У 2019 році астрономи зробили перше в історії пряме зображення чорної діри завдяки матерії, що світиться навколо неї. Але багато чорних дір практично неможливо виявити. Але нещодавно інша команда, використовуючи космічний телескоп Хаббл, нарешті знайшла те, чого ніхто раніше не бачив: чорну діру, яка візуально абсолютно невидима.
Чорні діри - це те, що залишається після смерті великих зірок і колапсу їх ядер. Вони неймовірно щільні, з такою сильною гравітацією, що ніщо (включаючи світло) не може покинути її межі. Астрономи зацікавлені у вивченні чорних дір, тому що ті можуть багато чого розповісти нам про те, як помирають зірки. Вимірюючи маси чорних дір, ми можемо дізнатися, що відбувалося в останні моменти життя зірок, коли їх ядра руйнувалися, а їх зовнішні шари скидалися у відкритий космос.
Як знайти чорну діру
Може здатися, що чорні діри невидимі за визначенням - адже вони заслужили свою назву завдяки своїй здатності вловлювати світло. Але ми все ще можемо виявити їх по тому, як вони взаємодіють з іншими об'єктами за допомогою все тієї ж сильної гравітації. Так, сотні маленьких чорних дір були виявлені по тому, як вони взаємодіють з іншими зірками.
Існує два різних підходи до такого виявлення. У «рентгенівських подвійних зірках», де зірка і чорна діра обертаються навколо загального центру, випускаючи рентгенівські промені, гравітаційне поле чорної діри може притягувати матеріал від свого компаньйона. Матерія обертається навколо чорної діри, нагріваючись при цьому від тертя. Розпечена речовина яскраво світиться в рентгенівському діапазоні, підсвічуючи чорну діру, а потім втягується в неї і зникає. Точно так само можна виявити пари чорних дір, коли вони зливаються разом, схлопуючись і випускаючи короткий спалах гравітаційних хвиль, які являють собою ряб в просторі-часі.
Однак існує безліч блукаючих чорних дір, які дрейфують у космосі, ні з чим не взаємодіючи, що ускладнює їх виявлення. Це проблема, тому що якщо ми не зможемо виявити ізольовані чорні діри, то і не дізнаємося про те, як вони утворилися, і про загибель зірок, з яких вони сталися.
Щоб виявити таку «невидиму» чорну діру, команді вчених довелося об'єднати два різних типи спостережень протягом декількох років. Це вражаюче досягнення демонструє ефективність подібного способу виявлення раніше невловимого класу ізольованих чорних дір.
Космічні невидимки
Загальна теорія відносності Ейнштейна передбачала, що масивні об'єкти будуть викривляти світло, коли воно проходить повз них. Це означає, що будь-яке світло, що проходить дуже близько до невидимої чорної діри, але не досить близько, щоб опинитися всередині неї, буде ламатися подібно світлу, що проходить через лінзу. Цей ефект називається гравітаційним лінзуванням, і його можна помітити і на Землі, коли об'єкт переднього плану вирівнюється з об'єктом заднього плану, переломлюючи його світло. Цей метод вже використовувався для вивчення безлічі різних явищ, від скупчень галактик до планет навколо інших зірок.
Автори нового дослідження об'єднали два типи спостережень гравітаційного лінзування в пошуках чорних дір. Все почалося з того, що вони помітили світло від далекої зірки, який раптово і на короткий проміжок став яскравішим, перш ніж повернутися до нормального стану. Однак що саме викликало подібний ефект «лінзи», розглянути так і не вдалося. Вчені висунули припущення, що цим об'єктом може виявитися дивна чорна діра - втім, з тим же успіхом це могла бути і випадкова зірка.
Щоб з'ясувати точну природу аномалії, довелося виконати масу роботи, і саме тут з'явився другий тип спостережень гравітаційного лінзування. Автори неодноразово робили зображення об'єкта за допомогою Хаббла протягом шести років, вимірюючи, як далеко рухається зірка і як саме відхиляється її світло.
Зрештою це дозволило вченим розрахувати масу і відстань до об'єкта, що викликав ефект лінзи. Вони виявили, що його маса приблизно в сім разів перевищує масу нашого Сонця, і воно знаходиться на відстані близько 5000 світлових років від нас, тобто порівняно близько. Сучасні телескопи без зусиль можуть розгледіти звичайну зірку на такій короткій дистанції, а раз ми як і раніше нічого не бачимо - швидше за все це ізольована і абсолютно невидима чорна діра.