У сверхмассивной черной дыры заметили звезду-«пленницу»

Может ли время течь в другую сторону?

Само по себе понятие «течение времени», конечно, весьма условно. Однако неоспорим тот факт, что мы воспринимаем время как равномерно текущий в одном направлении поток.

При этом уравнения Общей теории относительности (Альберт Энштейн) симметричны по отношению к направлению времени, то есть теория одинаково хорошо «работает», и когда время направлено вперед, в будущее, и когда оно направлено назад, в прошлое.

Ничего необычного в этом нет, аналогичная ситуация имеет место и в теории тяготения Ньютона.

Допустим, что вокруг Солнца по эллиптической орбите движется комета. Если изменить направление времени, то комета все равно будет двигаться по той же эллиптической орбите, хотя, конечно, направление ее движения изменится. Однако характер его останется прежним: комета будет ускоряться, приближаясь к Солнцу, и замедляться, удаляясь от него.

Подобным же образом абсолютно упругий мяч будет падать из вашей руки на пол и отскакивать обратно, если направление времени сменится на противоположное.

Зная, что решения уравнений общей теории относительности симметричны относительно времени и что черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса некой массы вещества в скрытую за горизонтом событий сингулярность, которая существует бесконечно долго, нельзя ли предположить существование подобных “дыр” с обращенным временем, т. е. процесса коллапса с обратным ходом развития событий?

У сверхмассивной черной дыры заметили звезду-«пленницу»

Ученые из Университета Лестера в Великобритании нашли причину загадочного поведения сверхмассивной черной дыры, расположенной в 250 млн световых лет от нас. Приборы показали, что этот объект периодически испускает вспышки рентгеновских лучей. Такое происходит, когда дыра вбирает в себя материю из окружающего пространства. В самих вспышках нет ничего необычного, но астрономов озадачил тот факт, что они происходят через равные промежутки времени – каждые девять часов, сообщает Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Авторы нового исследования выяснили, что источник вспышек – мертвая звезда, которая вращается вокруг дыры по эллипсоидной орбите. Каждый раз, когда она приближается к дыре на минимально возможное расстояние, та «отхватывает» часть ее вещества.

«Этот белый карлик «заперт» рядом с черной дырой, вращаясь вокруг нее каждые девять часов. В самой близкой точке газ вытягивается из звезды в аккреционный диск вокруг черной дыры, испуская рентгеновские лучи, которые фиксируют два наших космических аппарата», – объяснил астроном Эндрю Кинг.

От Юпитера до края Вселенной

Пять важнейших открытий «Хаббла»

Черная дыра является ядром галактики GSN 069 и обладает сравнительно небольшой массой – всего 400 000 солнечных. Тем не менее, она активна и окружена раскаленным аккреционным диском.

Компьютерная модель показала, что в некий момент к ней приблизился красный гигант (это последняя стадия эволюции для звезд, подобных Солнцу). Черная дыра быстро лишила звезду внешних слоев, ускоряя ее превращение в белого карлика – мертвое ядро, лишенное источников термоядерной энергии.

Но вместо того, чтобы продолжить свое путешествие по Вселенной, карлик остался рядом с черной дырой, продолжая ее подпитывать. По расчетам ученых, он в 0,21 раз массивнее Солнца и богат гелием.

«Удивительно думать, что мы можем узнать орбиту, массу и состав крошечной звезды, находящейся на расстоянии 250 миллионов световых лет», – отметили ученые.

В будущем звезда продолжит вращаться вокруг черной дыры, отдавая ей свой материал в течение миллиардов лет. Вероятно, она будет расти в размерах, но становиться все менее плотной и даже может превратиться в газового гиганта.

«Звезда очень старается убежать, но выхода нет. Черная дыра будет пожирать ее – все медленнее и медленнее, но никогда не остановится», – рассказали астрономы.

Ранее астрономы открыли «танцующую» звезду, которая подтвердила теорию относительности Эйнштейна. Она вращается в центре нашей галактики.

Возможно ли существование “белых дыр” во вселенной?

Следует отметить, что все представления о черных и белых дырах и о множественности вселенных, с которыми мы не можем поддерживать контактов иначе, как только с помощью дыр в пространстве-времени, основываются на нашем глубоком ощущении необходимости существования пространственно-временных симметрии.

