Если отвечать коротко, то он умрёт. Более развёрнуто — точно неизвестно, что произойдёт. Наука может только строить догадки. Но ничего особо приятного не будет, уж поверьте.

На почтительном расстоянии чёрная дыра ведёт себя как звезда схожей массы — вокруг неё можно выйти на стабильную орбиту и вращаться там годами. По предположениям учёных, там даже обитаемые планеты могут существовать. Но чем ближе к дыре, тем больше будет проблем.

Человека убьёт радиация

Чёрная дыра с аккреционным диском и «короной» — потоком энергетических рентгеновских частиц. Художественный концепт. Изображение: NASA/JPL‑Caltech

Если вы полагаете, что чёрная дыра навредит человеку, только когда тот пересечёт горизонт событий (граница вокруг дыры, из‑за которой не может вернуться даже свет), то ошибаетесь. Трудности начнутся куда раньше, причём в буквальном смысле убийственные.

Чёрные дыры редко бывают одиноки. Как правило, они окружены огромной кучей материи — газа, который остался после того, как дыра закусила какой‑нибудь звездой. Газ летает по орбите с огромной скоростью, поэтому имеет чудовищную кинетическую энергию и разогревается до гигантских температур.

Эта быстро вращающаяся и испепеляюще горячая штука вокруг чёрной дыры называется аккреционным диском.

Зрители фильма «Интерстеллар» знают, как должен выглядеть аккреционный диск. Сама чёрная дыра невидима, поскольку поглощает любой свет, который на неё падает, а вот водоворот вещества вокруг неё можно разглядеть. Именно аккреционный диск — та светящаяся оранжевая штука, которую засняли телескопы проекта Event Horizon Telescope в апреле 2019 года.

Первый снимок чёрной дыры. Изображение: The Event Horizon Telescope Collaboration

Аккреционные диски чёрных дыр испускают мощное электромагнитное излучение. Энергия рентгеновских и гамма‑лучей в миллион миллионов раз превышает энергию видимого света.

Кроме того, теоретически сама чёрная дыра тоже может фонить излучением Хокинга. Правда, насчёт этого астрофизики ещё не уверены и мощность радиации пренебрежительно мала.

Все эти потоки заряженных частиц, которые чёрная дыра разбрасывает на сотни световых лет вокруг себя, вряд ли добавят здоровья. Небесное тело прикончит человека ещё на подлёте обычной радиацией, не прибегая к нарушениям топологии пространства и искривлениям времени.

Его сожжёт вещество аккреционного диска

Движение материи в аккреционном диске чёрной дыры. Визуализация NASA. Изображение: NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman

Предположим, что космонавт заблаговременно позаботился о радиационной безопасности — например, надел пальто со свинцовой подкладкой толщиной в метр поверх скафандра. И, полный решимости узнать, что находится в таинственных недрах чёрной дыры, продолжает свободное падение к ней.

Но исследователя поджидает очередное препятствие, а именно: уже знакомый нам аккреционный диск. Он состоит из очень горячего газа.

Диск нагревается, когда частицы газа соударяются друг с другом, нарезая круги с бешеной скоростью вокруг чёрной дыры. Кинетическая энергия переходит в тепловую, и неплохо так переходит — вещество вблизи средней чёрной дыры может разогреваться до миллионов или даже триллионов кельвинов. Это чуть выше, чем, к примеру, температура нашего Солнца — 5 778 К на поверхности, 15 млн К в ядре.

Наверное, не стоит напоминать, что пролетать сквозь потоки раскалённой плазмы небезопасно. Если человека убьёт не радиация, то высокая температура.

Вообще, аккреционные диски сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик — одни из наиболее ярких объектов в космосе. Они называются «квазары». Самый горячий из них, J043947.08+163415.7, жарит как 600 триллионов нормальных жёлтых карликов вроде Солнца, если бы те сговорились и выступили разом.

Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики Messier 87 посылает лучи плазмы и разрушения в окружающий космос. Изображение: NASA / The Hubble Heritage Team (STScI / AURA)

Периодически, кстати, чёрные дыры посылают во Вселенную релятивистские струи, или джеты, — потоки плазмы на околосветовой скорости, обычно парные, направленные с полюсов в противоположные стороны.

Астрофизики пока ещё спорят, почему такое происходит, но похоже, магнитные поля вокруг дыры вытворяют что‑то интересное с газом в аккреционном диске. Джет может извергаться от 10 до 100 миллионов лет непрерывно.

Так что, падая на чёрную дыру, человеку надо избегать её полюсов, чтобы не попасть ещё и под релятивистские струи.

Его спагеттифицирует

Голодающая чёрная дыра в центре галактики Markarian 1018. Изображение: NASA / ESA / CARS Survey

Ввиду вышесказанного, наверное, лучше будет совершить путешествие в чёрную дыру без аккреционного диска. Такие тоже бывают — если по соседству нет звёзд, из которых можно выкачивать газ. То есть дыра их все уже благополучно поглотила.

К примеру, чёрная дыра в центре галактики Markarian 1018 засосала всё вещество вокруг себя и осталась без газа поблизости. Такие дыры астрофизики называют голодающими.

Или сверхмассивная дыра Стрелец A в центре нашего Млечного Пути — она имеет крайне маленький, слабозаметный диск. Поэтому за ней так тяжело вести наблюдения.

В общем, вполне можно приблизиться к горизонту событий чёрной дыры, не сталкиваясь с потоками горячей плазмы.

Проблемы, которые возникнут у космонавта дальше, будут зависеть от размеров чёрной дыры.

Если человек будет падать на объект, имеющий массу, скажем, примерно как одна солнечная (в 332 946 раз превышающая массу Земли), то произойдёт вот что.

По мере приближения к этому интересному небесному телу будет возрастать и сила тяготения, с которой оно на человека воздействует. На определённом расстоянии от дыры получится так, что тяготение, оказываемое на ноги, будет многократно больше, чем тяготение, действующее на голову. Эта разница называется «приливная сила».

Результаты влияния этой силы описывает физик Нил Деграсс Тайсон в книге «Смерть в чёрной дыре и другие мелкие космические неприятности».

