Як ми знаємо, що чорні діри існують

Якщо ви чули лише одну річ про чорні діри, це ймовірно те, що як тільки що-небудь потрапить всередину горизонту подій чорної діри, нічого, навіть світло не зможе вийти звідти.
Тут природним буде здивуватися - оскільки ніщо не може вирватися з чорної діри, як ми можемо спостерігати їх?
Як ми дізналися, що вони взагалі існують?
Лише речі всередині горизонту подій не можуть його покинути.
Чорні діри також гравітаційно притягують об’єкти за межами їхніх горизонтів подій, і, спостерігаючи за цими об’єктами, ми можемо з високою ймовірністю сказати, що поруч є чорна діра.
Наприклад, є дуже багато зірок, що обертаються в парах.
Але ми також бачимо зірки, що обертаються навколо об’єктів, які не є нормальними зірками, але вони виділяють неймовірної потужності рентгенівське випромінювання у космос, що часто породжується неймовірно розігрітими пилом і газом, що падають на дуже щільний і дуже масивний об’єкт.
У всякому разі, з’ясувавши маси та орбітальні характеристики зірок, чиї компаньйони випускають рентгенівські промені, ми можемо визначити наскільки масивними є ці компаньйони.
Деякі з них надто легкі, щоб бути нейтронними зорями.
Однак, і нейтронні зорі можуть досягати деякої максимальної маси, перш ніж вони колапсують самі у себе.
Теоретичні розрахунки визначили верхню межу їхньої маси приблизно у 2-3 сонячних.
Найбільші нейтронні зорі, що ми спостерігали, потрапляють у ці межі.
І, тим не менш, існують чимало зірок, орбіти яких чітко показують, що маси їх рентгенівських компаньйонів у 5-10 разів перевищує масу Сонця, і ми просто не знаємо, щоб це могло би бути, окрім чорних дір.
Іноді, зірка, що обертається, вам навіть не потрібна.
Рентгенівського і радіовипромінювання від розігрітого падаючого матеріалу може бути достатньо для визначення маси одиничного несвітного об’єкта.
В окремих випадках вони є нейтронними зорями, але в інших випадках вони виявляються занадто масивними й можуть бути лише чорними дірами.
Існують також об’єкти в центрах багатьох галактик, враховуючи й нашу власну, які випускають потужне рентгенівське, інфрачервоне та радіовипромінювання, але дуже мало видимого світла.
І ми знаємо, що ці об’єкти надзвичайно масивні, оскільки сусідні зірки й гарячий пил, що світиться, рухаються навколо них.
Форми цих орбіт вказують на те, що об’єкт у центрі є настільки масивним і настільки малим водночас, що він не може бути зіркою, чи скупченням зірок, чи скупченням іншої невидимої матерії.
Єдине, чим він може бути - це надмасивна чорна діра.
Наприклад, у центрі чумацького шляху є джерело рентгенівського, радіо- та інфрачервоного випромінювання.
Це об’єкт під назвою Стрілець-А.
Прилеглі до нього зірки обертаються навколо нього по дуже маленьких орбітах, і роблять це настільки швидко, що розрахована маса цього об’єкта має становити більше чотирьох мільйонів мас Сонця.
І, зрештою, ми також вже декілька разів безпосередньо реєстрували гравітаційні хвилі, які були породжені зіткненнями двох дуже масивних і щільних об’єктів.
Деякі з цих хвиль за формою імпульсів свідчать про зіткнення двох об’єктів достатньо легких, щоб бути нейтронними зорями.
Але інші хвилі можуть бути випромінені лише при зіткненнях об’єктів маса яких занадто велика, щоб бути будь-чим, окрім пари чорних дір, які зливаються, утворюючи одну більшу чорну діру.
І в цих випадках деталі сигнатур хвиль виглядали точно так, як це було передбачено розрахунками згідно із загальною теорією відносності.
Отож, у багатьох місцях всесвіту ми виявили дуже щільні масивні об’єкти за їхньою гравітацією, або опосередковано через їхній вплив на близько розташовану речовину, як зірки, або акреційні газопилові диски, або ж безпосередньо, за допомогою випромінених ними гравітаційних хвиль.
Багато з цих щільних масивних об’єктів занадто тьмяні, щоб бути звичайними зірками, занадто компактні й занадто темні, щоб бути скупченням зірок, і занадто масивні, щоб бути нейтронними зорями.
Вони існують і проявляють себе саме так, як передбачено фізикою чорних дір.
І, фактично, вони не можуть бути нічим іншим.
Цитуючи астронома, можна сказати, що у нас є чітке переконання у тому, що чорні діри, або принаймні об’єкти, що мають багато ознак чорних дір, існують.
Іншими словами, якщо це має вигляд як у чорної діри, поводить себе як чорна діра, то ми називаємо це чорною дірою.
Дякуємо Інституту дослідження космосу за допомогою космічного телескопа ім. Джеймса Вебба за підтримку цього відео.
Космічний телескоп ім. Джеймса Вебба зможе спостерігати найвіддаленіші викиди деяких із найбільш ранніх надмасивних чорних дір в первинних галактиках.
І ми сподіваємося, це допоможе нам зрозуміти, як чорні діри керують еволюцією та формуванням галактик.
Телескоп Вебба також зможе виявляти чорні діри за допомогою зірок, газу і пилу, що притягуються до чорних дір.
І це допоможе нам краще зрозуміти динаміку чорних дір, зокрема, утворення ними потужних релятивістських струменів.