Пекельні монстри Ейнштейна. Фізики нарешті з’ясували, як саме чорні діри захоплюють матерію

Автор: Олексiй Кожевнiков

Учені змогли математично описати, як матерія падає в чорну діру. Цей опис збігається з тим, який дав Альберт Ейнштейн понад 100 років.

Як пророкує теорія гравітації Ейнштейна, існує точка, в якій речовина перестає кружляти навколо чорної діри і падає прямо вниз, стрімко йдучи за точку неповернення всередині цих монструозних космічних об'єктів.

Відео дня

Досі ця горезвісна область падіння, передбачена Ейнштейном, залишалася чистою теорією.

Нове дослідження доводить, що великий провидець укотре мав рацію. Вчені розкрили детальну механіку падіння матерії на чорну діру з-за горизонту подій.

Завдяки рентгенівським даним активної чорної діри, ми нарешті побачили доказ того, що ця «область падіння» існує.

«Теорія Ейнштейна передбачала існування цього фінального занурення, але ми вперше змогли продемонструвати, як воно відбувається», — розповідає фізик Ендрю Маммері з Оксфордського університету, один з авторів роботи.

Чорна діра і область падіння — як це працює?

Теоретична робота Альберта Ейнштейна передбачила, що за певного наближення до чорної діри матерія більше не зможе рухатися стабільною круговою орбітою та падатиме просто вниз — як вода через кромку аналогічного стоку.

Немає причин вважати, що це не так — матерія повинна якимось чином перетнути горизонт подій, а теорія гравітації Ейнштейна витримує ретельну перевірку з усіх боків.

Єдине, у чому фізики не були впевнені, так це в тому, чи зможемо ми це виявити.

Читайте також:
Всевидяче око. NASA розробляє футуристичний телескоп, який буде шукати життя у космосі

Робота Маммері та його колег складалася з кількох частин. Однією з них було розроблення чисельних симуляцій і моделей, що зображують занурювальну ділянку, щоб показати, яке світло вона випромінює.

Після цього їм потрібні були дані спостережень, які містили б таке саме випромінювання занурюваної області.

Результати дослідження були опубліковані у виданні Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

«Уявіть, що це схоже на річку, яка перетворюється на водоспад — досі ми дивилися на річку. Ми вперше бачимо водоспад», — пояснює Маммері.

За його словами, матерія, що прямує до чорної діри, не йде по прямій лінії.

Вона кружляє навколо, як вода, що закручується по спіралі, невблаганно прагне до стоку.

Це не просте уподібнення: порівняння настільки доречне, що вчені використовують вихори води для вивчення середовища навколо чорних дір.

Вивчення самих чорних дір дещо ускладнене, оскільки викривлений простір-час навколо них настільки екстремальний.

Чорна діра, яку вивчали дослідники, розташована в системі, віддаленій від нас на відстань близько 10 000 світлових років, під назвою MAXI J1820+070.

Там розташована чорна діра, маса якої приблизно у 8,5 разів більша за масу Сонця. Поруч із нею — подвійна зірка, з якої чорна діра висмоктує матеріал у міру того, як пара об'єктів обертається, живлячись сплесками, які проявляються у вигляді рентгенівського мерехтіння.

Астрономи стежать за цією чорною дірою, щоб краще зрозуміти її поведінку, тому дослідники змогли отримати доступ до дуже якісних даних, отриманих за допомогою рентгенівських приладів NuSTAR і NICER на низькій навколоземній орбіті.

Читайте також:
Теоретик частинки Бога. Помер фізик Пітер Хіггс, який передбачив існування однойменного бозона

Особливий інтерес у них викликав спалах, що стався 2018 року.

У попередніх дослідженнях зазначалося, що в спостереженнях цього спалаху було виявлено додаткове світіння, яке не зовсім вдавалося пояснити.

У дослідженні 2020 року було висловлено припущення, що це світіння може виникати всередині самої внутрішньої області стабільної кругової орбіти — тобто в зоні занурення. Маммері та його колеги вивчили це світіння з особливою ретельністю і виявили, що воно збігається з емісією, отриманою в результаті моделювання.

Ці спостереження дають змогу стверджувати, що Ейнштейн мав рацію. У чорних дір дійсно існують області занурення.

«У галактиці існує безліч чорних дір, і тепер у нас є нова потужна техніка, що дає змогу використовувати їх для вивчення найсильніших із відомих гравітаційних полів», — каже Маммері.

Раніше NV Техно писав про те, що деякі вчені просувають гіпотезу про можливість використання чорних дір як джерел енергії.

Автори розглядають не традиційні концепції, які мають на увазі захоплення теплової та кінетичної енергії аккреційного диска і струменів чорної діри.

Читайте також: Подія тисячоліття. Найпотужніший вибух у космосі допоможе нам зрозуміти, як народжуються чорні діри

Замість цього вони хочуть використати гіпотезу Роджера Пенроуза, який у 1970-х припустив, що можна використати ефект, коли тіло, що обертається, викривляє прилеглий простір таким чином, що об'єкт, який падає на тіло, дещо переміщується вздовж траєкторії обертання.

Поблизу чорної діри ефект може бути дуже сильним.

Там об'єкти можуть бути переміщені навколо чорної діри зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вільному просторі.

Пенроуз першим припустив, що якщо влетіти в ергосферу чорної діри, а потім випустити в неї випромінювання або якусь масу, то ви отримаєте обертальний поштовх, який надасть вам більшого прискорення, ніж те, з яким ви наблизилися до чорної діри.

Через закон про збереження енергії отримана вами додаткова енергія врівноважується уповільненням обертання чорної діри.

Пенроуз припускав, що цей процес може витягти до 20% енергії спокою чорної діри.

Це вище, наприклад, ніж ККД злиття водню і гелію (1% енергії спокою).

Читати далі