Сблъсъкът с черна дупка може да е изпратил невидима бездна, прелитаща през космоса


През последните няколко дни всички сме били любувайки се на славния нов образ от черната дупка на нашия Млечен път. Но за момент може да искаме да спрем и да отдадем почит на една самотна пропаст във вселената, която може да е била заредена от собствената си галактика.

В четвъртък — същия ден на Event Horizon Telescope Collaboration ни донесе висцерална снимка на Стрелец A* – астрономите обявиха, че някъде в космоса две черни дупки биха могли да се слеят с достатъчно сила, за да изхвърлят буквално получената празнота от полезрението.

Да, това означава, че може да има чудовищна бездна, която се хвърля във Вселената точно сега. Но не се паникьосвайте.

“Пространството е просто невероятно огромно. Вероятността черната дупка да се сблъска с нещо друго е много малка”, каза Виджай Варма, постдокторант в Института Алберт Айнщайн и водещ автор на изследване за изоставената празнота публикувано на 12 май в Physical Review Letters. “Практически казано, това е просто безплатна черна дупка, която няма да направи нищо.”

И според Варма има солиден шанс това сливане, наречено GW200129, само наполовина да е разрушило бебешката черна дупка от нейния дом. „Не е известно черната дупка непременно да е била изхвърлена от своята галактика-домакин“, каза той. „Това, което можем да кажем с по-голяма увереност, е, че ако черната дупка се е образувала в тези звездни купове, наречени кълбовидни купове… много вероятно е да бъде изхвърлена от купа.

С други думи, изтритата бездна би могла да заобиколи пълната изолация – но почти определено е на някакъв вид свръхскоростно космическо пътуване.

Пътуване на изгубена празнота

Космосът е изпъстрен с галактики като нашия Млечен път, а галактиките са изпъстрени със звезди като нашето слънце.

Когато една от тези звезди експлодира, така че цялата й материя се превръща в единствена точка, черна дупка е формиран. И понякога има междугалактически региони, където звездите се струпват заедно, което увеличава вероятността от парти на черна дупка. Тези смесващи се черни дупки понякога се улавят във валс на това опасно събиране и образуват така наречената двоична система за черни дупки, което просто означава, че две от тях са заключени в орбита. В крайна сметка тези орбити са склонни да се сблъскат и да принудят танцуващите бездънни ями да се слеят.

GW200129 усърдно следваше всички тези стъпки и благодарение на новаторството Лазерен интерферометър Гравитационно-вълнова обсерваторияили LIGO, изследователите наскоро уловиха постъпленията от сливането под формата на гравитационни вълни.

Но Варма и неговият екип искаха да проследят пътуването на GW200129 отвъд дори колосалния синтез, който пронизва тъканта на пространството и времето. В продължение на десетилетия, казва Варма, експертите теоретизираха, че подобни разтърсващи пространството обединения на черни дупки могат да създадат нещо като откат, наречен „ритник“ на скоростта.

Ето какво е това.

Когато произволни два обекта се разбият заедно, казват законите на физиката техният импулс трябва да се запази. Полученият елемент трябва да запази общата скорост или скорост на първите две и да продължи да се движи с нетна сила. Като такива се смята, че черните дупки следват същото правило, като по този начин „избутват“ навън получена от сливането празнота с известна скорост или скорост на удар. Това е нещо като това как когато стреляте с пистолет във видеоигра, има откат, който затруднява удрянето на цел, защото притиска героя ви наоколо. Това последващо движение се случва поради запазване на инерцията.

Ако скоростта на ритник на черна дупка отговаря на това, което се нарича “скорост на избягане” на галактиката, просто скоростта, необходима за излизане от тази галактика, добре, тя ще излезе от нея.

И при изчисляване на скоростния „ритник“ на GW200129, Варма и неговият екип видяха, че той наистина отговаря на скоростта на бягство на своя звезден куп. “Ако искате да бъдете по-точни”, отбеляза той, “няма определено да избяга. Има 99,5% шанс да избягате.”

