17.05.2024

Эйнштейн был прав насчет того, как материя ныряет в черные дыры

Впервые астрономы наблюдали область на краю черной дыры, где материя прекращает вращаться по орбите и погружается внутрь со скоростью, близкой к скорости света.

Лия Крейн

«Мы увидели водопад материи, низвергающийся в черную дыру». Фото: Бурадаки / Alamy Stock Photo

Впервые обнаружена странная область вокруг черных дыр, называемая «областью погружения». Эта область, где материя перестает кружить вокруг черной дыры, а падает прямо внутрь, была предсказана общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, но никогда ранее не наблюдалась. Изучение погружающихся областей может рассказать нам о том, как формируются и эволюционируют черные дыры, а также открыть новую информацию о фундаментальной природе пространства-времени.

Когда материя оказывается слишком близко к черной дыре, она разрывается на части и образует вокруг нее орбитальное кольцо, называемое аккреционным диском. Общая теория относительности предполагает, что у аккреционного диска должна быть внутренняя граница, за которой ничто не может вращаться вокруг черной дыры - вместо этого она должна погрузиться внутрь, быстро ускоряясь до скорости, близкой к скорости света, по мере падения.

«Это похоже на то, как река превращается в водопад, а до сих пор мы видели только реку, - говорит Эндрю Маммери из Оксфордского университета. - Если бы Эйнштейн ошибся, то она была бы стабильной на всем пути вниз, как река. Теперь мы получили первый снимок водопада, который позволяет предположить, что Эйнштейн был прав».

Маммери и его коллеги обнаружили свидетельства падения материи вокруг черной дыры в двоичной системе под названием MAXI J1820+070, которая находится на расстоянии около 10 000 световых лет от Земли. Они использовали данные космического рентгеновского телескопа Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), чтобы построить модели света от аккреционного диска черной дыры.

Они обнаружили, что модели соответствуют данным только в том случае, если в дополнение к свету от аккреционного диска они включают свет, излучаемый веществом в области погружения. «Раньше мы считали, что все, что пересекает эту границу, не успевает излучить заметное количество света до того, как погрузится в черную дыру», поэтому исследователи ничего не увидят, говорит Грег Салвесен из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. «Но оказалось, что эта погружающаяся область дает дополнительный свет, которого мы не ожидали».

Дополнительный свет может решить давнюю проблему в рентгеновской астрономии, когда кажется, что черные дыры вращаются быстрее, чем предсказывает теория. Вращение черной дыры и яркость области вокруг нее связаны, поэтому добавление дополнительного света может привести их вращение в соответствие с теорией. «Вращение черной дыры сообщает нам много чего о самых разных вещах, так что если бы мы могли измерить его лучше, то смогли бы ответить на множество вопросов в астрофизике, - говорит Салвесен. - В том числе на вопросы о природе гравитации и самого пространства-времени, потому что области погружения - одни из самых экстремальных областей пространства, которые мы можем наблюдать». Область погружения находится сразу за горизонтом событий, за которым гравитационные силы настолько сильны, что ни материя, ни даже свет не могут вырваться наружу.

«Технически, если бы у материи была ракета, она могла бы покинуть погружающуюся область, но она обречена - ее орбита становится нестабильной, и она стремительно ускоряется к скорости света, - говорит Маммери. - Шансов вернуться назад у этого вещества примерно столько же, сколько у воды, скатывающейся с края водопада». Сейчас исследователи пытаются провести дополнительные наблюдения за этими странными космическими водопадами, чтобы прояснить условия в этих необычных областях.

Источник: newscientist.com