Что будет если столкнуться 2 черные дыры
Что происходит при столкновении черных дыр
Что будет если столкнуться две галактики?
Столкновения галактик – вроде бы давно смоделированное и даже наблюдаемое в астрономии явление. В отличие от картины рисуемой фантастами – такое “столкновение миров”, судя по всему проходит без особого ущерба для этих самых “миров” – звезд и планет населяющих столкнувшиеся галактики.
Все дело в том, что галактики лишь со стороны кажутся плотно “набитыми” звездами – на деле звезды встречаются в космическом пространстве примерно с такой же частотой, что была бы, выложи мы на каждый квадратный километр земной поверхности по песчинке. Иными словами – шанс на столкновение отдельных звезд внутри сталкивающихся галактик очень мал.
Столкновение галактик NGC 5426 и NGC 5427. На данный момент галактики только “зацепились” рукавами и их ядра – черные дыры, далеки от столкновения. В будущем эта картина изменится.
Но если со звездами все понятно, как быть с космическими объектами принципиально иного масштаба. Например – сверхмассивных черных дыр находящихся в центрах галактик и буквально “удерживающих” всю галактику в виде единого звездного образования своей гравитацией?
В сущности вариантов при таком столкновении только два: черные дыры – бывшие ядра обеих столкнувшихся галактик либо объединятся в одну “сверх черную дыру”, либо навечно “привяжутся” друг к другу и начнут “перетягивание материи на себя”, и в конечном итоге, та из черных дыр, что окажется “чернее”, просто проглотит конкурента.
Столкновение черных дыр в космосе
Астрономы ранее высказывали предположение, что при столкновении галактик черные дыры, находящиеся в их центрах, с высокой вероятностью, все же будут сливаться, а не “противостоять” друг другу. Компьютерные модели также подтверждает именно этот вариант развития событий и даже позволяют предсказать их вероятность: не менее одного слияния в отдельно взятой вселенной, за отдельно взятый земной год!
Как рассчитываются эти модели? Началось все с наблюдений за поведением потоков энергии в галактических ядрах. Было замечено, что некоторые галактики выбрасывают потоки энергии в двух противоположных направлениях вдоль оси вращения. Предполагается, что эти потоки возникают под воздействием черных дыр, которые нельзя увидеть непосредственно. Исследуя галактики с помощью радиотелескопа, ученые обнаружили, что у 7% галактик наблюдается внезапный сдвиг в направлении энергетических потоков. Изменение направления потоков свидетельствует о нарушении равновесия в галактической системе.
Парадоксально – самая яркая часть ядра галактики, это… черная дыра! Точнее область раскаленного газа непосредственно вокруг черной дыры
Новая модель показывает, каким образом перестраиваются галактические потоки и подтверждает, что взаимное притяжение черных дыр заканчивается их слиянием, а не бесконечным вращением вокруг друг друга.
Моделирование показало, что при слиянии крупных галактик, черные дыры смещаются к центру объединенной галактики. Но, приближаясь к центру, черные дыры будут вытеснять близлежащие звезды, разрушая тем самым механизм их взаимного притяжения.
Ученые пока не могут объяснить, что притягивает черные дыры друг к другу после того, как они лишаются своего окружения. Но когда расстояние между ними уменьшается до размера солнечной системы, черные дыры начинают испускать энергию в виде гравитационных волн. Затем они начинают неуклонно скользить навстречу, все быстрее и быстрее закручиваясь в спираль. Финальное слияние вызывает сильнейший выброс гравитационной энергии.
Исследование галактик, испускающих гравитационные потоки, позволяет предположить, что подобные гигантские столкновения происходят в окружающей нас вселенной примерно раз в год.
Может ли одна черная дыра “вытолкнуть” другую?
Когда две галактики сталкиваются, их чёрные дыры должны слиться. Согласно теории относительности, в результате этого события должен произойти сильный всплеск гравитационной активности, который возмутит пространство-время. Если же этот всплеск произойдёт под определённым углом, то он подействует на новообразованную чёрную дыру так, что та просто вылетит из своей галактики!
И теоретические вычисления показали, что такое событие будет происходить в одном из десяти случаев – то есть очень часто, в масштабах космоса. При этом скорость таких чёрных дыр составит более 1000 километров в секунду, что вполне достаточно для того, чтобы они вышли в межгалактическое пространство, а их галактика без мощного источника “центробежной силы” просто развалилась бы на куски.
