ПРОСТРАНСТВО — Американское космическое агентство (НАСА) объясняет, как его следующий большой астрономический инструмент, Римский космический телескоп Нэнси Грейс, будет охотиться за маленькими черными дырами, возникшими в результате Большого взрыва. Ученые предполагают, что Вселенная населена не только сверхмассивными черными дырами, которые в сотни и миллионы раз массивнее Солнца.
Также считается, что существуют крошечные легкие черные дыры, они могут быть такими же большими, как масса нашей Земли, или такими же маленькими, как большие астероиды. Ученые также считают, что такие черные дыры существовали с незапамятных времен, около 13,8 миллиардов лет назад.
«Обнаружение популяции первичных черных дыр земной массы было бы огромным шагом для астрономии и физики элементарных частиц, поскольку эти объекты не могли образоваться в результате какого-либо известного физического процесса», — сказал Уильям ДеРокко, постдокторант из Калифорнийского университета в Санта-Крус.
ДеРокко возглавит команду, которая обнаружит крошечную черную дыру с помощью римского телескопа. «Если мы его найдем, это потрясет область теоретической физики», — сказал он.
Читайте также: Познакомьтесь с римским телескопом Нэнси Грейс, охотником за темной энергией.
Масса имеет значение для горизонта событий
Самые маленькие черные дыры, существование которых когда-либо было подтверждено, — это черные дыры звездной массы, созданные, когда у массивных звезд заканчивается материал для ядерного синтеза в их ядрах и они коллапсируют под действием собственной гравитации. В целом минимальная масса звезды, рождающей черную дыру, в восемь раз превышает массу Солнца. Звезды легче этой могут быть просто нейтронными звездами или горящими белыми карликами.
Однако ученые подозревают, что условия в ранней Вселенной сильно отличались от современных. Когда космос горячий, плотный и неспокойный, в нем могут возникнуть скопления. Гораздо меньшая материя коллапсирует и рождает крошечные черные дыры.
Все черные дыры возникают на внешней границе, называемой горизонтом или горизонтом событий, точке, где даже свет не может избежать влияния гравитации. Расстояние горизонта событий от центральной сингулярности черной дыры определяется массой черной дыры.
Это означает, что если горизонт событий сверхмассивной черной дыры M87*, масса которой примерно в 2,4 миллиарда масс Солнца, имеет диаметр около 24,8 миллиарда километров, то черная дыра массой 30 солнечных имела бы событие Горизонт шириной 177 километров. Напротив, древняя черная дыра массой Земли имела бы очень маленький горизонт событий, а горизонт массы астероида имел бы ширину, меньшую, чем у протона.
Ученые, поддерживающие концепцию древних черных дыр, полагают, что они родились, когда Вселенная пережила начальную инфляцию или Большой взрыв. Поскольку космос ускоряется со скоростью, превышающей скорость света, учёные полагают, что области, более плотные, чем окружающая их среда, могут коллапсировать и порождать чёрные дыры малой массы.
Читайте также: Кто такая Нэнси Грейс Роман, чье имя увековечено как самый совершенный телескоп?
Стивен Хокинг
Многие исследователи не поддерживают концепцию древних черных дыр, и виной тому Стивен Хокинг. Одна из самых революционных теорий Хокинга заключается в том, что даже черные дыры не могут существовать вечно. Физик утверждал, что черные дыры всегда испускают ту или иную форму теплового излучения. Эту концепцию позже назвали «излучением Хокинга».
Когда черные дыры испускают излучение Хокинга, они теряют массу и в конечном итоге взрываются. Чем меньше масса черной дыры, тем быстрее происходит утечка излучения Хокинга. Это означает, что для сверхмассивных черных дыр этот процесс займет больше времени, чем возраст Вселенной.
Но маленькие черные дыры, если они существуют, будут течь быстрее и, следовательно, быстрее умирать. Следовательно, как могла крошечная первичная черная дыра выжить в течение 13,8 миллиардов лет?
Однако, если бы Римскому телескопу удалось найти эти космические окаменелости, это изменило бы многие принципы физики. «Это повлияет на все: от формирования галактик до содержания темной материи во Вселенной и космической истории», — сказал Кайлаш Саху, астроном из Научного института космического телескопа.
«Подтверждение их личности потребует много работы, и астрономам потребуется немало убеждений, но оно того стоит», — сказал он.
Обнаружить древние черные дыры также непросто. Как и другие черные дыры, полость ограничена горизонтом событий, который не излучает и не отражает свет. Это означает, что единственный способ обнаружить это — использовать принцип общей теории относительности, разработанный Альбертом Эйнштейном в 1915 году.
Читайте также: Действительно ли Вселенная так прекрасна, как изображения телескопа Джеймса Уэбба? Оказывается, факты разные
Заимствование теории относительности Эйнштейна
Общая теория относительности предсказывает, что все объекты, обладающие массой, вызывают искривление структуры пространства и времени, объединяясь в единую четырехмерную единицу, называемую пространством-временем. Когда свет от фонового источника проходит через кривую, его путь искривляется.
Чем ближе свет проходит к объекту линзирования, тем более изогнутым становится его путь. Это означает, что свет от одного и того же объекта может достичь телескопа в разное время. Это называется гравитационным линзированием.
Если объект линзирования очень большой, например галактика, может показаться, что источник фона сместился в видимое положение или даже появился в нескольких местах на одном изображении. Если масса линзирующего объекта меньше, например, первичной черной дыры, эффект линзирования меньше, но может привести к заметной яркости фонового источника. Это эффект, называемый микролинзированием.
Сегодня микролинзирование очень эффективно используется для обнаружения планет-изгоев или блуждающих планет, которые дрейфуют сами по себе, без родительской звезды. По оценкам ученых, благодаря такой схеме римский телескоп мог бы обнаружить в десять раз больше планет-сирот массой Земли.
Большое количество обнаруженных планет-изгоев привело к предположению, что некоторые из них на самом деле являются древними черными дырами. «Невозможно отличить черные дыры земной массы от планет-изгоев в каждом конкретном случае», — сказал ДеРокко.
Читайте также: Телескоп Джеймса Уэбба подтверждает парадокс расширения Вселенной Хабблом
2024-05-09 20:27:45
1715288000
#Римский #телескоп #будет #охотиться #за #маленькими #черными #дырами #но #противоречит #Хокингу