Сверхмассивная чёрная дыра спагеттифицирует солнцеподобную звезду. Художественный концепт. Изображение: ESO / ESA / Hubble / M. Kornmesser

Сначала приливные силы чёрной дыры порвут космонавта пополам аккурат посередине туловища (если он, конечно, падает в дыру «солдатиком», а не боком). Потом ноги и туловище порвёт ещё пополам. Затем ещё раз. И так в геометрической прогрессии, пока на элементарные частицы не распадутся даже атомы, из которых жертва сделана. Затем весь этот поток частиц окажется за горизонтом событий.

Земля тоже создаёт приливную силу, действующую на ваше тело, но недостаточную, чтобы порвать вас, так что не переживайте.

Вот и всё. Явление в шутку называется «спагеттификация». Обычно приливные силы чёрных дыр спагеттифицируют звёзды, но и с людьми справятся.

Правда, есть один нюанс.

Произойдёт что‑нибудь ужасное, но мы не узнаем, что именно

Рентгеновская вспышка чёрной дыры Стрелец A в центре Млечного Пути. Изображение: NASA / CXC / Stanford / I. Zhuravleva

Приливные силы, как объясняет Нил Тайсон, возрастают тем больше, чем больше размер объекта по сравнению с расстоянием до центра дыры. Это значит, что некрупная чёрная дыра разорвёт космонавта на куски и расщепит на атомы ещё на подлёте.

А вот если чёрная дыра достаточно массивная и с огромным радиусом, её приливные силы начнут растягивать путешественника уже после того, как он пересечёт горизонт событий.

При этом, наверное, человек может даже выжить, говорит физик Лео Родригес, ведь горизонт событий — это не физический барьер, а просто граница гравитационного воздействия чёрной дыры, на которой вырваться из неё не способен даже свет.

Перед самым падением за горизонт путешественник, возможно, успеет увидеть, как весь свет окружающих звёзд исказится, а далее сожмётся в точку позади, которая станет сначала красной, потом белой, затем синей. Всё из‑за воздействия гравитации дыры на длины пролетающих мимо световых волн (это называется «синее смещение»).

Визуализация падения в чёрную дыру. Точно изображает искажения неба вокруг, но не учитывает «посинения» картинки из‑за синего смещения. Видео: SkitlerRemix/Youtube

Но никто не может рассказать точно, что случится за горизонтом. Проблема в том, что там ещё и привычные нам законы физики не работают. Поэтому учёные могут только предполагать, что происходит с веществом в чёрной дыре.

Скорее всего, как считает Нил Тайсон, человека благополучно спагеттифицирует, просто не перед горизонтом событий, а за ним. Затем то, что осталось от путешественника, свалится в сингулярность — область пространства с бесконечной плотностью в центре дыры. Вот.

Так что книжных полок и посланий морзянкой из прошлого, отправленных своей дочери, как в «Интерстелларе», не будет.

P.S.: Спасибо всем кто читает, подписывается, ставит "+" и поддерживает рублем (https://pay.cloudtips.ru/p/9c59405f). Всем хорошего настроения и удачного дня! Еще увидимся)

Моя телега

Источник

Но самое странное свойство нового сигнала заключается в том, что он имеет очень высокую поляризацию. Это означает, что свет колеблется только в одном направлении, но это направление вращается со временем. «Яркость объекта также резко меняется, в 100 раз, и сигнал включается и выключается, по-видимому, случайным образом. Мы никогда не видели ничего подобного», – пишут авторы исследования.

На небе много различных типов переменных звезд и объектов, которые излучают переменный свет по всему спектру. Быть может, это звезда малой массы или субзвездный объект? Или же это пульсар? По мнению астрономов, ни один из перечисленных объектов не соответствует наблюдениям.

Спустя 9 месяцев наблюдений они обнаружили, что поведение источника резко изменилось – источник исчез за один день, хотя в предыдущих наблюдениях ASKAP он длился неделями, – пишут астрономы.

Обнаружение переходного сигнала стало для команды настоящим стимулом, однако, это не помогло им определить природу источника. Но им все же удалось узнать, что сигнал был обнаружен всего в четырех градусах от галактического центра. Безусловно, сегодня никто не знает что за таинственный космический объект испускает столь необычные сигналы, но вряд ли это незнание продлиться долго.

Спизжено с hi news. https://hi--news-ru.turbopages.org/hi-news.ru/s/research-dev...

Сигнал потух. Возможно это была звезда смерти или что то типа того. Может к ним прилители и разорвали им задницу? Кто знает...

Возможно это был природный объект, но тем не менее его характеристики выбивают я из общей массы и если мы это заметили, то все остальные в космосе тоже.

Не так важно какой природы объект, главное как он выделяется на фоне остальных. Как магазин у третьего километра, такой же как везде, только вечером там собираются шлюшки.

Что ж, на этом у меня все. Присылайте свои идеи по поводу предположительного места встречи с пришельцами.

Диаграмма экзопланет, открытых на конец 2017 года

Есть несколько вопросов, над которыми человечество всегда размышляло, но не могло удовлетворительно ответить, пока не появились соответствующие научные достижения. Такие вопросы, как «что такое Вселенная», «откуда она взялась», «как она стала такой» и «какова её конечная судьба» были с нами с незапамятных времён, но в XX и в XIX веках, благодаря невероятным достижениям в области физики и астрономии, наконец, получили исчерпывающие ответы. Однако, возможно, самый большой вопрос из всех – «Одиноки ли мы во Вселенной?» — остаётся без ответа.

Хотя современное поколение наземных и космических телескопов помогает нам заглядывать очень далеко, этот вопрос пока остаётся за пределами нашей досягаемости. Чтобы ответить на него, нам необходимо получить прямые изображения экзопланет — планет с размерами и температурой, похожими на Землю, но вращающихся вокруг звёзд, подобных Солнцу, а не более распространённых красных карликовых звёзд, таких как Проксима Центавра или TRAPPIST-1. Именно к этому стремится НАСА в рамках своей недавно объявленной главной миссии – «Обсерватории по поиску обитаемых миров» [Habitable Worlds Observatory, HWO]. Это амбициозный проект, но он того стоит. В конце концов, выяснение того, что мы не одиноки во Вселенной, возможно, станет крупнейшей революцией в истории науки.

