Звезды падают в черные дыры или во что-то врезаются?

Астрономы из Техасского университета в Остине и Гарвардского университета протестировали основное свойство черных дыр, показав, что поглощаемая ими материя полностью исчезает. Согласно результатам исследования, общая теория относительности Альберта Эйнштейна с успехом выдержала очередную проверку на истинность. 

Большинство ученых согласны с тем, что черные дыры, окруженные так называемым горизонтом событий, обладают такой сильной гравитацией, что ни один объект не пройдет мимо их «пасти». Когда материя или энергия приближаются к черной дыре, то неизбежно ею поглощаются. Хотя широко распространено мнение, что существование горизонтов событий не доказано.

«Мы хотим превратить идею горизонта событий в экспериментальную науку и выяснить, действительно ли они существуют», — заявил профессор астрофизики Паван Кумар.

Считается, что сверхмассивные черные дыры лежат в сердце почти всех галактик. Но некоторые теоретики предполагают, что вместо них есть что-то другое — не черная дыра, а еще более удивительный сверхмассивный объект, который каким-то образом сумел избежать гравитационного коллапса до сингулярности, окруженный горизонтом событий. Идея основана на модифицированных теориях: общей теории относительности и теории гравитации Эйнштейна.

В то время как сингулярность не имеет поверхности, избежавший коллапса объект будет иметь твердую поверхность. Таким образом, материал, например звезда, притягивается ближе, но не попадает в черную дыру, а врезается в эту твердую поверхность и разрушается.

Кумар, его аспирант Венбин Лу и Рамеш Нараян, теоретик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, придумали тест, чтобы определить, какая из идей правильная.

«Наш мотив заключается не столько в том, чтобы установить, что есть твердая поверхность, сколько в том, чтобы расширить наши знания и найти конкретные доказательства существования вокруг черных дыр горизонта событий», — сказал Кумар.

Команда выяснила, что увидит телескоп, когда звезда ударится о твердую поверхность сверхмассивного объекта в центре близлежащей галактики: газ звезды окутает объект, и он будет сиять месяцами, а может быть, и годами.

Как только они узнали, что искать, то определили, как часто это можно наблюдать в соседней вселенной, если теория твердых поверхностей верна. «Мы оценили скорость падения звезд на сверхмассивные черные дыры. Почти у каждой галактики есть одна. Мы рассматривали только самые массивные, весом около 100 миллионов солнечных масс и более. Около миллиона из них находятся в нескольких миллиардах световых лет от Земли».

Затем команда изучила архив наблюдений телескопа Pan-STARRS на Гавайях, недавно завершившего проект по исследованию половины Северного полушария. Телескоп сканировал область в течение 3,5 года, фиксируя «преходящие процессы» — то, что светится на некоторое время, а затем исчезает. Их целью было найти такие процессы с ожидаемой световой сигнатурой звезды, падающей к сверхмассивному объекту и ударяющей по твердой поверхности.

«Учитывая скорость падения звезд на черные дыры и степень плотности черных дыр в соседней вселенной, мы подсчитали, что Pan-STARRS за 3,5 года своей работы должен был обнаружить более 10 таких процессов, если теория твердой поверхности верна», — пояснил Лу. Однако они ничего не нашли.

«Наша работа подразумевает, что у некоторых или, возможно, у всех черных дыр есть горизонты событий, и что материал действительно исчезает из наблюдаемой вселенной, когда поглощается этими экзотическими объектами, как мы предполагали десятилетиями, — сказал Нараян. — Общая теория относительности прошла еще одну проверку».

Теперь команда намерена провести исследования с использованием телескопа Large Synoptic Survey Telescope, который сейчас строится в Чили. Так же, как и Pan-STARRS, LSST будет проводить повторные съемки неба в поисках преходящих процессов, но с гораздо большей чувствительностью.

Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.