Проваливаются ли звезды в черные дыры?

Астрономы и космологи из США проследили за поведением миллиона крупнейших черных дыр и пришли к выводу, что звезды проваливаются в них целиком и что у них есть горизонт событий, предсказываемый теорией относительности Эйнштейна.

"Мы не пытались выяснить, какой формой обладает горизонт событий, твердый ли он или же, как считают коллеги, похож на пушистый моток ниток. Мы просто пытались найти первые свидетельства того, что он реально существует. Наши наблюдения показывают, что все или почти все черные дыры имеют горизонт событий и что материя реально исчезает из обозримой Вселенной в тот момент, когда пересекает его. Теория относительности успешно прошла очередной тест", — заявил Рамеш Нараян (Ramesh Narayan) из Гарвардского университета (США).

Точка или дыра?

Теория относительности предсказывает, что во Вселенной могут существовать так называемые сингулярности – точки, обладающие бесконечно высокой плотностью и какой угодно массой. Частным случаем сингулярности являются черные дыры.

Такие объекты, в соответствии с принципом "космической цензуры" Пенроуза-Хокинга, невозможно увидеть, так как они будут отделены от остальной Вселенной горизонтом событий. Иными словами, сингулярность находится внутри воображаемой сферы, из которой даже свет не сможет выбраться из-за сверхсильного притяжения черной дыры. Исполнение этого принципа крайне важно для физики, так как открытие "голой сингулярности", хотя бы в теоретическом виде, будет означать, что вся современная физическая наука является неправильной.

Сравнительно недавно физики-теоретики предположили, что черные дыры не обязательно должны быть сингулярностью. В той точке, где должна находиться сингулярность, может находиться сверхплотный объект, не изолированный от окружающей Вселенной, но невидимый для нас, или же "кротовая нора" – тоннель, соединяющий два разных пространства. Эта идея вызывает большие споры среди космологов и астрономов, так как ни подтверждений ее, ни опровержений пока нет.

Нараян и его коллеги нашли оригинальный способ проверить, есть ли горизонт событий у черных дыр, наблюдая за тем, как самые крупные черные дыры, расположенные в центрах галактик, съедают сблизившиеся с ними звезды.

Прояснение сингулярности

Ученые обратили внимание на то, что последствия сближения звезды и черной дыры при наличии и отсутствии горизонта событий будут заметным образом отличаться. При его наличии светило будет исчезать без следа, проваливаясь в сингулярность размером меньше атома, а при его отсутствии звезда столкнется со сверхплотным объектом, составляющим основу черной дыры.

В результате этого столкновения материя светила "размажется" по объекту, он перестанет быть невидимым и породит вспышку, которая будет длиться десятки лет, а ее яркость будет меняться уникальным образом, не похожим на то, как возникают сверхновые или выбросы нормальных черных дыр. Соответственно, наблюдая за сравнительно большим числом галактик, можно понять, существуют ли сверхмассивные черные дыры без горизонта событий, если их яркость резко повышается и они становятся видимыми.

Пытаясь найти следы подобных вспышек, ученые проанализировали снимки более миллиона галактик с особенно крупными сверхмассивными черными дырами в непосредственной близости от Земли, которые получал автоматизированный телескоп Pan-STARRS на Гавайских островах на протяжении последних четырех лет.

Нараян и его коллеги не зафиксировали ни одной подобной вспышки. Это свидетельствует о том, что самые крупные черные дыры обладают горизонтом событий и что звезды "проглатываются" ими целиком, навсегда и без следа исчезая из видимой Вселенной. Как полагают ученые, аналогичным образом ведут себя и менее крупные черные дыры в центрах галактик и их меньшие "кузены" звездной массы.

В пользу этого говорит то, что Pan-STARRS должен был зафиксировать как минимум десять подобных временных вспышек на поверхности черных дыр, если теории о формировании подобных сверхплотных объектов были бы верны. В ближайшее время Нараян и его коллеги проверят свои выводы на строящемся обзорном телескопе LSST в Чили, который сможет следить за большим числом галактик.