В 2023 году у нас есть три основных способа поиска инопланетной жизни:

1. Мы исследуем планеты и спутники в нашей Солнечной системе, включая Марс, Венеру, Титан, Европу и Плутон дистанционно, с помощью пролётных миссий, орбитальных аппаратов, посадочных аппаратов и даже вездеходов в поисках признаков наличия в прошлом или даже в настоящем жизни.

2. Мы изучаем экзопланеты, ищем доказательства того, что на них есть жизнь, от поверхности до атмосферы и далее, на основе наблюдаемых признаков цвета, сезонных изменений и состава атмосферы.

3. Мы ищем любые сигналы, которые могли бы открыть присутствие разумных инопланетян с помощью таких проектов, как SETI и Breakthrough Listen.

У всех трёх подходов есть свои преимущества и недостатки, но большинство учёных считают, что именно второй вариант с наибольшей вероятностью будет успешным.

Если для существования жизни необходимы условия, схожие с земными, мы вполне можем оказаться единственным миром в Солнечной системе, где жизнь когда-либо развивалась, выживала и процветала. Если поблизости нет разумных, активно вещающих в радиодиапазоне цивилизаций, SETI не принесёт никаких положительных результатов. Но если жизнь есть хотя бы на небольшой части существующих миров с похожими на Землю свойствами, изучение экзопланет может принести успех там, где два других варианта успеха не дадут. И мы прошли очень долгий путь в изучении экзопланет: в пределах Млечного Пути есть уже более 5000 известных, подтверждённых экзопланет, и мы знаем массу, радиус и орбитальный период большинства из них.

К сожалению, этого недостаточно, чтобы узнать, является ли какой-либо из этих миров обитаемым. Чтобы сделать такое заключение, нам нужно нечто большее. Нам нужно знать такие вещи, как:

• Есть ли у экзопланеты атмосфера?

• Есть ли на ней облака, осадки и погодные циклы?

• Становятся ли зелёными и коричневыми её континенты в зависимости от времени года, как это происходит на Земле?

• Есть ли в её атмосфере газы или их комбинации, которые намекают на биологическую активность, и демонстрируют ли они сезонные изменения, как это происходит с уровнем CO2 на Земле?

Сегодня на переднем крае науки такие измерения выполняют космический телескоп Уэбб и наземные телескопы 10-метрового класса. Они получают прямые изображения экзопланет и проводят транзитную спектроскопию.

К сожалению, этих технологий недостаточно для достижения нашей цели — измерения свойств планет земного размера на землеподобных орбитах вокруг звёзд, похожих на Солнце. При прямой съёмке мы можем сфотографировать планеты размером с Юпитер, которые находятся на расстоянии от Солнца, превышающем расстояние до Сатурна: это хорошо для изучения газовых гигантов, но не очень хорошо для поиска жизни на каменистых планетах. С помощью транзитной спектроскопии мы можем увидеть свет, проходящий через атмосферу суперземных планет вокруг красных карликовых звёзд, но планеты земного размера вокруг звёзд, похожих на Солнце, находятся далеко за пределами досягаемости нынешних технологий.

Это многообещающее начало, но эту технологию нужно развивать, если мы надеемся достичь полного успеха — найти и описать обитаемую планету. В настоящее время мы создаём следующее поколение наземных телескопов, открываем эру 30-метровых телескопов (GMTO и ELT), и с нетерпением ждём следующей флагманской миссии НАСА в области астрофизики: «Телескоп имени Нэнси Роман», который будет обладать теми же возможностями, что и Хаббл, но с более совершенными приборами, полем зрения, в 50-100 раз превышающим возможности Хаббла, и коронографом, позволяющим получать изображения планет в бликах света их родительских звёзд, которые примерно в 1000 раз тусклее, чем те, что может увидеть Уэбб.

Однако даже с учётом этих достижений мы получим планеты размером с Землю только вокруг ближайших красных карликовых звёзд и планеты размером с суперземлю или мини-Нептун вокруг звёзд, похожих на Солнце. Чтобы получить изображение действительно похожей на Землю планеты, необходима усовершенствованная обсерватория с ещё большими возможностями.

Транзитная спектроскопия позволяет сделать вывод об атмосфере экзопланеты, когда она проходит на фоне родной звезды

К счастью, наши технологии не стоят на месте, как и наши идеи в отношении открытий и исследований. Каждое десятилетие Национальная академия наук собирается вместе, чтобы определить самые приоритетные направления астрономии и астрофизики, давая рекомендации в рамках десятилетнего обзора. В последний раз ею были предложены четыре флагманские миссии:

1. Lynx — рентгеновская обсерватория следующего поколения, особенно актуальная с учётом сокращения масштабов предстоящей миссии ЕКА Athena.

2. Origins — обсерватория следующего поколения для работы в дальнем инфракрасном диапазоне, заполняющая пробел в обзоре Вселенной на некоторых длинах волн.

3. HabEx — однозеркальный телескоп, предназначенный для прямого наблюдения ближайших планет, похожих на Землю.

4. LUVOIR — амбициозный гигантский сегментированный телескоп, который станет универсальной астрономической «обсерваторией мечты».

Хотя рекомендация заключалась в том, чтобы в конечном итоге были построены все четыре из них, наиболее приоритетной миссией была выбрана масштабная версия HabEx, учитывающая особенности как HabEx, так и LUVOIR, чтобы сформировать «Обсерваторию по поиску обитаемых миров». Во многих отношениях предложенная спецификация обеспечивает идеальный компромисс осуществимости проекта с учётом текущих технологий, того, что мы знаем и не знаем, и экономической эффективности (в свете проблем, возникших при создании и запуске Уэбба).

