Черните дупки, превърнали се в космически номади

Ч ерните дупки са едни от най-изумителните и загадъчни космически обекти, познати на астрономите.

Всеизвестен факт е, че те не са никак лесни за откриване. Гравитацията им е толкова мощна, че дори светлината не може да избяга от тях. По тази причина основният метод за изследването им е да бъдат наблюдавани как си взаимодействат с други обекти, намиращи се в близост до тях.

В същото време обаче съществуват т. нар. „скитащи“ черни дупки, които „пътуват“ из междузвездното пространство. Какво знаем за тези космически номади?

Самотна черна дупка

В началото на тази година международен екип от астрономи направи едно дългоочаквано и вълнуващо откритие. Учените успяха да наблюдават за пръв път самотна звездна черна дупка с помощта на космическия телескоп „Хъбъл“ (масата на въпросните звездни черни дупки е между 4 и 15 пъти по-голяма от тази на Слънцето.

Yes! @NASAWebb's infrared vision will give us a better look at black holes across the universe—including Sagittarius A*, the supermassive black hole at the Milky Way's center, and the flickering flares that surround it: https://t.co/13g3buPM0S

— NASA (@NASA) January 5, 2022

В същото време свръхмасивните черни дупки имат маса, равняваща се на около 1 процент от тази на цяла галактика). Тя се намира на около 5000 светлинни години от нас, масата ѝ е около 7 пъти по-голяма от тази на Слънцето и се движи със скорост от приблизително 45 км/сек.

Според изчисленията на астрономите, една на хиляда звезди е достатъчно масивна, за да се превърне в черна дупка. Това означава, че в Млечния път би трябвало да има около 100 милиона звездни черни дупки, смята астрофизикът Кайлаш Саху, който е част от екипа, направил откритието. До момента всички такива обекти, наблюдавани от учените, са в двойни системи. Това не е особено изненадващо – взаимодействието им с техните партньори генерира мощни лъчения, което ги прави относително лесно забележими. В същото време обаче повечето черни дупки би трябвало да са единични, но откриването им е много сложна задача.

Гравитационна леща

„Вече знаем, че самотни звездни черни дупки съществуват. Тяхната маса е сходна с тази на обектите, които са в двойни системи, а броят им вероятно е много по-голям, отколкото дори сме предполагали“, отбелязва Саху.

We have seen a black hole like never before – and it could change physics forever https://t.co/KjmYVt6xgP

— The Independent (@Independent) March 9, 2022

Ключът към откритието, което той и неговите колеги направили, е мощната гравитация на черните дупки. Тя има способността да изкривява самата тъкан на пространството и времето. Явлението, при което подобен обект променя траекторията на преминаваща наблизо светлина, е известно като гравитационна леща.

То е теоретично предсказано и обяснено в класическата Нютонова физика, като идеята е развита в Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн.

„Ако някой изследовател успее да забележи и измери изкривяването на светлината, то е напълно възможно да открие и обектите, които го причиняват, както и да изчисли тяхната маса“, отбелязва Саху.

В продължение на дълги години астрономи по цял свят наблюдават милиони звезди всяка вечер с надеждата да открият гравитационни лещи, при които яркостта на даден обект се увеличава и намалява в рамките на няколко седмици или месеци. „Има една уловка – този феномен може да бъде предизвикан от различни неща, а не само от черни дупки. Сред потенциалните причини са и обекти като бели джуджета и неутронни звезди. По груби оценки, всяка година се наблюдават по около 2000 подобни явления“, добавя астрофизикът.

Безценната помощ на „Хъбъл“

Една от най-важните подробности, свързани с изследването на гравитационните лещи, е, че колкото по-голяма е масата на обекта, предизвикващ явлението, толкова по-продължително е то.

„Тъй като черните дупки са масивни, въпросният ефект трябва да продължава по-дълго време. Освен това, пределно ясно е, че черните дупки са тъмни. Именно това бяха двата основни критерия, които използвахме в нашето изследване – търсихме събития, които са продължителни, а обектите, които ги причиняват, да не излъчват светлина“, обяснява Саху.

Проблемът е, че звездите с малка маса, които се движат бавно, също могат да изглеждат сравнително тъмни и да образуват гравитационни лещи. Решението било едно – да се извършат по-детайлни наблюдения с помощта на „Хъбъл“.

A supermassive black hole has been found hiding in a ring of cosmic dust, confirming predictions made around 30 years ago https://t.co/K7KhtNe1xx

— Bloomberg (@business) February 16, 2022

Благодарение на космическия телескоп и данните, събрани с помощта на наземни уреди, учените открили явление с продължителност от 270 дни, наречено MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462. Изследователите са убедени, то е причинено от звездна черна дупка.

„Отне ни две години планиране, както и още шест години наблюдения с „Хъбъл“, но беше много удовлетворяващо да получим тези невероятни резултати“, каза Саху. „Веднага ни стана ясно, че става въпрос за черна дупка, просто няма друг обект, който би могъл да причини подобно изкривяване на светлината“, добавя той.

Заплаха за Земята?

Резултатите от новото изследване са и повод за известни притеснения, смятат някои учени. Сред тях е известният теоретичен физик Мичио Каку, според когото скитащите се свръхмасивни черни дупки са потенциална заплаха за Земята. По думите му подобен обект, който попадне в нашия „космически квартал“, може да улови планетата ни в капана на своята смазваща гравитация. Ако подобно нещо се случи, то ние няма да имаме никакъв шанс да се спасим и ще бъдем погълнати от въпросната черна дупка.

Would it be possible to escape from a black hole and what are wormholes? https://t.co/SnY3ITOmbK

— The Independent (@Independent) March 30, 2022

„Шансовете подобно нещо да се случи са изключително малки“, успокоява на свой ред астрофизикът от Харвардския университет Анджело Рикарте. Той обяснява, че броят на тези обекти е много малък – предполага се, че в Млечния път има не повече от 12 скитащи се свръхмасивни черни дупки. „Повод за притеснения няма. Не бива да забравяме, че ако към нас действително се приближава подобен чудовищен обект, ние несъмнено щяхме да го забележим“, отбелязва още Рикарте.

Що се отнася до свръхмасивните черни дупки, в повечето случаи те се намират в центъра на своите галактики, които обикалят бавно една около друга в групи (Млечният път например е част от т. нар. Местна или Локална група, в състава на която влизат общо 54 галактики). Понякога обаче се случват някои наистина грандиозни събития – като сливането на две галактики, в резултат на което свръхмасивна черна дупка може да „полети“ в междузвездното пространство. Според различни изследвания, в подобни „скитащи“ обекти са концентрирани около 10 процента от общата маса на черните дупки във вселената.

Още от автора:

Най-странните теории за Слънчевата система

Мистериозните близнаци на черните дупки

Гравитационните вълни и тайните на Вселената

Най-големите астероиди в Слънчевата система

Слънчевата система – началото. Какво се е случило

Изумителните открития на стратосферната обсерватория SOFIA