Неожиданное открытие: черные дыры растут в результате расширения Вселенной

Черная дыра фото

За последние шесть лет ученым удалось обнаружить слияния черных дыр, подтвердив главное предсказание теории гравитации Альберта Эйнштейна.

Но есть проблема — многие из этих черных дыр неожиданно велики. Теперь группа исследователей из Гавайского университета в Маноа, Чикагского университета и Мичиганского университета в Анн-Арборе предложила новое решение этой проблемы: черные дыры растут в результате расширения Вселенной.

Результаты исследования были опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.

С момента первого наблюдения слияния черных дыр с помощью лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории ( LIGO ) в 2015 году астрономы неоднократно удивлялись их большой массе. Хотя они не излучают света, слияния черных дыр наблюдаются благодаря их излучению гравитационных волн — ряби в ткани пространства-времени, предсказанной общей теорией относительности Эйнштейна.

Сначала физики предполагали, что черные дыры будут иметь массу примерно в 40 раз меньше массы Солнца, так как сливающиеся черные дыры образуются из массивных звезд, которые не могут удерживаться вместе, если становятся слишком большими.

Благодаря обсерваториям LIGO и Virgo удалось обнаружить множество черных дыр с массой больше, чем у 50 солнц, а некоторые из них имеют массу аж до 100 солнц. Ученые выдвинули много сценариев возможного образования таких больших черных дыр, но ни один сценарий не смог объяснить наблюдаемое до сих пор разнообразие слияний черных дыр. Кроме этого, нет единого мнения касательно того, какая комбинация сценариев образования является физически жизнеспособной.

В новой работе ученых показывается, что что большие и малые массы черных дыр могут возникать в результате единственного пути — когда черные дыры набирают массу в результате расширения самой Вселенной.

«Это предположение упрощает уравнения Эйнштейна, потому что Вселенная, которая не растет, имеет гораздо меньше, чем нужно следить. Однако есть нюанс: прогнозы могут быть разумными только в течение ограниченного периода времени», — сказал Кевин Крокер, профессор кафедры физики и астрономии Университета Маноа.

Поскольку отдельные события, обнаруживаемые LIGO — Virgo, длятся всего несколько секунд, то при анализе любого отдельного события такое упрощение имеет смысл. Но эти же слияния потенциально ожидаются в течение миллиардов лет. За время между образованием пары черных дыр и их окончательным слиянием Вселенная стремительно растет. Если внимательно изучить более тонкие аспекты теории Эйнштейна, то появится поразительная возможность: массы черных дыр могут расти синхронно со Вселенной. Крокер и его команда называют это явление космологической связью.

Самый известный пример космологически связанного материала — это сам свет, который теряет энергию по мере роста Вселенной.

«Мы думали рассмотреть обратный эффект. Что бы LIGO-Virgo наблюдала, если бы черные дыры были космологически связаны и получали энергию без потребности в потреблении других звезд или газа?», — сказал соавтор исследования, профессор физики и астрономии UH Mānoa Дункан Фарра.

Для изучения этой теории ученые смоделировали рождение, жизнь и смерть миллионов пар больших звезд. Любые пары, в которых обе звезды умерли, образовав черные дыры, были связаны с размером Вселенной, начиная с момента их смерти. По мере того, как Вселенная продолжала расти, массы этих черных дыр росли по спирали навстречу друг другу. Результатом стали не только более массивные черные дыры, когда они слились, но и еще много других слияний. Затем исследователи сравнили данные LIGO-Virgo со своими предсказаниями и выяснили, что их теория сработала.

«Я должен сказать, что сначала не знал, что и думать. Это была такая простая идея, я был удивлен, что она так хорошо сработала», — сказал соавтор исследования, профессор Мичиганского университета Грегори Тарле.

По словам ученых, новая модель важна, так как она не требует каких-либо изменений в нашем нынешнем понимании звездообразования, эволюции или смерти. Согласие между новой моделью и нашими текущими данными происходит из простого признания того, что реалистичные черные дыры не существуют в статической Вселенной. Однако исследователи постарались подчеркнуть, что загадка массивных черных дыр еще далека от разгадки.

«Многие аспекты слияния черных дыр неизвестны в деталях, такие как доминирующая среда образования и сложные физические процессы, которые сохраняются на протяжении всей их жизни. Хотя мы использовали моделирование звездного населения, которое отражает имеющиеся сейчас данные, есть много места для маневра. Мы видим, что космологическая связь — полезная идея, но мы еще не можем измерить силу этой связи», — сказал соавтор исследования и научный сотрудник НАСА доктор Майкл Зевин.

Ранее Курсор писал, что в Млечном Пути обнаружена странная черная дыра. Международная группа астрофизиков обнаружила большие различия в яркости света, наблюдаемого около одной из ближайших черных дыр в нашей Галактике.

Ранее Курсор писал, что ученые предположили, что сферы Дайсона вокруг черных дыр могут быть источником энергии для инопланетян. Сферы Дайсона — это теоретические мегаструктуры, которые развитые цивилизации могут использовать для извлечения как можно большего количества энергии из звезды.

Курсор также сообщал, что астрономы пытаются выяснить, как Вселенная отражается возле черных дыр. Давно известно, что вблизи черных дыр пространство искривлено настолько, что даже лучи света могут огибать их несколько раз.

Физики впервые подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Физики впервые экспериментально подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Теорема Хокинга предсказала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не может уменьшиться.

Курсор также писал о катаклизме нового типа в космосе: обнаружено первое слияние черной дыры и нейтронной звезды.

Астрономы обнаружили рекордную черную дыру. Объект находится на расстоянии 12,7 млрд. световых лет от Земли.

Ученые обнаружили необычную черную дыру. Новое исследование показало, что самая первая обнаруженная черная дыра намного больше, чем предполагалось.

Курсор уже сообщал, что ученые опровергли популярное представление о черных дырах. Астрофизики Массачусетского университета в Дартмуте и Университета Род-Айленда опровергли популярное представление о черных дырах, так называемую «теорему об отсутствии волос».

Зафиксировано столкновение черной дыры с загадочным объектом. Астрофизики из нескольких университетов США зафиксировали столкновение черной дыры с объектом, «который не должен существовать».

Стало известно, что ученые предсказали гибель необычной черной экзопланеты.

Ранее Курсор писал, что 20 планет за пределами Солнечной системы более пригодны для жизни, чем Земля, а астрономы уже назвали четыре самые многообещающие планеты для жизни.

Напомним, Курсор сообщал о том, что астрономы обнаружили новые теплые экзопланеты, а также раскрыли тайну самой загадочной галактики.

Читайте последние новости Израиля и мира на канале Курсора в Telegram.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ: