Сингулярность что это такое в астрономии
Что такое сингулярность
Что такое сингулярность? Дословно это слово переводится как единственный и особенный. Но, думаю, не за таким объяснением вы сюда пришли. Данная особенность встречается в различных науках и обладает какими-либо уникальными свойствами. То есть что-то особенное и единственное в своем роде – перевод этого слова доподлинно передает его значение. Сингулярности бывают нескольких видов:
Разберем их немного поподробнее.
Космологическая сингулярность
Наличие космологической сингулярности в начале времен было доказано Стивеном Хокингом еще в 1967-ом. Однако даже он говорил, что она не подчиняется физическим законам. Сами бесконечные плотности и температуры являются невозможными. Такая плотность означает, что энтропия стремится к нулю, а это не может сосуществовать с подобными температурами. На сегодняшний день, космологическая сингулярность, пожалуй, самый главный вопрос. Еще больше ученых раздражает тот факт, что ни одно событие, произошедшее после Большого взрыва, не дает абсолютно никакой информации о том, что было до него. Однако ответить на этот вопрос научное сообщество все же пытается. Вот так:
Гравитационная сингулярность
Гравитационная сингулярность – это тоже некая точка пространственно-временном континууме, через которую нельзя провести геодезическую прямую. Энергетическая плотность и кривизна, описывающие гравитационное поле в такой сингулярности принимают бесконечное значение. ОТО говорит о том, что гравитационные особенности принимают участие в образовании черных дыр. Сингулярность располагается за горизонтом событий, где ее невозможно обнаружить. Да и увидеть ее своими глазами все равно нельзя, поэтому пока что это лишь очередная теория. Может быть, когда теория петлевой квантовой гравитации обзаведется большей доказательной базой, можно будет каким-либо образом описать поведение материи вокруг сингулярности и ее саму.
Любая черная дыра имеет горизонт событий и сингулярность в самом ее центре. И, если одно из них, как вы уже знаете, увидеть невозможно, то другое мы уже наблюдали на первой настоящей фотографии сверхмассивной черной дыры. Что происходит внутри всей этой каши законами физики не опишешь. По сути там просто разрывается пространственно-временной континуум. Некоторые ученые даже называют это кротовой норой и говорят, что там можно осуществить проход в другую точку космоса или даже в иной мир. Сможем ли мы когда-либо путешествовать через «кротовые норы»? Кто знает. Эта самая червоточина в пространстве-времени работает именно через сингулярность. Должна работать. Теории гласят, что, войдя в черную дыру здесь, вы как пробка вылетите из белой где-то в далекой-далекой галактике. При этом вернуться уже не сможете, или сможете, но это все равно не будет иметь значения, так как вы только что совершили два прыжка в пространстве и времени. И если, первое никто кроме вас не почувствовал, то вот насчет второго, наоборот – вы не заметили, а на Земле прошли тысячелетия. Вот так вот.
Хотите еще немного безумных теорий? Пожалуйста. Считается, уж не знаю, кем, что, раскрутив черную дыру до некоторой скорости (невероятно высокой), то горизонт событий может как бы «открутиться» от нее. А, если сингулярность не будет ничем закрыта, ее можно будет увидеть. Не глазами, скорее всего, но все же это будет гораздо проще чем внутри самого черного из всех черных веществ во Вселенной. Это как будто искать квантовую иголку в стоге вселенского сена.
Но раскрутить черную дыру не так уж и просто. Для этого ее постоянно нужно будет «подкармливать» новой материей, а это уже так себе возможно из-за точной границы, быстрее которой дыра вращаться уже не сможет. Обычно предполагается, что подобный опыт будет проводится на объекте, который и без того вращается очень быстро. Но что, если дыра еще не набрала свою скорость? В таком случае раскрутить ее будет гораздо проще, чтобы открыть сингулярность. Не исключено, что в космосе уже имеются черные дыры с обнаженной сингулярностью. Фи, как некрасиво.
Сингулярность в математике
Математическая особенность – снова точка с определенными характеристиками. Та, график функции в которой стремится к бесконечности, то бишь критическая. Изобразить такое схематически будет бесконечно тяжелой задачей… такая себе шутка.
Технологическая сингулярность
Я бы не брался называть эту сингулярность технологической. Она скорее фантастическая или как минимум футуристическая. Как вы уже поняли из каждого пункта, описанного выше, особенность – это точка, где что-то так или иначе стремится к бесконечности. Вот и некоторые умы считают, что технологический прогресс когда-нибудь достигнет того момента (точки), когда человек уже не сможет его понять (бесконечно технологичным, выходящим за пределы восприятия человеческого разума).
Этой самой точкой невозврата может стать изобретение полноценного искусственного интеллекта, который сам сможет воспроизводить себе подобных. Тот, кто действительно хочет это сделать, явно не знает про Скайнет. Также началом этого может быть интеграция компьютера в человеческое тело или, наоборот, внедрение человеческого разума в машину, проще говоря, создание киборгов. Шутки шутками, но несколько ученых вполне серьезно говорят о том, что такое случится уже в ближайшие 15-30 лет.
Сингулярность в биологии
Биологическая особенность самая безобидная. Это понятие вообще не часто встретишь, и обычно оно обозначает обобщение процесса эволюции.
Выводы
Последние три сингулярности в нашем списке имеют вполне осязаемые величины. Математические расчеты можно произвести лично, технологии даже «пощупать», а за биологию и эволюцию даже пояснять не нужно. Но вот как быть с гравитационной сингулярностью? Космологическая – это, в принципе, то же самое. Здесь дела обстоят иначе – эту особенность нельзя увидеть, оценить, просчитать, не говоря уже о пощупать. Более того, сейчас даже невозможно доказать ее существование. Если через все это разорванное месиво пространства и времени можно путешествовать, то как при этом самому не превратиться в космический кисель? Возможно, когда-нибудь ученые найдут ответы на все подобные вопросы. И вместе с ними мы наконец узнаем наверняка, что такое сингулярность.
Существует ли сингулярность: от теории к фактам
Валерий Витальевич Васильев — российский ученый, академик РАН и специалист в области механики. На протяжении многих лет он изучает сингулярность решений прикладных задач, доказывая, что этот феномен — ни что иное как результат некорректности математической модели изучаемого явления или процесса. Попробуем разобраться в этом — существует ли сингулярность в реальности или она является формальным математическим результатом, не имеющим физического содержания.
Сразу отметим, что этот материал рассказывает об альтернативной концепции сингулярности. И её автор понимает, что она идёт вразрез с установившимися в науке концепциями. Соглашаться с ней или не соглашаться — личное дело каждого, но если вы не просто несогласны, но ещё и готовы своё несогласие аргументировать, мы приглашаем вас к дискуссии. А теперь обо всём по порядку.
Одна из наиболее распространенных сингулярностей связана с Черными дырами — загадочными областями пространства-времени, гравитационные аномалии которых привлекают к себе внимание ученых по всему миру. Теоретическая возможность существования подобных астрономических объектов, основанная на сингулярном решении сферически симметричной задачи общей теории относительности, обсуждается еще с начала прошлого века. Однако в связи с концепцией, согласно которой Черные дыры являются реально существующими объектами, сингулярность решения, из которого они следуют, связана с гораздо более общей проблемой — проблемой реальности сингулярных решений прикладных задач. Решению этой проблемы посвятил свою работу Валерий Витальевич Васильев — советский и российский ученый, академик РАН, специалист в области строительной механики, теории упругости и проектирования конструкций из композитных материалов.
Сингулярность: что это такое
Валерий Витальевич Васильев
Как известно, исследование реальных процессов и явлений всегда осуществляется в рамках их физических моделей, описываемых некоторыми уравнениями, образующими математическую модель. Эти модели соответствуют реальности лишь приближенно, поскольку исследователи традиционно не учитывают множество второстепенных факторов, значительно усложняющих анализ. Если при решении уравнений, описывающих математическую модель, не привлекается дополнительных упрощений, то получаемое решение считается точным. Однако это справедливо только в отношении модели и только в рамках традиционного математического анализа, допускающего возможность существования бесконечно малых и бесконечно больших величин. Последние и появляются в сингулярных решениях в так называемых точках сингулярности.
Сингулярность — это свойство функций обращаться в бесконечность в отдельных точках. В 1916 году немецкий астроном Карл Шварцшильд представил решение уравнений общей теории относительности для задачи о гравитации, создаваемой покоящимся шаром. В последующей интерпретации решения Шварцшильда была обнаружена поверхность в пространстве, на которой гравитация оказывается бесконечно большой, т. е. имеет место сингулярность иногда называемая сингулярностью Шварцшильда.
Следует обратить внимание на то, что большинство исследователей, по словам Валерия Васильева, придерживается умеренной трактовки сингулярности, согласно которой решение считается справедливым везде за исключением точки сингулярности, в которой оно не соответствует реальности. Именно такой интерпретации придерживался и создатель теории относительности Альберт Эйнштейн, с восторгом встретивший решение Шварцшильда. Великий физик полагал, что в окрестности точки сингулярности его теория не описывает гравитацию и, как следствие, применять ее в данном случае некорректно.
Академик Васильев отмечает, что с примерно с 60-х годов XX века ситуация в физике радикально изменилась: возобладало мнение, что сингулярность реально существует в природе. В результате этого были введены астрономические объекты, названные Черными дырами, обладающие бесконечно большой гравитацией. Согласно одной из современных интерпретаций решения задачи Шварцшильда, Черная дыра — это сферическая область пространства, в центре которой сосредоточена масса и где решение сингулярно. Эта центральная точка окружена сферой, радиус которой rg зависит от массы — это так называемый радиус горизонта событий Черной дыры. Если наблюдатель каким-то образом проникнет за грань горизонта событий, дальнейшее движение будет возможно только к центру. Обратное движение невозможно даже для света и Черная дыра невидима.
Однако, поскольку сосредоточение массы в точке (в абстрактном, сугубо математическом объекте) представляется нереалистичным, возможна и другая концепция, согласно которой в центре гипотетической Черной дыры находится шар. Согласно решению задачи Шварцшильда для шара, состоящего из идеальной жидкости, в центре этого шара сингулярность отсутствует — она смещается на поверхность шара R = rg и, как следствие, гравитация на этой поверхности становится бесконечно большой. Благодаря этому Черная дыра становится невидимой: гравитация так велика, что вторая космическая скорость на поверхности шара становится равной скорости света и фотоны не могут покинуть эту поверхность.
Две возможные концепции Черной дыры
Валерий Васильев отмечает, что в настоящее время основное внимание уделяется «внешней задаче Шварцшильда» для окружающего шар пространства и практически не обсуждается «внутренняя задача» для области внутри шара. Однако для получения полного решения необходимо решить обе эти задачи и удовлетворить граничные условия на поверхности шара. Существенно, что в общем случае система уравнений, предложенных Эйнштейном, отличается не только сложностью, но и отсутствием полной взаимной независимости — независимы друг от друга лишь 6 из 10 уравнений, включающих 10 неизвестных функций. Остальные 4 уравнения пока остаются неизвестными, несмотря на многочисленные попытки выдающихся ученых получить их. Таким образом, неизвестных в системе больше, чем уравнений — система Эйнштейна осталась незавершенной. Для получения решения задачи о шаре неполная система исходных уравнений Эйнштейна (их в этом случае три, но взаимно независимыми являются только два, включающие три неизвестных функции) должна быть дополнена еще одним уравнением. В настоящее время это дополнение осуществляется таким образом, что внешнее решение, являющееся сингулярным, получается независимо от внутреннего решения. Но этого не должно быть — внешнее решение должно сшиваться с внутренним на поверхности шара. Если продолжить анализ и построить внутреннее решение, то можно обнаружить, что при введенном дополнительном уравнении граничное условие на поверхности шара не выполняется. Это условие можно изменить так, чтобы граничное условие выполнялось. Но тогда решение не является сингулярным и определяет не Черные дыры, а так называемые Темные звезды, теоретически открытые в конце 18 века Джоном Мичеллом и Пьером-Симоном Лапласом. Они также невидимы, но не обладают всепоглощающей сингулярностью и их гравитация описывается уравнениями общей теории относительности.
Сингулярность в механике сплошной среды — теории и факты
Большое количество сингулярных решений известно в механике твердого деформируемого тела. Например, в задаче об изгибе круглой мембраны (пленки, натянутой на барабан) силой, приложенной в центре, прогиб мембраны в центре оказывается бесконечно большим. Несоответствие с реальностью связано с неадекватностью традиционной физической модели мембраны, согласно которой она не обладает изгибной жесткостью. Если эту жесткость учесть, сингулярность исчезает и решение полностью согласуется с экспериментом.
В задаче о растяжении пластины с трещиной существующее решение дает на концах трещины бесконечно большие напряжения при сколь угодно малой нагрузке, действующей на пластину. Теоретически хрупкие тела с трещинами существовать не могут, однако это не так — оконное стекло с трещиной может служить долго. Для преодоления этого противоречия построена специальная наука — механика хрупкого разрушения, которой посвящена обширная литература. Однако дело оказалось не в теории, а в математической модели сплошной среды, основанной на классическом дифференциальном исчислении, допускающим существование бесконечно малых и бесконечно больших величин. Если построить его модификацию, не допускающую существование бесконечно малых и больших, величин, то такая модель сплошной среды исключает появление сингулярных решений и приводит к результатам, хорошо согласующимся с экспериментальными.
Подводя итог, следует отметить, что в свете всего вышесказанного само существование сингулярности в реальном мире видится академику Васильеву нереалистичным. Он объясняет интерес к сингулярным решениям кажущейся математической строгостью и совершенством — но математика, основанная законах логики, увы, не всегда соответствует действительности, и для науки гораздо важнее полагаться на истину, критерием которой в прикладных задачах является эксперимент.
Суть чёрных дыр: сингулярность, горизонт событий, спагеттификация
О чёрных дырах ходит множество самых невообразимых слухов, легенд и теорий. Неудивительно: ведь заглянуть в них напрямую и проверить свои догадки мы не можем — запрещают законы природы. Учёные строят такие теории, что впору удивляться даже фантастам: здесь и области сингулярности, в которых физика перестаёт работать, и порталы в другие измерения… А ведь начиналось всё совершенно обыденно: три века назад естествоиспытатели решили наконец разобраться, что же такое земное притяжение.
Как известно, первую физико-математическую теорию гравитации сформулировал в 1687 году Исаак Ньютон. Введённый им закон всемирного тяготения описывал, как тела взаимодействуют друг с другом, но не объяснял природу этого взаимодействия. Сам учёный признавал ограниченность своей теории, написав буквально следующее: «Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений; гипотез же я не измышляю».
Тем не менее из закона Ньютона при желании можно вывести необычные следствия. Например, весьма экзотическую гипотезу высказал в 1784 году английский естествоиспытатель и теолог Джон Мичелл. В письме к Королевскому обществу, которое в то время было влиятельнейшей научной организацией мира, он приводил расчёт «тёмного солнца» — звезды с силой притяжения, не позволяющей её свету вырваться вовне. Оказалось, что для превращения в подобный объект наше Солнце должно быть в пятьсот раз больше. Далее Мичелл предположил: поскольку массивных звёзд в космосе достаточно, среди них должны быть и «тёмные», но, по понятным причинам, увидеть их мы не можем. Позднее французский математик Пьер-Симон Лаплас популяризировал идею Мичелла, включив её в свой фундаментальный труд «Изложение системы мира» (Exposition du Système du Monde, 1796).
Окрестности сверхмассивной чёрной дыры, какие обычно располагаются в сердце галактик (в представлении художника, ESO, CC BY 4.0)
Хотя у ньютоновской теории гравитации были оппоненты, со временем она стала общепринятой, поскольку подтверждалась наблюдениями и точнейшими измерениями. Доработать и расширить её потребовалось в начале ХХ века, когда выяснилось, что она не работает, если тело движется с релятивистскими (то есть сопоставимыми со скоростью света) скоростями. К концу 1915 года Альберт Эйнштейн сформулировал новую теорию гравитации, получившую название общей теории относительности (ОТО). Он предположил, что действие гравитации не связано ни с какими неведомыми силами или частицами, а обусловлено геометрическими свойствами самогó пространственно-временного континуума: любая масса искривляет его, создавая вокруг себя своего рода «воронку», а движение тел относительно друг друга обусловлено только формой и глубиной этих «воронок».
Концепция Эйнштейна казалась настолько революционной, что научный мир не сразу её принял. Одним из доказательств в пользу ОТО могло бы стать обнаружение «замороженных звёзд» — сферических сверхмассивных областей пространства, которые при помощи уравнений Эйнштейна описал Карл Шварцшильд. В отличие от идеи Мичелла, в новой модели до нуля замедлялась не скорость света, но само течение времени. Шварцшильд ввёл понятие гравитационного радиуса, определяющего размер, необходимый для «замерзания» звезды.
Радиус Шварцшильда можно рассчитать для любого тела: например, для Солнца он составляет 3 км, для Земли — около 9 мм. Если б существовала физическая возможность сжать наше светило или планету до указанных размеров без мгновенного взрыва с переходом материи в энергию, то они превратились бы в «замороженные», а течение времени на их поверхности сразу остановилось бы. С другой стороны, если масса исходного объекта значительна, то незачем сжимать его до предельно малых размеров: скажем, «замороженная звезда» массой в миллиард солнечных будет иметь плотность воды.
Небесные дыры
Другие физики, среди которых были Фриц Цвикки и Лев Ландау, в серии работ показали, что нейтронные звёзды образуются в результате взрыва сверхновых, но не всегда: самые массивные из них переходят в иное состояние.
Но какое? В 1939 году Роберт Оппенгеймер (один из будущих создателей американской атомной бомбы) и Хартланд Снайдер на упрощённой математической модели показали, что звезда при коллапсе стягивается к радиусу Шварцшильда и даже преодолевает его! Вывод выглядел столь фантастическим, что учёные в то время не осмелились сделать следующий шаг и заявить: «замороженные звёзды» действительно существуют.
Чёрная дыра звёздной массы в представлении художника
Дальнейшие исследования и расчёты тем не менее показали: ничего невероятного в этом нет. Массивные звёзды во всех случаях превращаются в «замороженные», сила тяготения вблизи которых стремится к бесконечности, а время останавливается. И, главное, таких объектов во Вселенной должно быть очень много, ведь её эволюция началась не вчера. Теперь астрономам предстояло подтвердить или опровергнуть теоретические выкладки.
Постепенно определилась и терминология. Установлено, что первым в начале 1960-х годов «замороженную звезду» стал называть «чёрной дырой» американец Роберт Дик, в своих лекциях сравнивавший этот гипотетический объект с легендарной «Калькуттской чёрной дырой» — маленькой тюремной камерой форта Уильям, где в июне 1756 года погибли десятки пленных англичан.
Новый термин понравился прежде всего журналистам: с 1963 года он стал постоянно появляться на страницах журналов Life и Science News. В студенческой среде новое название прижилось после того, как в январе 1964 года Энн Юинг выступила на конференции Американской ассоциации содействия науке с докладом «Чёрные дыры в космосе». Несмотря на это, авторство термина ошибочно приписывают американскому физику Джону Уилеру, который употреблял его в своих лекциях начиная с декабря 1967 года.
Долгое время оставалось популярным предположение, что через чёрные дыры можно проникнуть в иные вселенные или эпохи
Разумеется, чёрными дырами заинтересовались и фантасты. Необычный космический объект, гравитация которого столь велика, что останавливает время, будоражил воображение. В романе «Шпага Рианнона» (1949), ныне считающемся классикой, знаменитая Ли Брэкетт описала «пузырь тьмы», через который персонаж отправляется в прошлое Марса:
Этот пузырь с пульсирующей чернотой — до чего он похож на черноту тех густо-чёрных пятен, находящихся далеко-далеко на краю Галактики, которые некоторые учёные считают отверстиями в саму бесконечность, окнами в бесконечное «вне» нашей Вселенной.
С тех пор чёрные дыры стали всё чаще появляться на страницах фантастических книг и журналов. Их рассматривали прежде всего как угрозу звездолётам будущего или как «место заключения» невероятно древних и могущественных существ. Впрочем, начиная с первой половины 1970-х годов чёрные дыры в фантастике стали всё больше походить на те описания, что давали физики.
Внутри дыры
Учёные довольно быстро определились со структурой чёрных дыр, которую удалось описать с помощью ОТО. В рамках этой теории чёрная дыра описывается не как вещество или энергия, а как мощное гравитационное поле, сконцентрированное в чудовищно искривлённой области пространственно-временного континуума. Её внешняя граница представляет собой замкнутую поверхность, которая получила название «горизонт событий»; если перед коллапсом звезда не вращалась, то радиус этой границы совпадает с радиусом Шварцшильда.
Снаружи чёрная дыра ведёт себя как обычный космический объект, только очень и очень тяжёлый. Если мы пошлём в её сторону зонд, что будет передавать световые сигналы через равные промежутки времени, то при его приближении к «горизонту событий» заметим, что интервалы между сигналами увеличиваются, поскольку время на борту замедляется. Длина световой волны, испускаемой зондом, будет стремительно расти, и вскоре сигнал превратится в радиоволны, а потом — в низкочастотные электромагнитные колебания, зафиксировать которые почти невозможно.
Как только зонд пересечёт «горизонт», информация с борта поступать перестанет. При этом аппарат повлияет на чёрную дыру, передав ей свою массу, электрический заряд и момент вращения. Внутри дыры зонд начнёт падать к её центру — сингулярности, которая для неподвижной дыры представляет собой точку, а для вращающейся — кольцо; поперечник сингулярности не может превышать длину Планка-Уилера, равную 1,62×10−33 см. С точки зрения внешнего наблюдателя, зонд будет падать в центр дыры вечно, однако в действительности его разорвут растущие приливные силы. Этот процесс называют «спагеттификацией»: объект резко растягивается по вертикали и сжимается по горизонтали.
Чёрная дыра поглощает звезду (в представлении художника, NASA/JPL-Caltech)
Описанная модель просуществовала недолго. В 1965 году американец Эзра Ньюман, используя ОТО в модификации новозеландца Роя Керра, описал вариант вращающейся чёрной дыры с мощным электрическим зарядом. Оказывается, в таком случае дыра будет окружена эргосферой, которую можно покинуть, не свалившись в сингулярность. Более того, из дальнейших расчётов следовало, что сингулярность такой дыры будет работать как «червоточина» — тоннель в другие вселенные или даже другие эпохи. Разумеется, столь богатой идеей почти сразу воспользовались фантасты: например, способ транспортировки через чёрные дыры описан в романе Джо Холдемана «Бесконечная война» (1974).
Интересные последствия имела и попытка применить к чёрным дырам квантовую механику. Её предпринял в 1975 году знаменитый физик Стивен Хокинг. Флуктуации вакуума непрерывно порождают пары виртуальных частиц (частицу и античастицу), которые при обычных условиях тут же «погибают». Однако если такая пара материализуется на «горизонте событий», то одна частица провалится к сингулярности, а другая при благоприятных условиях вылетит наружу. В результате дыра превращается в источник излучения, которое назвали «испарением Хокинга». Из его выкладок также следовало то, что могут существовать короткоживущие дыры микронных размеров: во время испарения они должны выделять колоссальное количество энергии.
Идеи Хокинга, которые он активно продвигал в своих научно-популярных работах, быстро перекочевали и в фантастику: скажем, микроскопические дыры используют для производства энергии персонажи романа Джона Варли «Горячая линия Офиути» (1977).
Моделирование процесса создания микроскопической чёрной дыры (Lucas Taylor / CERN)
Увидеть тьму
За десятилетия учёные описали множество теоретических моделей чёрных дыр, и определить, какие из них верны, можно только с помощью астрономических наблюдений. Поскольку увидеть дыры невозможно, приходится прибегать к косвенным методам.
Например, если рядом с чёрной дырой находится большая звезда, то дыра втягивает в себя вещество этой звезды (процесс называется аккрецией). При этом вокруг дыры за счёт вращательного момента формируется аккреционный диск, газ в котором разгоняется до релятивистских скоростей и нагревается так, что начинает излучать в рентгеновском диапазоне. Соответственно, диск и саму чёрную дыру можно обнаружить рентгеновским телескопом. К сожалению, этим методом трудно отличить дыры от нейтронных звёзд. Необходимо разглядеть важное отличие: газ, падающий на твёрдую поверхность, продолжает интенсивно излучать, а приближающийся к «горизонту событий» быстро меркнет.
Чёрная дыра с аккреционным диском — мощный источник рентгеновского излучения (в представлении художника, NASA/JPL)
Рентгеновский источник Cygnus X-1 (NASA)
Именно такой эффект был обнаружен при наблюдении за рентгеновским источником Лебедь X-1 (Cygnus X-1), открытым в 1964 году. Он находится в 6070 световых годах от нас и представляет собой двойную систему, состоящую из голубого сверхгиганта HDE 226868 и чёрной дыры с массой 14,8 солнечных и радиусом «горизонта событий» около 300 км. Материя в аккреционном диске нагревается до миллионов градусов, генерируя рентгеновские лучи.
При этом из диска бьют две перпендикулярные струи, уносящие часть набегающего материала в межзвёздное пространство. Интересно, что в декабре 1974 года двойной объект Лебедь X-1 стал предметом дружественного пари между физиками Стивеном Хокингом и Кипом Торном: Хокинг сделал ставку на то, что чёрной дыры там нет. Он признал проигрыш в 1990 году, когда многочисленные наблюдения подтвердили точку зрения его коллеги. Торн в награду получил годовую подписку на журнал Penthouse.
Рентгеновский источник Cygnus X-1 в представлении художника (NASA)
Модели показывают, что чёрные дыры могут сталкиваться и сливаться друг с другом. В результате образуются объекты массой в миллионы и миллиарды солнечных. Сегодня астрофизики полагают, что подобные тела находятся в центрах большинства галактик, включая Млечный Путь. Наша центральная сверхмассивная чёрная дыра Sagittarius A* расположена в созвездии Стрельца, на расстоянии около 26 тысяч световых лет. Странное название объекта — это шутка учёных: обнаруживший чёрную дыру астроном Роберт Браун заявил, что открытие его «очень взбудоражило», а звёздочками в квантовой физике обозначают «возбуждённые состояния» атомов.
Много шума наделало апрельское сообщение группы учёных из проекта Event Horizon Telescope, объединяющего мощности восьми радиотелескопов в разных районах земного шара. Они заявили, что впервые в истории получили прямое изображение тени сверхмассивной чёрной дыры. Эта дыра находится в центре галактики М 87 (Messier 87), расположенной в созвездии Девы на расстоянии 53,5 миллионов световых лет от нас. На то, чтобы обработать астрономические данные и подготовить на их основе исторический снимок, ушло два года. Это достижение подтвердило: модель чёрных дыр, построенная на основе ОТО, ближе всего к действительности. Увы, но оно же поставило крест на гипотезе о «червоточинах» — попасть через чёрные дыры в другие пространства или эпохи невозможно в принципе.
Исторический снимок: тень чёрной дыры в центре галактики М 87, созвездие Девы (ESO [CC BY 4.0])
Впрочем, непосредственное изучение чёрных дыр ещё только начинается. И никто сегодня не может сказать, куда заведёт науку желание заглянуть в «пузырь тьмы»…