Изображение концепции космического телескопа LUVOIR

Предложенные на данный момент спецификации звучат интересно. Среди них:

• сегментированная конструкция оптического зеркала, аналогичная той, что уже используется Уэббом;

• тот же тип технологии коронографа, который в настоящее время разрабатывается и тестируется для телескопа Нэнси Роман;

• современные датчики, способные управлять различными сегментами зеркала для достижения стабильности с точностью до пикометра;

• запланированная совместимость с ракетами следующего поколения, которые будут летать в космос в конце 2030-х — начале 2040-х гг.;

• запланированное роботизированное обслуживание компонентов в точке Лагранжа L2, расположенной на расстоянии ~1,5 млн км от Земли,

• и никаких абсолютно новых технологий, которые не были бы полностью отработаны до этапа разработки/строительства.

С такими возможностями у обсерватории будет отличный шанс достичь «святого Грааля» астрономии: впервые показать человечеству действительно обитаемую планету. При рабочем диаметре зеркала от 6,0 до 6,5 метров, сопоставимом с Уэббом, она сможет напрямую получить изображения планет земного размера вокруг всех звёзд, расположенных в радиусе 14 световых лет от Земли. Каждое маленькое увеличение диаметра имеет значение: при удвоении расстояния наблюдения вы увеличиваете объём поиска и ожидаемое количество найденных объектов в восемь раз. В окрестностях Солнца находятся:

• 9 звёздных систем в радиусе 10 световых лет от Земли;

• 22 звёздные системы в пределах 12 световых лет от Земли;

• 40 звёздных систем в пределах 15 световых лет от Земли;

• и 95 звёздных систем в пределах 20 световых лет от Земли.

При реализации всех планов на HWO можно будет получить непосредственные изображения от 20 до 30 планет, похожих на Землю. Если жизнь на землеподобной планете зарождается с шансом хотя бы в несколько процентов, то эта миссия сможет обнаружить первую обитаемую планету за пределами Солнечной системы. А если Вселенная будет к нам благосклонна, мы сможем открыть даже не одну планету.

Поскольку мы уже прошли через боль разработки многих предшествующих технологий, включая 5-слойный солнцезащитный экран, складную сегментированную конструкцию зеркала (как у Уэбба) и деформируемое зеркало, используемое в коронографе телескопа им. Нэнси Роман (в настоящее время испытывается в рамках эксперимента PICTURE-C, проводимого на воздушном шаре), в проекте не придётся использовать ничего абсолютно нового.

Однако все новые разработки так или иначе сопряжены с риском. Идея роботизированного обслуживания обнадёживает, потому что у нас уже есть такой опыт – правда, недалеко, всего на низкой околоземной орбите. На расстоянии 1,5 миллиона километров до точки L2 даже инструкции, отправленные со скоростью света, будут задерживаться на 10 секунд. Для обслуживания потребуются как ракетные технологии, так и автоматизированные роботы, которых в настоящее время не существует.

Выравнивание зеркал с точностью до пикометра — техническая задача, которая требует достижений, намного превосходящих достижимое сегодня выравнивание с точностью до нанометра (разница в 1000 раз). Хотя это требует не качественного, а количественного улучшения существующей технологии, для этого придётся выделить значительный объём ресурсов, и в настоящее время эти ресурсы выделяются постепенно, в рамках процесса «созревания технологии», присущего этапам проектирования и предпроектной подготовки.

Как выглядел бы спектр атмосферы Земли на разных этапах её развития

Одна из серьёзных проблем, которая не всегда попадает в поле зрения нужных людей, — подойдёт ли для такой миссии коронограф, разработанный для телескопа Нэнси Роман. Коронограф Уэбба работает именно так, как ожидалось, позволяя нам находить и фотографировать планеты, которые всего на 1/100 000 ярче родительских звёзд. Телескоп Нэнси Роман должен оказаться в 1000 раз лучше по сравнению с Уэббом, поскольку деформируемое зеркало его коронографа оптимизируется для борьбы с интерференцией и рассеянным светом — проблемами, возникающими при идеально круглой форме коронографа.

Однако есть один нюанс: одна из причин, по которой коронограф телескопа Нэнси Роман может работать намного лучше, чем у Уэбба, заключается в том, что у Уэбба зеркало составное, в то время как у телескопа Нэнси Роман предполагается единое, круглое, монолитное зеркало. Именно из-за формы зеркал Уэбба вокруг всех звёзд и ярких точечных источников света возникает «снежинкоподобный» дифракционный узор: это просто математическое следствие геометрии оптики.

Но коронографы по своей природе круглые, и не могут легко избавиться от рассеянного света, который попадает от любых острых краёв – будь то шестиугольные фрагменты зеркал, углы на внешних краях зеркал, или миллиметровые зазоры между различными сегментами.

Поскольку конструкция у HWO будет аналогична Уэббу, это кажется очень большой проблемой, с которой ей придётся считаться — особенно потому, что для получения изображений землеподобных миров вокруг звёзд, похожих на Солнце, необходима коронография ещё в 100 раз лучше, чем у телескопа Нэнси Роман.

Распределение точек на изображении космического телескопа Уэбба, предсказанное ещё в работе 2007 года

Одним из возможных решений является запуск «звёздной шторки» — либо вместе с HWO, либо даже после неё, чтобы блокировать свет звезды до того, как он достигнет главного зеркала обсерватории. Хотя это технологически осуществимо, это и дорого, и ограничено в своей эффективности: каждый раз, когда понадобится сменить цель съёмки, «шторке» придётся перелететь на 80 000 километров относительно обсерватории. Так что потенциально такая конструкция сможет получить изображение примерно одной или двух систем в год.

Необычное решение, которое, возможно, стоит рассмотреть — построить не традиционное сегментированное зеркало, а серию кругов. Примерно такую оптическую систему делают у строящегося Гигантского Магелланова телескопа. При помощи семи идеальных кругов вместо 18 или более шестиугольников, он получит светособирающую способность площади всех семи кругов вместе взятых, но с разрешением того диаметра, на котором установлены первичные зеркала. При такой конструкции:

• устраняются все проблемы с паразитным светом, связанные с конструкцией, как у Уэбба;

• можно использовать уже разработанную технологию складных первичных зеркал;

• по-прежнему будет применима технология стабилизации зеркал на пикометровом уровне — для всех сегментов зеркала;

• вместо одного вторичного зеркала и/или одного коронографа, у каждого из семи сегментов может быть собственный.

