Чорна діра перевищила фізичний максимум у 40 разів. Вчені не розуміють, як це можливо (6 фото)

Уявіть автомобіль, який їде в 40 разів швидше за максимально дозволену швидкість за законами фізики по шосе. Абсурд? Приблизно так почуваються астрофізики, спостерігаючи за чорною діркою LID-568. Цей космічний «монстр» росте з апетитом, який буквально виходить за межі Всесвіту — принаймні за межі того, що ми вважали за можливе





Телескопи James Webb та Chandra X-ray Observatory виявили в космосі об'єкт, що поглинає матерію зі швидкістю близько шести сонячних мас на рік.

Ну, це як би Сонце зникало кожні два місяці.

Маса самої діри - приблизно 7,2 мільйона сонячних мас, і вона світить так яскраво, що, за розрахунками, її світність у 40 разів перевищує теоретичну межу Еддінгтона.

Щоб зрозуміти, як взагалі чорна діра може світити і що ховається за цими формулами – розберемо простими словами.

Що таке межа Еддінгтона простими словами

Коли чорна діра «їсть» матерію, навколо неї утворюється яскравий диск із розпеченого газу – акреційний диск. Саме він, а не сама чорна діра, і випромінює світло. Це добре показано у фільмі "Інтерстелар":



Світло відштовхує падаючу матерію назовні, створюючи протитиск. Настає момент, коли світло та гравітація врівноважуються. Уявіть, це якби ви намагалися підійти до надпотужного вентилятора, який відкидає вас назад. Цей параметр і є межа Еддінгтона - природний "обмежувач швидкості" для зростання чорних дірок. Не може вона з'їсти більше, просто тому що "їжа" починає відштовхуватися.

За законами фізики, якщо дірка спробує «є» швидше, тиск світла повинен здути до неї газ, що наближається.

Так, світло теж має тиск. Його створюють частинки світла - фотони, коли стикаються з іншими частинками (наприклад, електроном або атомом). Фотон передає їй частину свого імпульсу, створюючи поштовх.

Але гігантська чорна діра ID-568 не підкоряється правилам - вона продовжує спокійно поглинати речовину, начебто закони фізики (відкриті людиною) на неї не поширюються.





Додамо до цього ще один штрих: ця чорна діра з'явилася на досить ранньому етапі існування Всесвіту. Вона з'явилася лише через 1,5 мільярда років після Великого вибуху.

За даними сучасної астрофізики, такі чорні дірки не могли з'явитися так рано - просто не вдалося б накопичити потрібну масу для її появи. Найімовірніше, вони мають з'явитися через 4 млрд. років після Великого вибуху.

Це як зустріти десятирічну дитину на зріст під два метри — наука не встигає за фактами.

LID-568 демонструє, що ранній Всесвіт вміла організовувати спалахи надкритичної акреції, завдяки яким чорні дірки могли вирости в мільйони разів швидше за класичні моделі.

Вчені дивуються: як чорна діра може рости так швидко, порушуючи власні фізичні «гальма»?



Як природа обманює фізику (і чому це змінює все)

І все-таки вчені висунули кілька сміливих гіпотез, які пояснюють цей феномен. Про вивчення цієї чорної діри можна прочитати у нещодавній статті, опублікованій у науковому журналі Nature.

Захоплення фотонів — світло, яке не встигло втекти

Уявіть туман, настільки щільний, що світло не може пройти крізь нього і застрягне всередині.



Те саме може відбуватися в акреційному диску LID-568. Фотони не встигають вилетіти назовні, їх тягне всередину падаючий газ. Світловий тиск слабшає, і дірка спокійно продовжує «є». Цей ефект називають "пасткою для світла".

"Хитра геометрія" - товстий диск замість тонкого

У класичній моделі акреційний диск схожий на тонкий млинець: випромінювання йде назовні, гальмуючи падіння матерії. Але якщо диск стає "товстішим", енергія не встигає вийти назовні і виноситься всередину разом з газом. У результаті світло тисне слабше, і матерія падає швидше.

Короткі напади ненажерливості

Навіть надмасивні монстри не можуть їсти нескінченно. Надкритична акреція триває десятки мільйонів років, потім чорна діра відпочиває. Активна фаза займає лише 1–4% космічного часу, але за ці короткі спалахи дірка набирає масу. Можливо, ми зловили LID-568 саме в момент такого рідкісного спалаху.



Що це змінює у науці

Десятиліттями фізики ламали голову: звідки у молодому Всесвіті взялися гігантські квазари (це саме такі випромінювачі на базі чорних дірок), якщо в момент їх появи часу з моменту Великого вибуху минуло менше двох мільярдів років?

Класична теорія не встигала пояснити їхнє швидке зростання. LID-568, схоже, дає відповідь: у ранньому Всесвіті існували короткі періоди надшвидкого зростання — надкритичні фази, коли чорні дірки порушували ліміт світла, щоб стати гігантами.

Такі ненажери нам з вами безпечні - вони знаходяться далеко, переважно в ядрах галактик. А наше з вами Сонце існує на узбіччі.

Але саме її існування нагадує: Всесвіт, як і раніше, грає за своїми правилами, просто ми не всі з них встигли прочитати.