По словам учёных, им удалось обнаружить механизм, благодаря которому оси вращения этих космических объектов выравниваются. Вокруг этих двух чёрных дыр образуется гигантский газовый диск, лежащий примерно в той же плоскости, что и их орбита. Каждая из них забирает часть материи из этого диска для своего аккреционного диска.
Что случится при столкновении черных дыр: космическая катастрофа
Благодаря изучению гравитационных волн мы теперь намного лучше понимаем, что происходит во время колоссального по своим масштабам события – столкновения черных дыр. Когда две сверхмассивные дыры подходят слишком близко друг к другу, то генерируют в пространстве-времени рябь достаточно сильную, чтобы современные приборы смогли их засечь прямо перед столкновением. Но что происходит потом?
Новое исследование может дать нам ответ на этот вопрос. Астрономы обнаружили две сверхмассивные черные дыры, которые вот-вот столкнутся в далекой галактике, которая отстоит от Млечного Пути на 2,5 миллиарда световых лет. Впрочем, фраза «вот-вот столкнутся» уместна лишь в масштабах Вселенной, поскольку этим колоссальным областям потребуется еще примерно 2,5 миллиарда лет (земных, не световых), чтобы наконец встретиться – так что вряд ли мы с вами застанем это восхитительное зрелище. Однако даже сейчас ученые с огромным интересом наблюдают за сближением черных дыр, получая уникальные данные об их природе.
Почему это так важно? Вероятнее всего, с помощью наблюдения за ними мы сможем различить так называемый «фон» гравитационных волн – гипотетический гул низкочастотных волн от сверхмассивных источников. Сейчас доказательств его существования еще нет, поскольку он находится за пределами диапазона современных приборов. «Это сродни хору сверчков по ночам. Вы не можете выделить какого-то конкретного сверчка в общем гуля, однако общий уровень шума поможет вам оценить хотя бы примерное количество сверчков – особенно если вы будете знать, как громко в среднем может стрекотать каждый отдельный сверчок», поясняет астрофизик Энди Гулдинг из Принстонского университета.
Кроме того, исследователей волнует множество других вопросов. Как будет выглядеть ядро галактики после колоссального столкновения? Сольются ли черные дыры в одного кошмарного гиганта, масса которого будет в 800 000 000 000 раз превышать массу Солнца? А может, обе черные дыры навеки застынут на орбите друг друга? Если во мраке космоса удастся обнаружить и другие парные черные дыры, которые уже сколлапсировали, то ответы на эти загадки мы можем получить уже в самое ближайшее время.
Гравитационные волны от столкновения двух черных дыр достигли Земли 7 млрд лет спустя. Почему это так воодушевило ученых?
Автор фото, LIGO-VIRGO Collaboration
Возможно, именно так выглядят черные дыры за мгновение до взаимного поглощения
Представьте себе энергию, которую восемь звезд типа Солнца отдают сразу и без остатка. Именно столько энергии уместилось в гравитационной «ударной волне», которая возникла в результате столкновения двух черных дыр в далеком прошлом.
Произошло это так далеко в глубинах космоса, что волне понадобилось около 7 млрд лет, чтобы добраться до нас. Но когда это случилось, сигнал по-прежнему был достаточно силен, чтобы его уловили лазерные детекторы в США и Италии.
По словам исследователей, в результате этого столкновения двух черных дыр получилась одна с массой, в 142 раза превышающей массу Солнца.
Дело в том, что ученым известно уже много черных дыр размером существенно меньше или намного больше, а эта представляет собой новый класс так называемого промежуточного размера (от 100 до 1000 масс Солнца).
Что такое черная дыра?
Лазерные интерферометры проекта LIGO-VIRGO чутко прислушиваются к пространственно-временному полю в поисках вибраций, которые были вызваны настоящими космическими катаклизмами.
21 мая 2019 года они засекли сильный сигнал, хотя он длился всего десятую долю секунды.
Автор фото, LIGO-VIRGO Collaboration
Лазерная лаборатория Европейского центра VIRGO в итальянской провинции Пиза
Гравитационные волны
Столкновение с участием объекта в 85 солнечных масс заставило ученых напрячься, потому что это никак не вписывалось в известные рамки формирования черных дыр.
Когда звезда исчерпывает запас ядерного топлива, происходит коллапс ее ядра, и если у звезды была достаточно большая масса, она как бы проваливается внутрь себя, образуя черную дыру.
При этом физические законы, действующие внутри звезды, подразумевают, что из звезд, масса которых составляет от 65 до 120 солнечных, черные дыры не получаются: такие звезды, умирая, просто разрываются на части, и от них ничего не остается.
Автор фото, LIGO-VIRGO
Если эти выкладки верны, значит этот объект мог образоваться в результате предыдущего слияния двух черных дыр.