И, в качестве бонуса, не потребуется никаких проводов, пересекающих оптику первичного зеркала, поскольку вторичное зеркало (или зеркала) можно будет удерживать на месте с помощью проводов, проходящих между зазорами в круговых сегментах: именно поэтому Гигантский Магелланов телескоп станет первой обсерваторией мирового класса без дифракционных шипов на звёздах.

Концепция конструкции космического телескопа, совмещённого со «звёздной шторкой» — технологией, используемой для блокировки света звезды с целью выявления наличия планет, вращающихся вокруг этой звезды

При правильном проектировании и реализации мы можем увидеть обсерваторию для поиска обитаемых миров:

• которую можно будет запустить уже в конце 2030-х — начале 2040-х гг.;

• которая уложится в бюджет и в срок;

• обладающую необходимой архитектурой для достижения своих наблюдательных целей без использования «звёздной шторки»;

• полностью заправляемую топливом, с полностью обслуживаемыми и заменяемыми приборами;

• на которую в любой момент в будущем можно будет установить звёздную шторку;

• и которая, вполне возможно, обнаружит достаточно «землеподобных» планет, чтобы открыть по крайней мере одну (а может быть, и не одну) обитаемую экзопланету.

Большой вопрос, который необходимо решить при проектировании этого телескопа — это компромисс между тем, сколько землеподобных кандидатов он сможет сфотографировать, и тем, насколько большим и дорогостоящим он получится. Хотя диапазон от 6 до 7 метров кажется оптимальным, будет обидно, если мы сделаем слишком маленькую и экономную обсерваторию, которая в итоге ничего не найдёт.

Каждая землеподобная планета, которую мы фотографируем и описываем — это билет в лотерее, где шансы на получение всех призов неизвестны. Наши шансы на успех полностью зависят от того, какие билеты окажутся выигрышными и купим ли мы достаточное их количество. Сложность заключается в том, что мы не узнаем, есть ли у нас какие-то рамки, в которые вписываются эти шансы, пока мы не получим результатов от обсерватории. Поэтому мы должны построить её таким образом, чтобы наши шансы хотя бы на один успех были как можно выше. Если нам это удастся, то, возможно, мы наконец-то получим ответ на вопрос «Одиноки ли мы во Вселенной?». Возможно, что ответ окажется: «Нет, есть и другая жизнь».

Этот мир создан гравитацией. Она же стремится его разрушить. Та же сила, что вылепила галактики, планеты и звезды, превращает все в черные дыры, если только ей позволить. Чтобы понять суть этого парадокса, поговорим подробнее сначала о творении, потом — о разрушении.

Каша с комочками

Представим себе, что вся материя в видимой Вселенной, включая даже и темную, состоит из водорода. В отношении обычного (не темного) вещества это, кстати, недалеко от истины: оно состоит из водорода на 77%. Равномерно распределим эту материю по пространству. Сколько же получится? Ответ потрясает: шесть атомов на кубический метр. Ни одна лаборатория в мире не может создать настолько глубокий вакуум. По большому счету Вселенная — это великая пустота.

Одна из самых точных карт распределения материи во Вселенной на сегодняшний день. Карты неба с телескопа Dark Energy Survey (слева) и South Pole Telescope (справа).

Сразу после Большого взрыва материя и была размазана по пространству почти равномерно. Существовали лишь небольшие случайные неоднородности. Но в игру вступило всемирное тяготение. Там, где плотность вещества оказалось хоть чуть-чуть больше фоновой, возникли центры притяжения (вспомним, что сила тяготения зависит от массы). Эта гравитация привлекала все новые порции материи. Комок вещества набирал массу, а значит, становился еще более мощным центром тяготения, и круг замыкался. В конце концов материя собралась в галактики, а внутри галактик — в звезды и планеты.

Процесс комкования Вселенной зашел не слишком далеко. В конце концов 80 процентов массы обычного (не темного) вещества до сих пор приходится на межгалактический газ, а половина оставшихся 20 процентов — на межзвездный. И все же именно благодаря всемирному тяготению в мире существует хоть что-то кроме пустынной бездны, в которой изредка встречаются одинокие атомы.

Но гравитация не умеет останавливаться добровольно. Чем ближе две частицы вещества, тем сильнее притяжение между ними. Влекомые этим притяжением, они станут еще ближе, если только никакая другая сила не помешает этому. И тогда тяготение опять возрастет. Гравитация — ненасытный монстр, который стремится сжать любой объект… во что? Старая, добрая теория Ньютона отвечает: в точку. Общая теория относительности Эйнштейна уточняет: в черную дыру.

Это, по существу, и есть ответ на вопрос, откуда берутся черные дыры. Они возникают, когда гравитация оказывается сильнее любой силы, препятствующей сжатию вещества. Но с какими именно объектами происходит подобная неприятность?

Когда умирают звезды

Чем массивнее небесное тело, тем больше взаимное притяжение составляющих его частиц вещества и тем труднее противостоять сжатию. Планета или коричневый карлик справляется с этим просто за счет давления сжимаемого вещества. Со звездами этот номер уже не проходит. Зародыш звезды сжимается под действием гравитации, пока его недра не становятся достаточно плотными и горячими, чтобы в них вспыхнули термоядерные реакции. С этого момента к давлению вещества присоединяется давление излучения. Это то самое давление света, открытое великим русским физиком П. Н. Лебедевым. Только на Земле ему понадобились чувствительные приборы, а вот в недрах звезды именно излучение, а вовсе не вещество, вносит в давление решающий вклад. От превращения в черную дыру, этот оплот вечной тьмы, звезду удерживают в буквальном смысле силы света.

