«Мы увидели младенца огромных размеров…», Черная дыра, которой не может быть

В феврале 2015 года международная команда исследователей обнаружила черную дыру, которая, мягко говоря, очень их удивила. Напомним, сначала китайские астрономы, использующие относительно маломощный 2,4-метровый Лицзянский наземный телескоп, наткнулись на квазар, сиявший спустя 900 миллионов лет после Большого взрыва, причем с рекордной для небесных тел того времени яркостью.

Обратившись за уточнениями к командам более зорких аппаратов, ученые выяснили, что этот квазар представляет (точнее, представлял 13 миллиардов лет назад) массу материи, бурлящей вокруг потрясающе массивной черной дыры, активно эту самую материю поглощающей. По оценкам астрономов, квазар светил как 420 триллионов солнц, а масса его черной дыры к тому времени составляла 12 миллиардов солнечных масс. Для сравнения: масса сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики примерно в четыре тысячи раз меньше. На сегодня это ярчайший квазар ранней Вселенной, содержащий самую массивную черную дыру из известных до сих пор.


Но дело не в рекордах: черная супердыра, по сегодняшним представлениям, вообще не могла образоваться за такое короткое время. Или, если говорить точнее, никто не понимает, как она могла всего-то за 900 миллионов лет набрать такую умопомрачительную массу.

Первое, что приходит в голову, — ошибки в измерениях. Однако, судя по тому, что мы знаем о Вселенной, и по тому, как мы ее «измеряем», они маловероятны. В противном случае журнал Nature, где и появилось сообщение о монструозной черной дыре, просто не опубликовал бы подобную новость.

Прожорливый младенец

Китайские астрономы, первыми заподозрившие подобное безобразие, в ошибки измерения тоже не верят. Их вовсе не смущает факт, что один из самых ярких во Вселенной квазаров (минимум в семь раз ярче, чем любые квазары его эпохи) был обнаружен сравнительно маломощным телескопом, в то время как телескопы куда более зоркие этого монстра не заметили. По словам Сяохуэй Фаня (Xiaohui Fan) — астронома из университета штата Аризона, одного из соавторов статьи, это обычная практика, применяемая при поиске новых квазаров.

Лицзянский телескоп
Фото: aip.de

«Процесс обнаружения подобных объектов состоит из двух шагов. Поскольку квазары не слишком тусклы и встречаются очень редко, чтобы их обнаружить, нужны в первую очередь широкоугольные телескопы, а необходимости в большой апертуре здесь нет. Эта необходимость возникает на втором этапе, когда объект уже найден и нужно провести более точные измерения… То, что мы увидели, немного напоминает младенца огромных размеров. Существующие теории, объясняющие процесс образования черных дыр, накладывают на скорость, с которой растет их масса, определенные пределы. Черная дыра, обнаруженная нами, в них не укладывается», — рассказал доктор Фань в интервью «Ленте.ру».


Прожорливость черных дыр, по словам авторов открытия, ограничивается не столько недостатком «пищи» вокруг, сколько так называемым давлением излучения. Материя, поглощаемая черной дырой, прежде чем безвозвратно уйти за горизонт событий, набирает огромную скорость и начинает ярко «светиться» во всех диапазонах. В результате испускаемые материей фотоны частично компенсируют гравитационное воздействие черной дыры и тормозят процесс поглощения ей массы. Именно это обстоятельство не допускает появления слишком громадных «младенцев».

Черная дыра из фильма «Интерстеллар»
Кадр: фильм «Интерстеллар»

Черная дыра как черный ящик

Новый парадокс, связанный с черными дырами, который сегодняшняя наука объяснить не может, не слишком обескуражил ученых. Просто в список неясностей и нестыковок, существующих вокруг этих таинственных объектов, добавилась еще одна строчка.

Начать с того, что существование черных дыр пока вообще не доказано и вполне возможно, что вместо черных дыр мы имеем дело со сверхмассивными объектами. Теории данную вероятность отрицают, но, как ни странно, никто еще не доказал, что наблюдаемые во множестве черные дыры являются именно черными дырами, а не чем-нибудь еще.
Моделирование гравитационного линзирования черной дырой, искажающей изображение галактики, перед которой она проходит
Моделирование гравитационного линзирования черной дырой, искажающей изображение галактики, перед которой она проходит

Это обстоятельство несколько лет назад отметил академик Анатолий Черепащук, директор Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга: «Чтобы доказать, что тело, находящееся в центре нашей Галактики, представляет собой черную дыру, нужно сделать две вещи: во-первых, экспериментально показать, что радиус тела равен так называемому гравитационному радиусу для черной дыры данной массы (а для черного тела в четыре миллиона солнечных масс он равен примерно семи солнечным радиусам), а во-вторых, доказать, что это тело не имеет твердой поверхности, а вместо нее — горизонт событий».

