Кейсы 20 января 2023

Самые странные объекты в космосе: все о звездах, которые не становятся черными дырами

Далее

Теоретические звезды Бухдаля — самые плотные объекты во Вселенной, которые могут не превращаться в полноценные черные дыры. Разбираемся, существуют ли они на самом деле и какими свойствами могут обладать.

Ученые годами изучают необычный космический себе объект, который «работает» как черная дыра, выглядит как черная дыра, но это не черная дыра. Это звезда Бухдаля — самый плотный объект, который может существовать во Вселенной, не превращаясь при этом в черную дыру. У этого тела есть одно принципиальное отличие — отсутствие горизонта событий. А, значит, их наблюдатель может «вырваться» из его гравитационных тисков, если приложит достаточно усилий.

Проблема в том, что этот объект — гипотетический. Ученым пока не удавалось наблюдать их в космосе. Действительно ли существуют эти таинственные объекты, — большой вопрос. Однако в рамках недавнего исследования физик из Индии, возможно, открыл новое свойство звезд Бухдаля, которое поможет ответить на этот вопрос.

Как «работают» черные дыры?

В целом астрономы согласны с тем, что черные дыры действительно существуют. Ученые наблюдают свидетельства их существования повсюду (ранее «Хайтек» писал о главных доказательствах их существования).

Представление художника об окрестностях черной дыры. Иллюстрация: ESO/L. Calçada

Астрономы также понимают, как образуются черные дыры: это остатки катастрофического гравитационного коллапса массивных звезд. Когда они умирают, никакая сила в природе не способна выдержать их собственный вес. Поэтому эти обреченные объекты продолжают «давить себя» до бесконечности.

Мертвые звезды

Однако пока ученые не понимают, насколько может сжаться объект, не превратившись в черную дыру. Астрономы уже знают о существовании белых карликов, которые «весят» как Солнце, но размером с Землю. Также физики изучают природу нейтронных звезд, которые еще больше сжимают массу звезды до размеров города. Но неизвестно, есть ли объект еще меньше, которому удалось не стать черной дырой.

Звезды Бухдаля

В 1959 году немецко-австралийский физик Ганс Бухдаль изучал, как может вести себя «идеальная звезда» (представляет собой идеальный сферический сгусток вещества), если ее максимально сжать. По мере того, как сгусток материи становился все меньше и меньше, плотность объекта росла, что делало гравитационное притяжение интенсивнее. Используя расчеты Общей теории относительности Эйнштейна, Бухдаль нашел абсолютный нижний предел размера «звезды», максимально плотная, но не превращается в черную дыру. Он равняется 9/4 массы «звезды», умноженной на ньютоновскую гравитационную постоянную (G) и поделенный на скорость света (299 792 458 м/с) в квадрате.

Таким образом, благодаря расчетам ученый получил самый плотный объект в космосе. Но если его сжать хоть немного, то предел Бухдаля будет преодолен и звезда станет черной дырой. Ниже этого значения объект всегда должен становиться черной дырой, по крайней мере, согласно Общей теории относительности.

Что выяснил ученый?

Поиск экзотических объектов, которые находятся на краю этого предела, — так называемых звезд Бухдаля, — стал популярным занятием как теоретиков, так и наблюдателей, поделился Пол М. Саттер, профессор-исследователь в области астрофизики в Университете Стоуни-Брук SUNY и Институте Флэтайрон в Нью-Йорке. В рамках нового исследования Нареш Дадхич, физик из Межуниверситетского центра астрономии и астрофизики в Пуне, Индия, возможно, обнаружил удивительное свойство, которым обладают такие тела. О своих открытиях он рассказал в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org, которая пока не проходила рецензирование.

Иллюстрация: НАСА

Дадхич, который называет звезды Бухдаля «имитаторами черных дыр», изучал, что происходит с энергией гипотетической звезды, когда она начинает коллапсировать в «пограничные объекты». Проведя расчеты, он выяснил кое-что удивительное: к тому времени, когда звезда достигает предела Бухдаля, полная кинетическая энергия равнялась половине потенциальной энергии.

Такое соотношение применимо ко многим ситуациям в астрономии, когда сила гравитации находится в равновесии с другими. А значит, теоретически звезды Бухдаля могут существовать как стабильный объект с уже хорошо изученными свойствами.

«Горизонт событий черной дыры блокирует наше представление о том, что находится внутри нее. Но мы можем изучать, из чего состоят звезды Бухдаля. Так мы сможем понять, на что похожи внутренние части черной дыры», — объясняет автор исследования Live Science.

Последняя проблема

Другое дело найти звезду Бухдаля. На сегодняшний день нет известного расположения материи, которое могло бы создать такой объект. Но исследование Дадича подсказывает, как она может работать. Потребуется больше исследований, чтобы понять, какими еще свойствами обладают эти экзотические объекты и что они могут рассказать ученым о черных дырах.

Читать далее:

Блазар, который нашли 20 лет назад, оказался экстремальным объектом

TESS открыл «новую Землю»: каменная планета с водой находится в обитаемой зоне

Посмотрите на последствия столкновения в 1181 году двух звезд