„Идеята, че тези черни дупки могат да получат скорости от хиляди километри в секунда, е известна от около 2007 г.“, добави Варма. “Но това е първият път, когато можем да видим това от гравитационни вълни.”

Екипът казва, че GW200129 вероятно дори отговаря на критериите за скорост на бягство, за да се изгони от цялата галактика, в която живее. Въпреки това, “не можем да идентифицираме от коя галактика или куп галактики идва”, каза Варма, поради което този бит все още е неясен. Той дава на сливането около 85% шанс да избяга от царство, подобно на Млечния път, за контекст, но казва, че е по-малко вероятно то да е избягало от елиптична галактика, защото такива космически квартали имат наистина високи скорости на бягство.

„Всъщност опитахме това преди две години“, каза той. “Беше малко разочароващо да видя, че нито един от сигналите не показа никаква измерима скорост на ритник. Най-накрая да видим това да се случи беше много приятно, а за нашата област като цяло, предстои доста дълго време.”

Преосмисляне на физиката на черните дупки

„Ако открием, че големи удари като този са много чести, бихме очаквали, че черните дупки няма да бъдат задържани след първото сливане“, каза Варма. И това, казва той, би противоречило на една от водещите теории зад това защо някои черни дупки са наистина тежки.

Компютърните симулации показват, че свръхновите не би трябвало да могат да създават черни дупки с маси, по-големи от около 45 до 60 пъти по-големи от нашето слънце. Но, обясни Варма, „LIGO и Virgo всъщност откриха такива черни дупки“.

— Откъде са дошли? е изключителен въпрос за астрономите.

Един от предложените механизми са последващи сливания на черни дупки, тъй като като се съединяват черните дупки, полученият винаги е по-голям. Представете си, че мехурчетата се комбинират в по-големи мехурчета. Може би има някакъв ефект на балон, който се случва с черните дупки.

мехурчета

Помислете как балончетата могат да се комбинират, за да направят по-големи мехурчета. След това те могат да се комбинират, за да направят още по-големи мехурчета. Учените предполагат, че черните дупки също могат да направят това.

Getty Images

Но, както обясни Варма, ако черна дупка, която е дошла от сливане, бъде изхвърлена от нейната галактика или дори звезден куп, тя вероятно няма да може да се слее отново. Би било… някак загубено. „Може да се наложи да преосмислим нашите астрофизични модели“, каза той, ако супер високите скорости на сливане на черни дупки са повсеместни.

Мошеннически свръхмасивни черни дупки?

Досега по отношение на скоростите на ритник говорихме за черни дупки, които не се считат за свръхмасивни. Свръхмасивните черни дупки са като двигателите, които поддържат нашата вселена, закотвяйки заедно всеки галактически квартал. SgrA*, който закотвя нашата галактика например, е свръхмасивна празнота.

Това поражда стресиращ въпрос: може ли сливането на галактики, известно още като сливане на свръхмасивни черни дупки, да доведе до тласък на скоростта?

една до друга черни дупки

Една до друга черна дупка M87*, изобразена през 2019 г., и SgrA*, изобразена тази година.

EHT сътрудничество

„В тази ситуация последната черна дупка може действително да бъде изхвърлена от цялата галактика или да бъде изместена от нейния център“, каза Варма. “Това може да доведе например до галактики без централни свръхмасивни черни дупки.” Все още обаче нямаме конкретни доказателства за подобен инцидент.

И ако все още има част от вас, която е заседнала във факта, че черна дупка минава през космоса поради вероятността да избухне в Млечния път, изследователският екип на новото изследване предлага допълнително облекчение. “Често ми задават този въпрос,” каза Варма, “дали трябва да очакваме черни дупки в прогнозата за времето. Но, искам да кажа, ние също успяхме да измерим посоката на скоростта.”

„И в този конкретен случай това всъщност е насочено далеч от нас.“