По его словам, обе задачи выполнимы и он надеется, что лет через 20 ученые смогут доказать наличие или отсутствие черных дыр.

А пока мы имеем дело не с небесным телом в обычном понимании этого слова, а с точкой, сингулярностью, вобравшей в себя всю пожранную черной дырой массу с горизонтом событий вместо твердой поверхности, — воображаемой сферой, за пределы которой, по законам релятивистской динамики, не может вырваться даже свет. И внутри этой сферы с пространством и временем, если верить нашим ученым, творятся чудеса.

Цивилизации внутри черных дыр

Самую, пожалуй, фантасмагоричную версию внутренней жизни черной дыры высказал в 2011 году Вячеслав Докучаев, российский физик из Института ядерных исследований РАН: он заявил, что внутри черных дыр могут скрываться цивилизации.

Нет, жизнь в том пространстве, скорее всего, зародиться не может. Любой намек на нее тут же будет сожжен непредставимо жестким излучением «сингулярности». Но согласно сегодняшним представлениям, в черную дыру можно попасть и при этом избежать риска быть разорванным в клочья ее гравитацией.

По рассчетам Докучаева, у некоторых черных дыр есть стабильные орбиты для фотонов и нейтральных частиц. Фотон, пролетая мимо звезды, немного отклоняется в сторону под действием ее тяготения, а уж попав в гравитационную ловушку черной дыры, вообще может закрутиться вокруг нее по орбите наподобие наших спутников. У теоретиков есть модели, в которых, двигаясь по таким орбитам, фотон может на некоторое время забираться под горизонт событий. Правда, выбираясь обратно, он уже попадет в другую вселенную.

Докучаев задался вопросом: можно ли находиться внутри черной дыры, не падая на сингулярность и не улетая в другую вселенную? Иными словами, есть ли такие орбиты для фотонов и других частиц, которые находятся полностью внутри черной дыры?


Вещество, попадающее в сверхмассивную черную дыру (в представлении художника)

И такие орбиты ученый нашел. По его мнению, на планетах, движущихся по данным внутренним орбитам, может существовать жизнь. Запредельной гравитации, царящей внутри черных дыр, жители таких планет не чувствуют, поскольку фактически находятся в состоянии свободного падения. Все чудеса, связанные с пространством-временем, существуют только для гипотетического стороннего наблюдателя, но не для них самих. Их планета вращается вокруг сингулярности, словно Земля вокруг Солнца, и на ней никогда не наступит ночь, поскольку в дополнение к свету, идущему от сингулярности, ее освещают фотоны, движущиеся по своим стабильным орбитам.

Докучаев не говорит, что в таких условиях в черной дыре может родиться жизнь. Свет от сингулярности и фотонов наверняка будет непереносим для такого уязвимого процесса. Но он считает, что внутри черной дыры может найти себе прибежище уже развитая цивилизация:

«Эти цивилизации по уровню развития должны обгонять нас на миллионы, если не на миллиарды лет. Если вдруг по каким-то причинам они захотят укрыться в черной дыре, то могут поселиться на уже существующей планете или остаться в собственной "сфере Дайсона". Такие сферы уже много лет назад предложил известнейший американский физик Фримен Дайсон в качестве транспортного средства для межзвездных путешествий. По размеру они могут быть сравнимы с планетами, а внутри сфер могут жить десятки и сотни тысяч людей, поколение за поколением, пока не достигнут цели. И уж они-то, с их уровнем развития, сумеют справиться с прожигающим светом внутри черной дыры».


Один из вариантов сферы Дайсона: множественные кольца Дайсона
Изображение: Vedexent / Wikipedia

Добавлено в 20:33
Три года назад физики обнаружили еще одно препятствие, которое нашим старшим (намного старше!) братьям по разуму нужно преодолеть, чтобы попасть внутрь черной дыры и остаться в живых. Оказалось, что, хотя горизонт событий не является твердой поверхностью, это все-таки реально существующая физическая сфера — область, где свирепствует очень жесткое излучение, способное распылить на элементарные частицы любой попавший туда материальный объект.

О черной дыре как машине времени или кротовой норе между параллельными вселенными мы и говорить не будем, потому что подобные рассуждения давным-давно превратились в общее место. Так что слишком удивляться «младенчику» непозволительно огромных размеров не стоит. Мы даже пока не знаем наверняка, был ли младенчик. А может, младенчика-то и не было?

Автор Владимир Покровский

Пруф

Всё