В действительности черные и белые дыры не единственно возможные экзотические объекты, предсказываемые теорией. Обсуждалась также возможность существования так называемых «серых дыр», вещество которых, выплескиваясь, как в белых дырах, за горизонт событий, почти тотчас же начинает быстро сжиматься в процессе гравитационного коллапса. Могут ли белые (или серые) дыры существовать реально?

По мнению большинства специалистов, представления о пространственно-временных мостах во вращающихся и заряженных черных дырах слишком идеализированы и что такие мосты вряд ли в природе есть. Наиболее вероятно, что в черных дырах сингулярность, поглощающая вещество, пространственноподобна, и тогда нет оснований говорить о белых дырах, порождаемых коллапсом звезд в других вселенных (или в других областях одного и того же пространства-времени).

Что же касается так называемых «задержавшихся ядер», то и для них условия образования весьма неблагоприятны.

Итак, если черные дыры есть и это факт – возможно ли существование в космосе белых дыр, хотя бы теоретически? На самом деле точного ответа на этот вопрос нет, хотя есть ряд интересных теорий, проработанных достаточно хорошо в 1970-х г.г. К примеру, американец Д. М. Эрдли в 1974 г. пришел к следующим выводам:

  1. Если вблизи черной дыры излучение испытывает сильное красное смещение, то в окрестностях белой дыры оно должно претерпевать интенсивное фиолетовое смещение.
  2. На ранней стадии развития Вселенной, когда вещество и излучение были сжаты до сверхвысоких плотностей в малом объеме, вокруг потенциальной белой дыры должны были концентрироваться мощные сгустки высокоэнергетического излучения с сильным фиолетовым смещением.
  3. Если это так, то подобная невероятная энергия заключенная в невероятно же малых объемах, неминуемо привела бы к тому, что вокруг зарождающейся белой дыры сразу же сформировалась бы черная дыра, которая навсегда скрыла “белую” под своим горизонтом событий.

Впрочем, шанс на образование белой дыры все-таки есть.

Как показал К. Лэйк из университета г. Торонто, если процесс образования белой дыры чуть-чуть задержится и начнется не во время Большого взрыва (как считал Эрдли), а сразу после него, то шанс не создать черную дыру и не быть тут же ей поглощенной, все-таки есть. Правда и тут есть оговорки.

Лэйк рассмотрел три возможности:

  • Некоторые белые дыры, вновь коллапсируя, превращаются в черные дыры
  • Часть белых дыр расширяется далеко за пределы сферы Шварцшильда, и сегодня мы не можем уже считать их белыми дырами
  • Некоторые локальные неоднородности, возникшие в процессе Большого взрыва, не перешли границу шварцшильдовского радиуса и все время оставались наблюдаемыми космическими объектами.

Вот этот третий частный случай нам и интересен. Правда, согласно расчетам Лэйка, для дыр третьего типа такое излучение должно испытывать сильнейшее красное смещение, вследствие чего эти источники должны иметь вид тусклых красноватых точек, а не эффектных катастрофических взрывов.

То есть, если белые дыры и существуют, то они неотличимы от черных дыр, а некоторые другие ученые, в том числе и Пенроуз, считают, что белые дыры вообще невозможны, так как они нарушают “принцип космической цензуры”: ведь их сингулярность, по крайней мере в принципе, можно наблюдать!

Белые дыры: невероятные антиподы черных дыр

Черные дыры — одни из самых загадочных объектов Вселенной. Эти необычные области считаются коллапсирующими ядрами мертвых звезд и широко известны за свою способность удерживать любую материю за счет мощнейшего гравитационного притяжения. Насколько астрономам известно на сегодняшний день, черные дыры так плотны и массивны, что ничто не может покинуть их горизонт событий. Однако они — вовсе не единственная разновидность космических «дыр».

Безмассовая сингулярность

Допустим, что вы пытаетесь создать математическую модель, описывающую пространство-время вокруг черной дыры. В какой-то момент вы берете и просто… вычитаете всю массу, всю реально существующую материю, из расчетов. То, что в итоге останется в уравнении, известно теоретикам как «белая дыра», или безмассовая сингулярность.

Как следует из названия и как многие уже наверняка догадались, белая дыра — это антипод черной. Впервые ее концепция появилась в 1970-х, и астрофизики не устают играть с ней по сей день.

