Земная черная дыра

Мощный радиоимпульс от черной дыры оказался ошибкой

Считавшийся излучением при гибели или рождении черной дыры сверхмощный радиоимпульс, зарегистрированный на Земле в 2001 году, на деле имел земное происхождение. Установившие это ученые призывают своих коллег более тщательно проводить обработку радионаблюдений.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "2200386",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_3424112_i_1"
}

В 2007 году группа американских и австралийских астрономов под руководством Дункана Лоримера из Университета Западной Виргинии сообщила о регистрации сверхмощного радиоимпульса. Короткая вспышка длительностью в 5 миллисекунд, зафиксированная в ходе обзора, проведенного на радиотелескопе Паркеса аж в 2001 году, привлекла внимание ученых только спустя несколько лет, когда ее заметил один из студентов. В ходе исследования ученые определили, что источник вспышки находится на расстоянии в несколько миллиардов световых лет, а значит, обладает высокой светимостью.

Руководитель исследования, результаты которого были опубликованы в Science Express, Дункан Лоример, говоря о том, что вспышка произошла в дальней Вселенной, предположил, что она может быть столкновением двух нейтронных звёзд или агонией испаряющейся чёрной дыры.

Впрочем, некоторые астрономы уже тогда высказали скептицизм по отношению к выводам Лоримера и его команды.

Черные дыры и нейтронные звезды

Черная дыра — область пространства-времени, за границу которой, согласно Общей теории относительности Эйнштейна, не может выйти свет или какой-либо иной сигнал. Поверхность, отделяющая чёрную дыру от остальной части Вселенной, называется горизонтом событий.

По современным представлениям, в чёрные дыры превращаются звёзды больших масс (несколько десятком масс Солнца) в конце своей эволюции после взрыва Сверхновой. Кроме того, в центрах большинства галактик, включая нашу, находятся сверхмассивные чёрные дыры массой в миллионы и миллиарды солнц. Они выросли из небольших чёрных дыр в результате захвата вещества (аккреции) вещества - газа и звёзд - из окружающего пространства.

Кроме того, во Вселенной могло сохраниться большое число реликтовых чёрных дыр небольших масс, образовавшихся в первые мгновения после Большого взрыва.

Нейтронная звезда — конечный продукт эволюции звезды с массой от нескольких до нескольких десятков масс Солнца. В таких звёздах процесс термоядерного синтеза в ядре, который в Солнце закончится там же, где начался - на реакциях превращения водорода в гелий, продолжается вплоть до образования железа.

Железо представляет собой в некотором роде «оптимальный элемент», в ядре которого энергия связи в расчёте на один нуклон (протон или нейтрон) достигает максимального значения. В результате, энергетически невыгодно как синтезировать из него более тяжёлые элементы, так и делить его на более лёгкие. Поэтому ядерные реакции в центрах стационарных звёзд заканчиваются на образовании железа. Энергия больше не выделяется, звезда остывает и не в состоянии противостоять давлению гравитации. Происходит коллапс ядра, а её внешние слои отскакивают в окружающее пространство в виде сверхновой.

При массе ядра не более трёх масс Солнца (предел Оппенгеймера-Волкова), сжатие ещё можно остановить образованием нейтронной звезды, в которой все электроны «вжаты» в протоны. По сути, это грандиозное атомное ядро с плотностью значительно большей плотности его микроскопических собратьев (типичные массы нейтронных звёзд - от одной до трёх масс Солнца, а радиусы - десяток-другой километров). Впрочем, как раз микрофизическая сторона этого процесса понятна в меньшей степени, поэтому на исследования нейтронных звёзд с интересом смотрят не только астрономы, но и физики-ядерщики.

В случае если имело место слияние нейтронных звезд (процесс, при котором рождается черная дыра), оно должно было сопровождаться короткой вспышкой гамма-излучения, которой в данном случае зафиксировано не было. Версия хокинговского испарения черной дыры (этот процесс называется в честь известного британского ученого Стивена Хокинга, который первым предположил, что за счет квантовых эффектов черные дыры должны излучать свет, теряя при этом массу; при этом чем меньше масса, тем больше энергия излучения, то есть под конец черная дыра, по сути, взрывается) также не пришлась по вкусу всем ученым. Согласно теории, энергия при испарении черной дыры должна уноситься в гамма-диапазоне, а не в диапазоне радиоволн.

Спустя три года в этой истории с загадочным радиосигналом наступила развязка.

Группа из пяти американских и австралийских ученых под руководством Сары Бурк-Сполаор из Технологического университета Свинберна пришла к выводу, что тот сигнал имеет земное происхождение. Свое обоснование они изложили в статье, которая принята к печати в Astrophysical Journal Letters, а с ее препринтом можно ознакомиться на сайте arXiv.org.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3414578",
    "incutNum": 2,
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_3424112_i_2"
}

«Мы сообщаем об обнаружении 16 импульсов, большая часть которых по частоте, форме и величине напоминает «взрыв Лоримера», — говорится в статье. — Эти новые сигналы также были обнаружены на телескопе обсерватории Паркеса, и они точно земного происхождения. Это вносит сомнение во внегалактическую интерпретацию природы сигнала и говорит о необходимости более точных методов изучения радиоимпульсов, чтобы правильно выявить природу происхождения аномальных сигналов и окончательно отделить внегалактические сигналы от локальных».

Ученые в статье предполагают, что такие сигналы могут возникать при вспышке на Солнце или в результате грозового разряда в атмосфере Земли.

Вместе с тем квантовое испарение черной дыры в лаборатории удалось воспроизвести итальянскому физику Франко Бельджорно из Университета Милана и его коллегам.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3417546",
    "incutNum": 3,
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_3424112_i_3"
}

Результаты работы будут опубликованы в статье в Physical Review Letters, сейчас же можно ознакомиться с препринтом работы.

В качестве черной дыры выступил движущийся образец плавленого кварцевого стекла, отличающийся непостоянным коэффициентом преломления. Исследователи направляли туда лазерные импульсы длиной волны 1035 нм, которые вследствие роста коэффициента преломления тормозились внутри образца. Таким образом, у кварца получился своего рода искусственный «горизонт событий».

Но излучение не пропало бесследно внутри образца.

В соответствии с теоретическими предсказаниями, физики обнаружили спонтанное излучение кварца на частоте 850 нм. Ученые уверены, что это есть не что иное, как излучение Хокинга.