Но термоядерное топливо рано или поздно заканчивается. Правда, к этому времени звезда уже рассеивает в пространстве значительную часть своей массы. Но на ее месте остается плотное и все еще достаточно массивное ядро — звездный остаток. И гравитация, которой уже не противостоит давление излучения, стремительно сжимает его. Сжатие продолжается до тих пор, пока…

Пока что? Это зависит от массы остатка, который, понятное дело, определяется массой исходной звезды. Допустим, это было светило умеренной массы (до десяти солнц). Тогда процесс останавливается, когда электроны в звездном остатке переходят в особое состояние: становятся вырожденным электронным газом. Он куда яростнее сопротивляется сжатию, чем обычное вещество. Звездный остаток, остановившейся на этой стадии, называется белым карликом. Кубический сантиметр его вещества может весить тонну, а то и тысячу тонн! В связи с такой огромной плотностью белый карлик солнечной массы размерами напоминает… Землю.

Система KOI-256, состоящая из красного и белого карликов. Иллюстрация NASA.

Думаете, это и есть аттракцион невиданной плотности? Как бы не так. Если исходная звезда массивнее десяти солнц, гравитация в звездном остатке еще сильнее. Тогда вырожденный электронный газ уже не может остановить сжатие. В результате электроны сливаются с протонами, образуя нейтроны. Получается нейтронная звезда. Ее радиус при солнечной массе измеряется уже считанными километрами. Кубический сантиметр этой субстанции весит сотни миллионов тонн.

Нейтронная звезда в представлении художника.

Ну а если звезда при жизни была массивнее тридцати солнц, даже давление нейтронного вещества не в силах остановить сжатие. Тогда и происходит «переход на темную сторону» — превращение в черную дыру. К слову, за теоретическое описание этой метаморфозы Р. Пенроуз получил Нобелевскую премию по физике 2020 года (разделив ее с Р. Генцелем и А. Гез, с которыми мы еще встретимся).

По расчетам теоретиков, нижний предел массы «звездной» черной дыры — около трех солнечных. Верхний предел, если говорить о звездах нашей галактики — около 20 солнц. В галактиках с несколько иным химическим составом он может быть и больше.

Говорить о размере и плотности черной дыры — дело неблагодарное, ведь у нее нет поверхности в привычном смысле. Обычно за условную поверхность черной дыры принимают горизонт событий — ту самую роковую границу, после пересечения которой назад не может вернуться ничто, даже свет. Для «невидимки» массой в три Солнца радиус горизонта событий составляет всего девять километров.

Черная дыра, находящаяся слишком близко к звезде, поглощает вещество своей соседки./(с) NASA/CXC/M.Weiss.

Каннибалы и столкновения

Откуда мы знаем, что черные дыры звездных масс существуют в реальности, а не только в выкладках теоретиков? Прежде всего мы наблюдаем гравитационные волны от их столкновений. За открытие этих волн, кстати, была присуждена Нобелевская премия по физике 2017 года. Это решающее доказательство, официальный бланк с подписью и печатью. Ни один другой процесс не может породить гравитационный сигнал такой же структуры. Число зафиксированных космических ДТП приближается уже к сотне.

Численное моделирование двух сливающихся черных дыр, выполненное Институтом Альберта Эйнштейна в Германии: цветом показаны степени возмущения структуры пространства-времени, так называемые гравитационные волны. Вернер Бенгер / НАСА.

Кроме того, бывает, что черная дыра образует тесную пару с нормальной звездой. Близость с хищницей не сулит светилу ничего хорошего. Своей мощной гравитацией та высасывает из партнера вещество, занимаясь самым настоящим каннибализмом. Вокруг черной дыры закручивается облако постепенно падающей на нее материи — аккреционный диск. Струи газа в этом диске раскаляются трением до такой степени, что ярко сияют в рентгеновском диапазоне. Наблюдателям известно несколько десятков ярких рентгеновских объектов, которые слишком массивны для нейтронных звезд. Ученые, обязанные быть дотошными до занудства, называют их кандидатами в черные дыры. Но вообще-то почти нет сомнений, что это именно черные дыры и есть.

Бывает, что черная дыра образует пару с нормальной звездой, но не настолько тесную, чтобы отношения дошли до каннибализма. В этом случае «сгусток тьмы» можно обнаружить, заметив, что светило обращается вокруг невидимого патрона. Наблюдатели исходят из принципа «судя по орбите звезды-спутника, эта штука слишком массивная для нейтронной звезды, а будь это нормальное светило, мы бы его увидели». Это простая идея, но только недавно наблюдения достигли нужной точности. Так что количество открытых таким образом черных дыр измеряется пока единицами.

Вообще-то все это капля в море. В одном только Млечном Пути должны быть сотни миллионов черных дыр звездной массы. Но что же делать: они действительно черные, и обнаруживать их очень непросто.

Центр Млечного пути и чёрные дыры вокруг источника Стрелец A*. Источник: NASA/CXC/Columbia Univ./C. Hailey et al.

Размер имеет значение

Следующий класс черных дыр, с которым наблюдатели хорошо знакомы — сверхмассивные. Они имеют массы от миллионов до десятков миллиардов солнц, и, конечно, ни о каком «звездном» их происхождении и речи быть не может.

Сверхмассивная чёрная дыра и её аккреционный диск в представлении художника.

Сверхмассивные черные дыры образуются в центрах галактик. Это неудивительно, ведь именно там плотность вещества особенно велика. Материя стекается в центр, привлеченная суммарной гравитацией всей галактики. В какой-то момент это облако пыли и газа становится таким плотным, что под действием собственной гравитации сжимается в черную дыру.

У исследователей до сих пор нет ясности, как именно это происходит, вернее, почему это происходит так быстро. Наблюдения самых далеких галактик показывают, что сверхмассивные черные дыры уже существовали, когда возраст Вселенной составлял всего 5% от нынешнего. Столь стремительное возникновение этих монстров — загадка, которую только предстоит разгадать.

Кстати, о наблюдениях. Сверхмассивные черные дыры часто имеют очень впечатляющие аккреционные диски, ведь вещества в центре галактики более чем достаточно. Облако падающего на них вещества превращает их в самые яркие во Вселенной источники излучения. Наблюдателям известны сотни тысяч таких объектов.

Уверены ли астрономы, что это именно черные дыры, а не что-либо другое? Да. Во-первых, в 2008 г. Р. Генцель и А. Гез довольно точно измерили массу и радиус центрального объекта Млечного Пути. Оказалось, что тело, сравнимое по размеру с Солнечной системой, имеет массу в четыре миллиона солнц (что вы знаете об эффективной упаковке!). Такой объект может быть только черной дырой.

