Темная лошадка: ближайшую к Земле черную дыру нашли в созвездии Единорога

Ученые из Университета штата Огайо обнаружили уникальную черную дыру, побившую сразу два астрономических рекорда. Об этом пишет ВВС Русская Служба.

Во-первых, она расположена ближе всех прочих к нашей Солнечной системе - расстояние до нее почти втрое меньше, чем до предыдущего "рекордсмена".

Во-вторых, из всех когда-либо открытых подобных объектов этот - самый крошечный. Настолько, что не вписывается в существующую классификацию - для нее придется придумывать новую категорию.

Разумеется, назвать черную дыру "крошечной" можно только по космическим меркам: она все равно примерно втрое тяжелее Солнца, то есть почти в миллион раз превышает по массе нашу планету.

"Близко" - когда речь о расстояниях между астрономическими объектами - понятие тоже весьма относительное. Обнаруженная черная дыра расположена в одной с нами галактике Млечный путь, в созвездии Единорога, однако от Земли ее все равно отделяют примерно 1500 световых лет.

Впрочем, по космическим меркам это действительно почти что рукой подать. Для сравнения: расположенная в центре Млечного пути сверхмассивная черная дыра Стрелец A* находится дальше от Земли примерно в 18 раз.

А на единственной в своем роде фотографии, опубликованной учеными два года назад, запечатлен горизонт событий черной дыры (Мессье 87), откуда свет шел до Земли примерно в 36 тысяч раз дольше.

Авторы открытия уже успели окрестить карликовую черную дыру Единорогом - за ее уникальность и расположение. А поскольку в английском языке созвездия носят традиционные латинские названия, заголовок опубликованной по этому поводу статьи (A Unicorn in Monoceros) представляет собой игру слов и переводится как "Единорог в Единороге".

"То, что такую черную дыру удалось найти в нашей галактике - потрясающая новость, - заявил Би-би-си Оливер Йенрих, возглавляющий в Европейском космическом агентстве департамент астрофизических исследований. - Тем более что метод, с помощью которого она была обнаружена, может помочь найти и другие черные дыры звездной массы, которые пока не удавалось обнаружить традиционными методами".

Что такое черная дыра?

Обычно черные дыры выявляют благодаря их взаимодействию с другими космическими телами - например, когда она пожирает близлежащую звезду

• Черная дыра - это область пространства-времени, сила гравитации в которой настолько велика, что покинуть ее не могут никакие объекты или волны, в том числе свет
• Несмотря на название, черная дыра на самом деле не пуста изнутри. Напротив, она заполнена огромной массой материи, сжатой в небольшом объеме, что создает огромную силу притяжения
• Вокруг черной дыры располагается область, называемая горизонтом событий. Это воображаемая граница в пространстве, "точка невозврата", после пересечения которой вырваться из гравитационной ловушки уже невозможно.

Карлики и переростки

Черные дыры - самые загадочные и непостижимые астрономические объекты.

Их физические свойства, предсказанные Альбертом Эйнштейном еще в 1915 году, настолько отличаются от привычного нам мира, что не укладываются в голове.

Черную дыру сложно даже вообразить - ведь там перестают действовать все известные нам законы физики. Любые попытки рассчитать характеристики таких объектов при помощи уравнений в результате либо дают бесконечность, либо вообще теряют всякий смысл.

В теории черные дыры могут быть самого разного размера - от совсем крохотных, образовавшихся на заре существования Вселенной (их называют первичными), до настоящих исполинов, масса которых превышает солнечную в десятки миллиардов раз.

Таких сверхмассивных черных дыр (СМЧД) известно немало: они расположены в центре многих галактик, включая и наш Млечный путь. Однако до настоящего времени ученым не удавалось найти черную дыру массой меньше, чем пять солнечных.

"Открытие любой черной дыры небольшого размера - это всегда волнительно, - говорит доктор Фил Саттон, преподающий астрофизику в Университете Линкольна. - Они куда более интересны, чем их собратья-переростки, расположенные в центрах галактик, - в первую очередь за счет механизма их формирования".

Массивные объекты искривляют вокруг себя пространство и время

Учитывая относительную "легкость" открытого объекта, скорее всего, когда-то Единорог был крупной звездой, объясняет астрофизик. Особенно интересно то, что ее масса - всего втрое больше солнечной - находится буквально на грани минимально возможной для того, чтобы по окончании своего жизненного цикла звезда смогла превратиться в черную дыру.

