Телескоп "Хаббл" внезапно вышел на связь и удивил учёных новыми данными

10 июня на официальном сайте миссии "Хаббл" опубликовали информацию об открытии, сделанном с помощью одноимённого телескопа. В течение 11 лет, из которых шесть ушло на наблюдения и ещё пять — на анализ данных, астрофизики из двух университетов пытались "поймать за хвост" аномальную чёрную дыру. Когда им это удалось, выяснилось, что они имеют дело с блуждающей чёрной дырой, к которой много вопросов.

Прежде чем переходить к основной части, стоит сказать пару слов о телескопе "Хаббл", без которого бы не было этого открытия, как и многих других.

"Хаббл", входящий в список самых больших обсерваторий американского космического ведомства, — совместный проект НАСА и ЕКА (Европейского космического агентства). Уникальность его состоит в том, что он расположен не на Земле, а на низкой околоземной орбите — на высоте 545 км. Это позволяет учёным избегать погрешностей, связанных с искажениями за счёт земной атмосферы, и получать данные, в 10 раз более точные, чем дают наземные телескопы такой же мощности. "Хаббл" стоит в одном ряду с исследовательскими зондами "Вояджер" за счёт колоссальной переработки: изначально считалось, что он проработает несколько лет, но вот уже 32 года и два месяца телескоп исправно поставляет на Землю уникальные данные ("Вояджеры" отработали вместо заявленных пяти 55 лет и пока не сдаются).

О чёрных дырах известно крайне мало, несмотря на то что о них говорят с 1784 года, а усиленно изучают с 1916 года. Первый снимок чёрной дыры был получен только в 2019 году, второй — в мае этого года. Только в нашей Галактике от 10 млн до миллиарда чёрных дыр, при этом достоверных случаев обнаружения известно порядка 20.

Чёрные дыры сложно идентифицировать, ведь это объекты из разряда "воинствующая пустота и темнота" — кванты света из-за чудовищной гравитации не могут покинуть пределы чёрной дыры. Это к вопросу, что "чернее ночи". Гипотетически, если человек попадёт в чёрную дыру, он либо мгновенно превратится в спагетти, либо "с точки зрения внешнего мира исчезнет навсегда" (цитата из Хокинга. — Прим. Лайфа), будто бы его никогда и не существовало. Если отбросить в сторону страшилки, чёрная дыра — это область искривления пространства-времени. В 1916 году в журнале Annalen der Physik вышла статья Альберта Эйнштейна с изложением общей теории относительности.

Там упоминались и чёрные дыры. Именно Эйнштейн вывел, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, а искривлением пространства-времени. Грубо говоря, звёздное пространство — батут, чёрная дыра — шар для боулинга, фоновая звезда — маленький шарик, катящийся в провал, образовавшийся от тяжёлого шара для боулинга. То есть чёрная дыра влияет на движение звезды и света, исходящего от неё, не потому, что она такая массивная (а она массивная — во много раз тяжелее Солнца), а потому, что искривляет пространство и время.

Благодаря Эйнштейну мы знаем, что во Вселенной главенствуют не законы механики, а законы искривления пространства-времени. Гравитация сильнее всего там, где пространство-время максимально искривлено, и исчезает там, где пространство-время плоское.

В 1935 году Эйнштейн совместно с Натаном Розаном допустили существование временных мостов (естественных "машин времени"), или кротовых нор. Если в чёрной дыре есть вход, но нет выхода, то в кротовой норе есть и вход, и выход, и теоретически так можно перемещаться из одной Вселенной в другую. Но пока это возможно только в рамках квантовой теории.

Путешествовать в прошлое и предотвращать катастрофы могут супергерои из вселенной "Марвел", обычные люди пока это делать не научились. А квантовая теория, или "наука о малом" (распадающийся атом урана, фотоны, вот это вот всё), пока не дружит с общей теорией относительности, или "наукой о большом" (вращение планет, сталкивающиеся галактики, расширяющаяся Вселенная). Это две разные реальности, о совмещении которых остаётся только мечтать. Ведь это было бы крайне удобно, это бы сразу сделало человека хозяином всех миров — полёты на Марс стали бы задачей для пятиклассника, а серьёзные астронавты путешествовали бы до альфы Центавры и обратно, а потом отправлялись бы бороздить мультивселенную.