Во-вторых, в 2019 г. астрономы впервые получили изображение «тени» черной дыры в галактике М87, которое точно совпало с предсказаниями теории. Конечно, о сотнях тысяч других сверхмассивных черных дыр такой подробной информации нет, но прецедент создан.

Представители среднего класса

Есть во Вселенной и черные дыры, слишком массивные для «звездных», но не дотягивающие до почетного звания сверхмассивных. Они называются черными дырами средней, или промежуточной, массы.

Этот слишком широкий класс явно был сформулирован по принципу «а вот здесь у нас на карте белое пятно». Ясно, что сто солнц и сто тысяч солнц — это очень разные массы, и за ними должны стоять столь же разные механизмы образования. Но как о тех, так и о других известно совсем мало.

Детекторы гравитационных волн однажды зафиксировали столкновение двух необычно крупных черных дыр. Масса первой составляла 71-106 солнечных, а масса второй — 48-83 солнечных. При их столкновении образовался объект массой 126-170 солнц, который уж точно относится к «среднему классу». Но и «участницы ДТП» великоваты для звездных остатков. Возможно, они сами — плод столкновения и слияния черных дыр звездных масс.

Моделирование слияния черных дыр GW190521 / ©Max-Planck-Institut fr Gravitationsphysik, SXS Collaboration.

С другой стороны пропасти находятся черные дыры массой в сотни тысяч солнц. Они могли образоваться так же, как сверхмассивные. Просто их родительские галактики невелики, поэтому и черные дыры получаются, так сказать, недокормленными. В центрах некоторых карликовых галактик рентгеновские телескопы действительно обнаруживают нечто, похожее на «недосверхмассивную» черную дыру. Количество таких объектов перевалило уже за сотню. А недавно «хищницу» массой около 90 тысяч солнц нашли в ядре карликовой системы, некогда проглоченной галактикой Андромеды.

Звездное скопление B023-G078 в галактике Андромеды / ©Ivn der, HST ACS, HRC. Судя по движениям звезд B023-G078, в центре его сохранилась черная дыра массой в 91 тысячу солнц.

Реликтовые звери

Осталось рассказать о первичных черных дырах — первом крике новорожденной Вселенной. Они обязательно должны существовать, вот только обнаружить их никак не удается.

Мы упоминали о том, что вещество в новорожденном космосе было распределено почти однородно. Это важное «почти», ведь первичные неоднородности стали точками роста, из которых в итоге образовались галактики. Но в некоторых исключительно редких точках плотность вещества с самого начала была настолько высока, что они сразу же превратились в черные дыры. Это произошло в первые доли секунды после Большого взрыва. До образования атомных ядер оставались минуты, а до появления первых атомов — сотни тысяч лет. Эти черные дыры называют первичными.

Космологи убеждены, что первичные черные дыры существуют. Нет способа избежать их возникновения, не сломав при этом всю теорию ранней Вселенной. Но наблюдатели разводят руками: ни одной черной дыры, которую уверенно можно было бы отнести к первичным, пока не обнаружено. Все данные о количестве таких объектов — это ограничения сверху. Другими словами, «их точно не больше, чем столько-то, потому что будь их больше, мы бы их уже заметили».

Как вообще можно обнаружить и опознать это космическое ископаемое? Прежде всего, по массе. В момент рождения реликтовые черные дыры имели самую разную массу, от пылинки до сотен тысяч солнц. И это единственный известный механизм образования черных дыр с массой существенно меньше солнечной. Если мы когда-нибудь обнаружим такую крошку, станет ясно: вот он, реликтовый зверь.

Впрочем, самые маленькие из первичных черных дыр давно сошли на нет из-за излучения Хокинга. Чтобы дожить до наших дней, такому объекту нужно иметь массу как минимум с крупный астероид (а размером он при этом будет… с протон).

Кстати, об излучении Хокинга. Оно расходует массу черной дыры. Но чем меньше масса,  тем сильнее излучение, так что процесс идет с самоускорением. Когда черная дыра становится легче ядра маленькой кометы, она исчезает в яркой вспышке гамма-лучей. Это выглядит буквально как взрыв. Теоретически некоторые из первичных черных дыр взрываются прямо сейчас, в эту самую секунду. Наблюдатели не оставляют надежды разглядеть в гамма-телескопы если не отдельное такое событие, то хотя бы фон от множества далеких взрывов. Есть и другие способы искать первичные черные дыры, но пока ни один из них не дал результата. Если и когда это наконец случится, это открытие, безусловно, будет достойно еще одной Нобелевской премии.

P.S.: Спасибо всем кто читает, подписывается, ставит "+" и поддерживает рублем! Вы лучшие!

Источник

С развитием технологий растут и планы по освоению космоса, о чем свидетельствует идея космического лифта. Более того, Вселенная неизмерима и изобилует бесчисленным множеством космических объектов с удивительными свойствами, заслуживающими дальнейшего научного внимания. Пока же вот 9 вещей, которые (заново) открываются о нашей Вселенной и могут вас удивить.

1. Сатурн может плавать на воде.

Известная своими многочисленными кольцами, планета Сатурн является 6-й планетой Солнечной системы, наиболее удаленной от нашей звезды из пяти планет, легко видимых невооруженным глазом с Земли (остальные четыре-Меркурий, Венера, Марс и Юпитер), и 2-й по величине после Юпитера. Сатурн кажется невооруженному глазу в ночном небе яркой желтоватой точкой света. Теперь представьте, что вы можете погрузить эту огромную звезду в сердце гигантского океана. Несмотря на массу, в 95 раз превышающую массу Земли, планета будет плавать. Почему? Очень просто, потому что явление плавучести напрямую связано с плотностью объекта, а не с его массой. Плотность Сатурна (687 кг/м3) ниже, чем у воды (1000 кг/м3), поскольку он состоит в основном из газа, а не из твердого вещества, как наша голубая планета.

2. Планеты Солнечной системы не вращаются вокруг центра Солнца.