Обычно дело обстоит так. Когда запасы топлива в недрах звезды подходят к концу, термоядерные процессы там начинают затухать - и в какой-то момент она, как выброшенный на сушу кит, перестает выдерживать собственный вес. Тогда под действием собственной гравитации звезда резко "схлопывается", как бы проваливаясь внутрь себя, и превращается во что-то другое - а вот во что именно, зависит от ее размера и массы.

"Будь она еще меньше - и в результате бы образовалась нейтронная звезда, - продолжает доктор Саттон. - По массе такие звезды уступают черным дырам совсем немного, но при коллапсе не схлопываются до минимума, а уменьшаются примерно до размеров города. Учитывая близость к нам открытого объекта и наличие у него звезды-компаньона, с которой они образуют двойную систему, мы можем многое узнать об их эволюции".

Впрочем, эксперт призывает не делать поспешных выводов: единственный параметр обнаруженного небесного тела, в котором ученые могут быть относительно твердо уверены, - это его масса.

Рябь по Вселенной

Однако именно масса Единорога - его самая удивительная характеристика, настаивает доктор Даррен Баскилл, преподающий астрономию в университете Сассекса.

Если нейтронная звезда образуется при коллапсе светила, масса которого превышает солнечную в 1,5-3 раза, а самые легкие черные дыры тяжелее Солнца по меньшей мере в пять раз, то что же происходит с телом промежуточной массы? Ученые склоняются ко второму варианту, но найти экспериментальное подтверждение этой гипотезы пока не удавалось.

"Наша галактика буквально напичкана черными дырами, которые образовались в результате смерти тяжелых звезд, - уверен Баскилл. - И лучший способ их обнаружить - это вести наблюдения за такими двойными системами. От черной дыры свет убежать не может - но многое мы можем узнать, наблюдая за ее звездой-компаньоном".

Это мнение разделяет и его коллега, профессор гравитационной астрофизики Мартин Хендри.

"Уже довольно долгое время астрономы задавались вопросом - действительно ли существует такой "зазор массы"? - объясняет Хендри, возглавляющий в Университете Глазго Школу физики и астрономии. - Ведь это означало бы, что у звездных "останков" есть еще какой-то, пока неизвестный вид".

Профессор Хендри - один из сотрудников международного проекта LIGO, которым в сентябре 2015 года удалось экспериментально подтвердить существование гравитационных волн, предсказанных еще Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. В 2017-м это открытие было удостоено Нобелевской премии по физике.

Представьте себе гладкое как зеркало озеро, в которое прямо на ваших глазах кто-то решил швырнуть приличных размеров булыжник. Ударившись о воду, камень, конечно, тут же пойдет ко дну, а по поверхности озера от места падения начнут кругами расходиться волны.

Увидеть гравитационные волны невозможно, но так они выглядят в представлении иллюстраторов НАСА

Гравитационные волны - точно такая же "рябь", расходящаяся по ткани пространства-времени при столкновении объектов огромной массы, вроде двух черных дыр.

За прошедшие с тех пор пять с лишним лет ученым удалось зафиксировать десятки случаев, когда в результате слияния двух черных дыр Вселенную пронизывали гравитационные колебания. Но сигнал, обнаруженный в июне прошлого года, по словам профессора Хендри, поставил физиков в тупик.

Один из столкнувшихся объектов совершенно точно был компактной черной дырой, а вот о природе второго ученые спорят до сих пор: то ли это была самая тяжелая из когда-либо обнаруженных нейтронных звезд, то ли - самая легкая из когда-либо обнаруженных черных дыр. Обнаруженный по соседству Единорог дает астрономам надежду, что в этом вопросе удастся поставить точку.

Впрочем, загадывать пока рано. Не далее как в прошлом году ученые уже заявляли, что обнаружили похожий объект - причем находящийся даже еще ближе к нашей планете, на расстоянии всего 1000 световых лет.

Однако уже через несколько месяцев одна за другой были опубликованы сразу четыре работы, оспаривающие это открытие и предлагающие убедительные альтернативные объяснения сделанных измерений.