А уже это, по словам профессора Мартина Хендри из Университета Глазго, в свою очередь рассказывает кое-что новое о формировании Вселенной.
Автор фото, LIGO-VIRGO
Новое открытие предполагает иерархию слияний, в результате которой возникают все более массивные черные дыры
Гравитационная волна от столкновения двух черных дыр, замеченная детекторами в мае прошлого года, получила кодовое название GW190521. Это одно из более чем 50 подобных явлений, исследованием которых сейчас заняты лазерные лаборатории проекта LIGO-VIRGO.
С 2015 года, когда проект зафиксировал первую гравитационную волну (за что его участники получили Нобелевскую премию), темп исследований заметно возрос.
Две черные дыры столкнутся
Мэтью Грэхэм (Matthew J. Graham) из Калифорнийского института (США) и его коллеги рассказали о предсказанном ими будущем столкновении двух супермассивных черных дыр в далекой от нас галактике PG 1302-102. Такой вывод они сделали, зафиксировав регулярные вспышки в квазаре с выбросом огромного количества энергии и света, говорится в публикации в журнале Nature.
Галактика PG 1302-102 находится примерно в 3,5 миллиардах световых лет от нас в созвездии Девы и имеет в центре активное ядро (квазар).
Ученые отследили сильный периодический сигнал в оптическом диапазоне квазара с наблюдаемым периодом около 1884 дней. Сигнал с такими характеристиками они с большой вероятностью проинтерпретировали как сближение двух супермассивных черных дыр. «Ничто так не может влиять на черную дыру, кроме как другая черная дыра», — объясняют ученые. По их словам, в итоге столкновения произойдет сверхмасштабный выброс энергии, эквивалентный взрыву ста миллионов сверхновых, который может полностью уничтожить эту галактику.
Большая часть этой энергии преобразуется в гравитационные волны — теоретически предсказанную в общей теории относительности Эйнштейна, но фактически не обнаруженную до сих пор рябь пространства-времени. Часть энергии также станет электромагнитными волнами.
Если предположения ученых подтвердятся, дальнейшие исследования происходящего в далекой галактике могут дать толчок развитию астрономии гравитационных волн. Кроме того, ученые смогут представить, что произойдет в нашей галактике Млечный путь через несколько миллиардов лет, когда она столкнется с ближайшей галактикой Андромеды.
Что будет если столкнутся черная и белая дыры?
Продолжаем отвечать на вопросы подписчиков.
Что может произойти если гипотетическая Белая Дыра столкнется с Черной Дырой? Были ли какие-нибудь теории или рассуждения в научных кругах по этому поводу?
Для начала напомним читателям что из себя представляют чёрные и белые дыры.
Черная дыра представляет собой объект, гравитация которого настолько велика, что даже свет не может её покинуть. Аналогично чёрную дыру не могут покинуть никакие частицы. Черные дыры ничего не излучают кроме гипотетического излучения Хокинга возникающего на горизонте событий благодаря квантовым эффектам.
Долгое время черные дыры были гипотетическими объектами пока в 1971-м году не были обнаружены первые объекты по всем своим свойствам совпадающие с теоретическими предсказаниями касающимися чёрных дыр. С тех пор было открыто множество подобных объектов.
Наконец уже в наши дни сперва были открыты гравитационные волны от слияния чёрных дыр, а затем в прошлом году впервые было получено и прямое изображение чёрной дыры. Это изображения облетело весь мир, думаю вы также его видели.
Белые дыры — возникают как одно из решений уравнения гравитации Эйнштейна, они должны служить выходом из чёрной дыры где-то в другой вселенной. Белые дыры так же как и чёрные являются сингулярностями, но в отличие от чёрных дыр они не притягивают, а выбрасывают материю и ничто не способно попасть к ним внутрь.
На данный момент нет ни одного наблюдаемого кандидата на звание белой дыры и само существование таких объектов является гипотетическим. Так что о её физических свойствах мы можем только гадать.
При встрече белой и чёрной дыр, скорее всего, материя будет перетекать из белой дыры в чёрную. При этом сами дыры будут находиться друг от друга на некотором расстоянии и в прямом смысле этого слова не столкнутся.
Читайте также: Взорвётся ли наше Солнце как сверхновая?
В целом белые дыры считаются нефизическим решением уравнения гравитации, поэтому их исследованию уделяется не так много внимания и по большей части это внимание сосредоточено на способах их обнаружения, поэтому серьёзных теорий о столкновении чёрной и белой дыр на данный момент нет.