Думали ли вы, что Земля вращается вокруг центра нашей звезды? Подумайте еще раз! Само Солнце вращается вокруг точки - барицентра нашей Солнечной системы. Все тела воздействуют друг на друга под действием силы тяжести, и чем массивнее объект, тем больше сила его притяжения. Только Солнце имеет наибольшую массу в своей непосредственной близости (99,854% всех тел в системе). Таким образом, эта центральная точка расположена примерно в 750 000 километрах от центра Солнца, немного выше его внешнего слоя.

3. Четверть миллиарда лет спустя Земля возвращается в исходную точку.

Во Вселенной все вращается. Без этого вращательного движения не было бы ни скоплений газа и пыли, ни звезд. Кроме того, жизнь не могла бы существовать. Земля вращается вокруг себя со скоростью 1 600 км/ч на экваторе и движется вокруг Солнца со скоростью 107 000 км/ч. Солнечная система вращается вокруг центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, Стрельца А*, со скоростью более 850 000 км/ч. На один полный оборот, составляющий 165 000 световых лет, что соответствует одному галактическому году, уходит 230 миллионов лет. Это означает, что в последний раз, когда наша планета находилась в таком же положении, как сегодня, по отношению к Стрельцу А*, динозавры ходили по почве нашей старой доброй Земли.

Изображение Млечного Пути, нашей галактики со спиралью.

4. Сверхмассивные черные дыры будут менее опасны для космонавтов, чем звездные черные дыры.

Для мира астрофизики было бы очень интересно иметь возможность проникнуть внутрь черных дыр, если человечество когда-нибудь доберется до них. Однако это путешествие будет в один конец для каждого, кто решится туда отправиться. Однако сверхмассивные черные дыры (от нескольких миллионов до нескольких миллиардов солнечных масс) будут гораздо "мягче" звездных (порядка нескольких солнечных масс), поскольку их приливные силы слабее, а их сингулярность находится гораздо дальше от горизонта, чем их меньшие собратья. При приближении к черной дыре массой всего в несколько солнечных масс эти силы мгновенно убили бы смелого космонавта еще до того, как он или она пересекли бы горизонт событий. Это явление спагеттирования, которое обусловлено дифференциальной гравитационной силой и стремится растянуть любой объект.

5. Уран "катится" по своей орбите, а вращение Венеры ретроградное.

Наша голубая планета имеет ось вращения, наклоненную на 23° к перпендикуляру ее орбиты вокруг Солнца. Все соседние планеты имеют ось наклона в пределах от 0° до 30°. Исключение составляют только две планеты. Ось Урана наклонена на 98°, что приводит к эффекту перекатывания по его звездной траектории, подобно бильярдному шару, брошенному на большой скорости. У Венеры, с другой стороны, ось приближается к 177°. Поэтому она вращается в противоположном направлении по сравнению со своими аналогами. Это называется ретроградным вращением.

Планета Уран. Благодаря его кольцам мы можем различить наклон оси вращения.

6. Звезды мастодонты.

Чтобы войти в курс дела, давайте начнем с оценки характеристик Солнца. Ее диаметр составляет около 1 400 000 километров, а масса - около 2 × 10^30 кг (2 и 30 нулей). Для нас это звучит феноменально, однако наша звезда выглядит младенцем по сравнению с некоторыми гигантами. R136a1, самая массивная из известных звезд, находится на расстоянии 170 000 световых лет от Земли. Расположенная в сердце туманности Тарантул в галактике Большое Магелланово Облако, она в 265 раз тяжелее Солнца и светит в 10 миллионов раз ярче. По мнению ученых, предельная масса звезды не должна превышать 150 солнечных масс. Таким образом, это странный случай, который астрономы пытаются объяснить. Самая большая звезда, которую можно наблюдать, находится в созвездии Щита, на расстоянии 5 000 световых лет. Его название - UY Щита. При размерах в 1700 раз больше нашей звезды (более двух миллиардов километров в диаметре), этот красный сверхгигант может содержать, приготовьтесь, более 3,6 миллиарда Солнц.

R136a1 в представлении художника.

7. Юпитер, несостоявшаяся звезда.

Мы привыкли просыпаться только с одним солнцем. Однако бинарные и множественные системы - обычное явление в космосе. По мнению астрофизиков, у Солнца мог быть спутник во время её долгой жизни в десять миллиардов лет. Юпитер, самая большая планета в нашей окрестности, имеет диаметр 143 000 км по экватору. Более того, в него можно было бы легко втиснуть 1300 Земель. Газовый гигант мог бы начать ядерные реакции, как Солнце, если бы протопланета 4,3 миллиарда лет назад собрала гораздо больше космического мусора во время формирования Солнечной системы. Поскольку его масса была слишком мала для образования термоядерного синтеза, тело так и не воспламенилось и навсегда осталось частью семьи планет, вращающихся вокруг Солнца.

Изображение Юпитера, сделанное космическим телескопом "Хаббл" в 2020 году. Его спутник Европа находится слева.

8. Большое красное пятно Юпитера.
Этот большой красноватый глаз - буря огромной силы. Немного больше Земли, она имеет скорость ветра более 700 км/ч. Впервые ее наблюдали в 1665 году, и с тех пор эта система высокого давления продолжает проноситься через атмосферу Юпитера. Более того, она настолько велика, что для ее наблюдения достаточно небольшого телескопа диаметром 15 см.

Большое красное пятно Юпитера вращается уже более 350 лет.

9. Знать прошлое или будущее положение Земли, просто взглянув на полумесяц.

1,3 световых секунды - это расстояние между Луной и Землей, или 384 000 км. Во время четверти луны или половины луны мы можем сказать, где была и будет Земля. Во время первой четверти Луны наш естественный спутник пересекает эллиптическую орбиту Земли, причем Земля движется по орбите со скоростью 107 000 км/ч. Быстрый расчет позволяет нам определить наше пространственное положение на четыре часа раньше. Таким образом, Луна в этот момент занимает место, занятое Землей за четыре часа до этого. Те же рассуждения применимы и к Луне последней четверти (или убывающей Луне). Однако на этот раз мы видим Луну в том же положении, в котором она окажется четыре часа спустя.