиксированы уже трижды. В первый раз это произошло еще в конце прошлого года. Впрочем, некоторые научные мужи встали на дыбы в вопросе, что же вообще было зафиксировано, а если и было, то откуда пришли эти волны. Иными словами, стороны заспорили об источнике волн. Второй эпизод произошел относительно недавно, в феврале. Здесь уже копья ломались не настолько яростно. А в июне астрофизикам удалось сделать научное открытие, которое, по-видимому, ставит точку в вопросе существования гравитационных волн. Но не только в нем...
Немного о черных дырах
Дело в том, что гравитационные волны – это единственный способ доказать существование знаменитых черных дыр. Согласно общей теории относительности Эйнштейна и всем гипотезам, которые проистекают непосредственно из нее, звезды переживают на своем жизненном пути различные трансформации. Сначала рождается обычная рядовая звезда, которая излучает за счет запасов водорода – наиболее распространенного во Вселенной химического элемента.
Затем запасы водорода подходят к концу. Тогда в звезде могут начаться термоядерные реакции по превращению гелия в другие химические элементы. Гелий будет превращаться в углерод, углерод – в кислород, и так цепочка может идти до железа. А звезда закономерно увеличивает свои размеры и превращается в красного сверхгиганта.
Фото: news.mit.edu
После того как сверхгигант исчерпает все свои источники энергии, звезда коллапсирует, и, в зависимости от ее массы, образуется массивный компактный объект – белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра. Звезда с массой, примерно равной массе Солнца, закончит свой путь как белый карлик. Если она была тяжелее в несколько раз – то это уже нейтронная звезда. А вот если она была намного тяжелее Солнца, а таких звезд предостаточно, Солнце вообще является середняком как в плане массы, так и в вопросе светимости, то становится черной дырой.
Нейтронные звезды и белые карлики для ученых давно не являются новинкой. Разумеется, нельзя сказать, что они изучены целиком и полностью, ведь состояние вещества в недрах таких звезд весьма экзотическое. Из-за чрезмерной плотности оно может утрамбоваться до такой степени, что никакие земные лаборатории будут не в состоянии воспроизвести такой объект.
Предположим, у вас есть чайная ложка и вы зачерпнули в нее вещество из ядра нейтронной звезды. Ради упрощения представим, что это удалось, ложка не сломалась, а вещество не разлетелось. Сколько оно будет весить в земных условиях? Многие сотни тонн!
Если звезда была настолько большой, что даже образование нейтронной звезды не остановило гравитационного коллапса, то получается черная дыра. А со звездами такого типа существует определенная проблема: их нельзя каким-либо не экзотическим способом поймать в сети.
[html]<iframe width="720" height="480" src="https://www.youtube.com/embed/i1-3eClv_TY" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>[/html]
Чернота черных дыр
Гравитационная мощность черных дыр оказывается настолько огромной, что она превышает даже скорость света. По сути, черные дыры не имеют никаких других параметров, кроме массы. Мы не можем сказать, что происходит за рубежом, где сила притяжения становится столь большой, что не пропускает никакое излучение.
Из этого, в свою очередь, следуют две вещи. Первая из них гласит, что черная дыра является сингулярностью (точкой бесконечной плотности, в которой не существует времени и откуда невозможно выбраться). Вторая – что у черной дыры нет поверхности. В самом деле, есть ли у черной дыры поверхность или нет, выяснить совершенно невозможно. Для того чтобы определить этот момент, необходимо наблюдать своеобразное затмение – прохождение черной дыры по диску другой звезды. Но и здесь существуют определенные сложности.
Черные дыры находятся на значительном удалении от Земли, а даже суперсовременные оптические телескопы здесь ничем не помогут. Кроме того, они сильно искривляют свет, пришедший к нам от других небесных тел за счет своей гравитации.
Иными словами, способов ощутить черную дыру крайне мало. Но они есть. Например, микролинзирование. Это как раз попытка распознать массивный компактный объект за счет искривления света от других объектов. Второе – гравитационные волны от слияния черных дыр.
Как они сливаются
По данным ученых, источником волн в последнем случае стало слияние двух черных дыр, произошедшее 1,4 миллиарда лет назад. Масса этих небесных тел превышала солнечную в восемь и 14 раз соответственно.
По современным представлениям ученых, в результате слияния двух черных дыр происходит мощнейший гравитационный всплеск при полном отсутствии другого излучения. Таким образом, единственным способом зарегистрировать слияние двух массивных компактных объектов является "поимка" гравитационных волн.
[html]<iframe width="720" height="480" src="https://www.youtube.com/embed/biwlfcljx9Q" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>[/html]
Слияние черных дыр хоть и является притягательной темой для научных фантастов, все же не слишком красиво выглядит в реальности. Никакого взрыва при превращении двух этих объектов в один не происходит. Возникает только чудовищный по силе всплеск гравитационных волн, который можно зафиксировать, а затем следует полная тишина: родилась новая мегамассивная черная дыра.
Слияния двух компактных объектов меньшего "калибра" обогатили нашу Вселенную массой новых химических элементов. Взять то же золото: по современным представлениям ученых, большая часть этого вещества возникла при слиянии нейтронных звезд. А что же дают черные дыры? Ответ: а неизвестно.
В существовании черных дыр еще не поставлена точка, а тем более, никому не удалось заглянуть за горизонт такого объекта. Но если ученым это удастся, то будет сделан еще один огромный шаг в фундаментальной физике. Его явно оценят Нобелевской премией, а человечество будет намного ближе к созданию "общей теории всего".