В ближайшее десятилетие ожидается вспышка чёрной дыры

37 минут назад

8

Релятивистская струя и тень чёрной дыры в центре галактики Мессье-87, источник — Релятивистская струя и тень чёрной дыры в галактике Мессье-87, источник

Чёрные дыры остаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Наши фундаментальные представления о них зачастую базируются на теоретических моделях, которые регулярно проходят проверку и корректировку по мере накопления новых данных.

Сегодня перед астрофизиками стоит множество вопросов: от механизмов возникновения первичных чёрных дыр (ПЧД) до оценки их концентрации в космосе. Важно понимать, насколько такие микроскопические объекты могут быть опасны для планетарных систем и живых организмов.

Более того, современная наука рассматривает захватывающие гипотезы: например, неизбежность «финального взрыва» чёрной дыры, возможность существования целых вселенных внутри их горизонтов событий и существование «странствующих» чёрных дыр, лишенных материнских галактик.

Микроскопические чёрные дыры

Ещё в 1974 году Ларри Нивен в своем научно-фантастическом произведении «Дырявый» поднял вопрос: способна ли крошечная чёрная дыра стать убийцей? Интуитивно кажется, что колоссальная плотность делает ответ утвердительным, однако всё зависит от физических параметров объекта.

Критически важным аспектом является минимальная масса, при которой ЧД становится угрозой. Недавние расчёты физика Роберта Дж. Шеррера, подробно разобранные на SE7ENе, проливают свет на эту проблему. Исследователь фокусируется на первичных чёрных дырах — гипотетических объектах ранней Вселенной, чьи размеры несопоставимы с гигантами звёздных масс.

Формирование пространства-времени с ПЧД (внизу) и без них — Рис.1. Концепция формирования пространства-времени при наличии ПЧД

Хотя ПЧД до сих пор не обнаружены, теоретическая физика задает жесткие рамки для их существования. Объекты легче $10^{12}$ кг должны были полностью испариться из-за излучения Хокинга, а более массивные — более $10^{20}$ кг — проявляли бы себя через гравитационное линзирование, чего мы не наблюдаем. Ученые сосредоточились на диапазоне масс астероидов (от $10^{13}$ до $10^{19}$ кг).

При прохождении сквозь человеческое тело такая ЧД (размером менее 1 мкм) воздействует приливно на крайне малую зону, нанося точечный ущерб. Гораздо опаснее ударная волна плотности: она повреждает клеточные структуры и высвобождает тепловую энергию. Расчеты показывают, что ЧД массой $1,4×10^{17}$ кг способна создать ударную волну, энергией сопоставимую с выстрелом пули калибра .22.

Расчёт по формуле даёттаких столкновений в год — Рис.2. Вероятность столкновения с человеком составляет $10^{-18}$ в год

Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в препринте «Гравитационные эффекты небольшой первичной чёрной дыры, проходящей через человеческое тело» (arXiv:2502.09734).

Странствующие чёрные дыры

Классическая астрофизика предполагает наличие сверхмассивных ЧД в центрах галактик. Однако Стивен Хокинг ещё в 1971 году выдвинул идею, что плотностные неоднородности ранней Вселенной могли привести к рождению «одиноких» чёрных дыр, существующих независимо от звёздных систем.

Изображение релятивистских струй (джетов) вокруг сверхмассивной ЧД радиогалактики Центавр A в рентгеновском (синий), субмиллиметровом (оранжевый) и оптическом (белый, коричневый) диапазонах — Рис.3. Джеты сверхмассивной ЧД в радиогалактике Центавр A, источник

События 2025 года принесли данные, которые могут подтвердить это пророчество: телескоп James Webb обнаружил объект QSO1 массой около 50 миллионов солнц, находящийся в пустоте. Вокруг него отсутствуют звёзды, а спектральный состав газа указывает на его первобытную чистоту — объект сформировался в условиях, когда космос еще не был обогащен тяжелыми элементами.

Рис.4. Объект QAO1 в трёх отражениях гравитационного линзирования, источник — Рис.4. Объект QSO1, запечатленный благодаря гравитационному линзированию, источник

Возможно, эти чёрные дыры — ключ к разгадке тёмной материи, природа которой до сих пор остается «белым пятном» в науке.

Ожидание взрыва

Существует гипотеза, согласно которой жизнь чёрной дыры завершается грандиозным выбросом энергии. Ранее подобные вспышки считались крайне редкими (раз в 100 тысяч лет), однако новые модели, опубликованные в сентябре 2025 года в Physical Review Letters, пересматривают этот интервал до десяти лет.

Рис.7. Изображение чёрной дыры в центре галактики Мессье-87 — Рис.7. Чёрная дыра в центре галактики M87, источник

Авторы новой работы предложили теорию «тёмного электрического заряда» ПЧД, который стабилизирует их перед финальным коллапсом. Если расчеты верны, то с вероятностью более 90% современные обсерватории (вроде HAWC или LHAASO) зарегистрируют взрыв первичной чёрной дыры уже в ближайшее десятилетие. Это станет прямым доказательством излучения Хокинга и позволит нам заглянуть в физические процессы ранней Вселенной, расширяя Стандартную модель.

Внутри дыры

Наконец, наиболее радикальная теория утверждает, что мы сами можем находиться внутри чёрной дыры. Внутри горизонта событий пространство расширяется, что по математическим описаниям поразительно напоминает процесс Большого взрыва. В этой парадигме наша Вселенная — лишь малая часть Мультивселенной, где чёрные дыры служат «инкубаторами» для новых миров.