И сейчас стоит сказать о том, почему открытие новой чёрной дыры одновременно рушит подобные надежды, пугает и озадачивает учёных.

Наличие чёрных дыр доказывает актуальность Общей теории относительности. С каждым годом её значение растёт, а противники ОТО оказываются посрамлены. В 2019 году был получен первый снимок чёрной дыры в центре галактики M87 на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли, в мае 2022 года астрофизики представили миру снимок сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A из самого центра уже нашей Галактики.

Долгие годы существование чёрных дыр подтверждалось лишь косвенно (путём наблюдения за аккреационным диском, то есть зоной вокруг чёрной дыры, куда стягивается весь космический мусор), соответственно, с одной стороны, лазеек у критиков Эйнштейна было больше, с другой — была надежда на появление т.н. новой физики, в которой между квантовой теорией и "наукой о большом", изучающей галактики и расширение Вселенной, не будет противоречий. А это гипотетически открыло бы и путешествия во времени, и полёты в другие галактики.

Но учёные работают именно с тем материалом, который у них имеется в наличии. Около 50 лет они догадывались о существовании блуждающей чёрной дыры, удалённой на пять тысяч световых лет от Земли, локализированной в спиральном рукаве Стрельца-Киля Млечного Пути. В 2011 году астрофизики обратили внимание на то, что свет фоновой звезды (относительно неё и определили наличие чёрной дыры), усиливался в течение 270 дней. Шесть лет ушло на наблюдение – измерение угла отклонения света с помощью метода микролинзирования. И ещё пять лет — на расшифровку данных. Оказалось, что это действительно чёрная дыра.

По мнению некоторых учёных, это в 1000 раз снизило вероятность неправоты Эйнштейна. Его теория работает, чёрная дыра искажает пространство-время, и это же является прямым доказательством того, что она действительно есть.

Эта чёрная дыра несётся со страшной скоростью — 160 тысяч км/час, что в три раза быстрее "Вояджера", и этого достаточно, чтобы, к примеру, долететь от Земли до Луны за три часа. Для сравнения: "Сапсан" преодолевает расстояние от Москвы до Петербурга за три часа 50 минут, самолёт долетает от Москвы до Австрии за два часа 50 минут.

Как сообщают учёные, чёрная дыра движется нетипично — не в общем потоке кружащихся вокруг центра Галактики звёзд. Поэтому её прозвали блуждающей чёрной дырой, дырой-бродягой. Она движется быстрее соседних объектов, разница в скорости составляет 45 км/сек. Импульс движения таких объектов обусловлен неким толчком извне.

"Блуждающие по нашей Галактике чёрные дыры рождаются в результате редких чудовищных взрывов массивных звёзд, составляющих менее одной тысячной всего звёздного населения Млечного Пути, они по меньшей мере в 20 раз массивнее нашего Солнца", — отмечают в НАСА.

Эту чёрную дыру нельзя сфотографировать, в отличие от тех, что были запечатлены в 2019 и 2022 годах, потому что у неё нет аккреационного диска, а значит, и свечения там нет. Только гравитация, только искривление пространства-времени. Майкл Треммель из Центра астрономии и астрофизики в Йеле допускает, что космических бродяг в нашей Галактике может быть больше и вероятность того, что одна из таких чёрных дыр однажды пройдёт рядом с Солнечной системой, существует. В отличие от человечества, чёрные дыры уже могут путешествовать по Галактике.

Сейчас НАСА возлагает надежду на новый телескоп Nancy Grace Roman Space Telescope, который позволит открыть методом микролинзирования тысячи чёрных дыр в Млечном Пути, и тогда уже можно будет говорить обо всём с большей уверенностью. Несмотря на все противоречия между ОТО и квантовой механикой, разногласия между учёными, можно сказать с уверенностью, что космическая наука сегодня развивается ежедневно со скоростью, которая не снилась учёным прошлого века.