масса чёрной дыры

Далеко в созвездии Рака, в 3,5 миллиарда световых лет от Земли, тикают часы с маятником. Маятник этот — вторая чёрная дыра, которая обращается вокруг первой, гораздо более массивной. Каждые двенадцать лет маятник проходит сквозь газовый диск, окружающий центральную дыру, и часы отбивают такт: яркая вспышка света, которую видят телескопы. В октябре 2022 года часы снова подали голос.

Классическая чёрная дыра — это бездонный колодец: всё, что падает за горизонт событий, исчезает в точке бесконечной плотности — сингулярности.

Водоворот заглатывает воду, но большую её часть разбрызгивает вокруг. Примерно так ведёт себя чёрная дыра — область пространства-времени с гравитацией столь мощной, что даже свет не может её покинуть, — когда на неё падает слишком много вещества.

Чёрная дыра — не вечный пылесос. Если окружить её неидеальной жидкостью (веществом с внутренним трением), геометрия начинает жить своей жизнью. Авторы статьи показали, что особый геометрический поток — почти η-Риччи-Ямабе солитон — работает как невидимый скульптор.

Край горизонта событий никогда не бывает спокойным. Квантовый вакуум здесь кипит, и из этой пены порой вырываются частицы — так Стивен Хокинг в 1974 году открыл излучение чёрных дыр, навсегда связав гравитацию с квантовой теорией.

Тёмную материю не видят в телескопы, но её гравитацию полвека назад выдала Вера Рубин. С тех пор физики перебрали десятки гипотез, и одна из самых элегантных — первичные чёрные дыры, возникшие в первые мгновения после Большого взрыва.

В центре классической чёрной дыры прячется сингулярность — точка, где плотность и кривизна пространства-времени становятся бесконечными. Физика там замолкает.

После Большого взрыва Вселенная пережила стремительное расширение — инфляцию, разгладившую реликтовое излучение и посеявшую зачатки галактик. Но на квантовом уровне в поле инфлатона зрели хаотичные флуктуации.

В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная была наполнена горячей, почти однородной плазмой. Но в некоторых местах плотность могла случайно оказаться чуть выше. Если такой сгусток набирал критическую массу, он схлопывался в чёрную дыру — так рождались первичные чёрные дыры.

Волны перебирают гальку на песчаном пляже. Мелкие камешки лежат плотно друг к другу, почти одинаковые по размеру. Чуть дальше от берега — россыпь покрупнее и поразнообразнее. А у самой воды, где прибой особенно силён, скапливаются самые большие и окатанные обломки. Примерно так же природа сортирует чёрные дыры по массе, когда они сливаются в пары.

Стая крошечных ледяных шариков разбросана в тёплой комнате. Одни тают быстрее, другие — медленнее, но когда от них остаются лишь мокрые пятнышки, все они исчезают одинаково: последняя капля испаряется по одному и тому же закону. Примерно так ведут себя первичные чёрные дыры — гипотетические объекты, родившиеся в первые мгновения после Большого взрыва.

Чёрная дыра похожа на котёл, который медленно выкипает. Её поверхность испускает частицы, и этот процесс называют излучением Хокинга. Чем горячее котёл, тем быстрее он пустеет. Но что, если котёл не простой, а с двойным дном — способный превратиться в проход в другое место?

Два фигуриста кружатся на льду. Один — лёгкий и осторожный, почти не крутится. Другой — массивный и быстрый, вращается изо всех сил, да ещё и в разные стороны. Примерно так выглядит картина, которую нарисовали гравитационные волны от слияния чёрных дыр.

Водоворот в реке затягивает всё вокруг. Если добавить в воду невидимый кисель, который густеет у самой воронки и внезапно исчезает на её краю, получится примерное устройство чёрной дыры в новой математической модели. Вокруг неё — плотное облако тёмной материи, резко обрывающееся у горизонта событий (границы, за которую уже ничто не возвращается).

Чёрная дыра невидима, но её присутствие выдаёт свет разогретого вещества, которое кружится рядом. Этот свет — словно двойной агент: с одной стороны орбиты он синеет, летя к нам, с другой — краснеет, удаляясь.

Каждое слияние чёрных дыр порождает гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени, предсказанную общей теорией относительности Эйнштейна и впервые зарегистрированную при решающем участии Кипа Торна.

Телескоп «Джеймс Уэбб» зафиксировал в далёкой галактике светящуюся полосу, напоминающую кильватерный след за катером, но растянувшуюся на двести тысяч световых лет. В головной части этого следа движется сверхмассивная чёрная дыра — объект с гравитацией настолько мощной, что даже свет не может её покинуть.

Квазар W2246–0526 — маяк, зажжённый, когда Вселенной было всего 1,3 миллиарда лет. Его свет идёт к нам 12,8 миллиарда лет, но даже на таком расстоянии астрономы разглядели то, что десятилетиями ускользало: гравитационную тень чёрной дыры.