Если горизонт событий черной дыры препятствует тому, чтобы даже свет достиг скорости отрыва, у белой эта область является абсолютным, непроницаемым щитом. От черной дыры невозможно убежать, а в белую невозможно проникнуть. Черная дыра поглощает вещество, белая — извергает его. Если представить себе существование такого объекта в реальном мире, то это будет невероятно яркий объект, излучающий энергию в космос с чудовищной силой.

Наука

Сложные отношения: Луна, солнечный ветер и магнитосфера Земли

До сих пор астрономы еще ни разу не наблюдали белую дыру. Некоторые физики считают, что в реальном мире такие объекты не могут существовать по определению, поскольку тому есть ряд причин.

Первая и самая основная — механизм формирования. У нас уже есть правдоподобные модели возникновения черных дыр, пускай это и просто гипотезы. Однако для возникновения белой дыры необходима буквальная перемотка времени, а это граничит с научной фантастикой. По факту, объект должен начаться с сингулярности и двигаться в обратном направлении, пока не соберется обратно в звезду. Это потребовало бы уменьшения энтропии, что грубо нарушает второй закон термодинамики.

С сингулярностью все тоже не так просто. Единственный способ установить наличие сингулярности — это определить ее физические координаты во Вселенной. Иными словами, конкретный участок космоса должен изначально сформироваться с готовым шаблоном в виде сингулярности. Астрофизик Карен Мастерс поясняет, что до сих пор у ученых не было повода считать, что подобное «шаблонное» формирование Вселенной вообще имело место быть.

Когда миф становится явью

Но давайте на секунду представим себе, что белая дыра все же возникла в реальном мире. Согласно математическим уравнениям, внутри нее в пространстве-времени не может быть материи, в том числе и черной дыры. То есть, не важен даже размер этой материи: как только она каким-то образом попадает в указанную область пространства, сам факт существования в этой области белой дыры становится невозможным. А материи в космосе много. Иными словами, если белая дыра и рождается во Вселенной, то существует весьма непродолжительное время. И если предположить, что такие дыры были в мире изначально, с момента его зарождения — то они были бы уничтожены за миллиарды лет до того, как в глубинах первичного океана Земли появился хотя бы намек на жизнь.

Так что сегодня белые дыры существуют лишь на бумаге. Впрочем, стоит отметить, что и черные дыры до недавнего времени также были лишь красивой теорией. Фактически, ученые даже нашли во Вселенной явление, которое можно объяснить существованием белых дыр. Имя ему — гамма-всплеск. Это одно из самых ярких и высокоэнергетических событий в космосе, во время которого за 10 секунд излучается больше энергии, чем наше Солнце способно породить за 10 миллиардов лет!

Гамма-всплески сопровождаются остаточным свечением, указывающим на то, что это результат взрыва звезды. В 2020 году астрономам даже повезло наблюдать такой всплеск, вызванный столкновением двух нейтронных звезд. Это опровергло ряд гипотез — несколькими годами ранее ученые предполагали, что источником гамма-всплесков служат пресловутые белые дыры. Однако в процессе обсуждения родилась довольно смелая, но более реалистичная идея: что, если Большой взрыв был на самом деле просто сверхмассивной белой дырой?

Существует и еще одна интересная гипотеза, согласно которой белая дыра — это конечная стадия развития дыры черной. Вероятно, мы не наблюдаем их лишь потому, что наша Вселенная довольно молода, и еще ни одна черная дыра не успела «состариться» в достаточной степени. Но, как бы то ни было, энтузиазм астрономов не утихает, и они продолжают искать среди бескрайних просторов космоса следы, указывающие на присутствие этих феноменальных явлений.

Все-таки белых дыр в космосе не существует?

В итоге, можно сделать вывод: хотя теория белых дыр в космосе красива и интересна, на самом деле никаких белых дыр в природе, по-видимому, нет. А даже если они и есть, то в лучшем случае это слабые, едва видимые объекты, а в худшем — они ни чем не отличаются от черных дыр.

Маловероятно, что белые дыры представляют собой яркие, эффектные источники вещества и энергии, с помощью которых нам удалось бы объяснить загадку гигантской светимости квазаров или, как предлагают некоторые авторы, определенных типов сверхновых звезд.
Список источников литературы

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: