Что такое беглые черные дыры?
В прошлом году астрономы очень заинтересовались астероидом, который проходил через Солнечную систему откуда-то извне. Он двигался со скоростью примерно 68 км/с — в два раза больше, чем скорость вращения Земли вокруг солнца. Но что если существует нечто более быстрое и большое? Портал theconversation.com рассказал о феномене беглых черных дыр.
История начинается в 1960-м. Тогда новозеландский математик Рой Керр нашел решение уравнений общей относительности Эйнштейна, которые описывали вращающиеся черные дыры. А это привело к двум ключевым открытиям, затрагивавшим черные дыры.
Первое — «гипотеза об отсутствии волос», которая утверждает, что черные дыры можно различать лишь по трем параметрам: их массе, вращению и электрическому заряду. А вот для второго нужно задуматься о знаменитой формуле Эйнштейна, которая говорит, что у энергии есть масса. В случае черной дыры решение Керра показывает, что до 29% массы черной дыры могут существовать в форме энергии вращения.
Английский физик Роджер Пенроуз 50 лет пришел к выводу, что эта энергия вращения черных дыр может быть выпущена. По сути, вращающаяся черная дыра — батарея, способная высвобождать огромные объемы энергии вращения.
Черная дыра может содержать примерно в 100 раз больше извлекаемой энергии, чем звезда той же массы. Если две черные дыры объединяются в одну, то значительная часть этой энергии может быть высвобождена за считанные секунды.
На расчет того, что происходит при слиянии двух вращающихся черных дыр и появлении гравитационных волн, потребовалось 20 лет суперкомпьютерных вычислений. В зависимости от того, как вращаются черные дыры, энергия гравитационных дыр может быть более мощном в одном направлении, чем в других. А это заставляет черные дыры на большой скорости двигаться в противоположном направлении.
Таким образом, если вращение двух столкнувшихся черных дыр сочетается правильным путем, получившаяся объединенная черная дыра может разгоняться до тысяч километров в секунду.
Но эти расчеты были лишь теорией. По крайней мере, пока обсерватории LIGO и Virgo не начали фиксировать сигналы гравитационных волн, выделяемых парой столкнувшихся черных дыр в 2015-м. Наиболее любопытной находкой в этом случае были т.н. рингдауны черных дыр — своего рода звон недавно формированной дыры, по которому можно сделать предположения о ее вращении. Чем быстрее черная дыра вращается, тем ниже этот звон.
Другие, более качественные наблюдения за слиянием черных дыр, показали, что некоторые пары обладают случайной ориентацией осей вращения, и у многих из них очень большая энергия вращения. То есть, беглые черные дыры вполне могут существовать в реальности. Путешествуя на 1% скорости света, их траектории не огибали бы орбиты звезд в галактиках, а шли почти напрямую.
Маленькие беглые дыры тяжело найти, но черную дыру массой в миллион или миллиард Солнц заметить проще. Ученые склоняются к теории, что такая черная дыра оставляла бы за собой след из новорожденных звезд, которые формировались бы из межзвездного газа так же, как инверсионные следы из облаков от пролетающего самолета.
В 2025-м ряд научных работ показал изображения необычайно прямых цепочек звезд в некоторых галактиках. Некоторые специалисты расценивают их как доказательство существования беглых черных дыр. Кроме того, если существуют очень большие беглые дыры, то должны и маленькие, потому что данные гравитационных волн говорят, что они тоже могут сливаться воедино. У них достаточно большая скорость, чтобы перемещаться между галактиками.