В конце концов, беглые черные дыры реальны. Вот что мы знаем.
В прошлом году астрономы были очарованы сбежавшим астероидом, проходящим через нашу Солнечную систему откуда-то издалека. Она двигалась со скоростью около 68 километров в секунду, что чуть более чем в два раза превышает скорость Земли вокруг Солнца.
Представьте, если бы это было что-то гораздо большее и быстрое: черная дыра, движущаяся со скоростью около 3000 километров в секунду. Мы не увидим его приближения до тех пор, пока его мощные гравитационные силы не начнут стучать по орбитам внешних планет.
Это может звучать немного смешно, но за последний год появилось несколько доказательств того, что появление такого посетителя не является невозможным. Астрономы увидели явные признаки того, что сверхмассивные черные дыры прорываются через другие галактики, и обнаружили доказательства того, что, вероятно, существуют и более мелкие, необнаружимые убегающие дыры.
Убегающие черные дыры: теория
История начинается в 1960-х годах, когда новозеландский математик Рой Керр нашел решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна, описывающих вращающиеся черные дыры. Это привело к двум важным открытиям о черных дырах.
Во-первых, «теорема об отсутствии волос», которая говорит нам, что черные дыры можно отличить только по трем свойствам: их массе, их вращению и их электрическому заряду.
Во-вторых, нам нужно подумать о знаменитой формуле Эйнштейна E = mc ², которая гласит, что энергия имеет массу. В случае черной дыры решение Керра говорит нам, что до 29% массы черной дыры может находиться в форме энергии вращения.
Английский физик Роджер Пенроуз 50 лет назад пришел к выводу, что эта энергия вращения черных дыр может высвобождаться. Вращающаяся черная дыра подобна батарее, способной высвободить огромное количество энергии вращения.
Черная дыра может содержать примерно в 100 раз больше извлекаемой энергии, чем звезда той же массы. Если пара черных дыр сольется в одну, большая часть этой огромной энергии может высвободиться за несколько секунд.
Потребовалось два десятилетия кропотливых суперкомпьютерных вычислений, чтобы понять, что происходит, когда две вращающиеся черные дыры сталкиваются и сливаются, создавая гравитационные волны.
В зависимости от того, как вращаются черные дыры, энергия гравитационных волн может высвобождаться гораздо сильнее в одном направлении, чем в других, что заставляет черные дыры стрелять, как ракета, в противоположном. направлении.
Если вращения двух сталкивающихся черных дыр выровнены правильно, последнюю черную дыру можно будет разогнать на ракете до скорости в тысячи километров в секунду.
Изучение на реальных черных дырах
Все это было теорией, пока обсерватории гравитационных волн LIGO и Virgo не начали обнаруживать визг и чириканье гравитационных волн, испускаемых парами сталкивающихся черных дыр в 2015.
Одним из самых захватывающих открытий были «звонки» черных дыр: камертонный звон вновь образовавшихся черных дыр, который говорит нам об их вращении. Чем быстрее они вращаются, тем дольше они звенят.
Все более тщательные наблюдения за сливающимися черными дырами показали, что некоторые пары черных дыр имеют случайно ориентированные оси вращения и что многие из них обладают очень большой энергией вращения.
Все это указывает на то, что убегающие черные дыры вполне возможны. Двигаясь со скоростью 1% скорости света, их траектории в космосе не повторяли бы искривленные орбиты звезд в галактиках, а были бы почти прямыми.
Убегающие черные дыры обнаружены в дикой природе
Это подводит нас к последнему этапу нашей последовательности: фактическому открытию убегающих черных дыр.
Относительно небольшие убегающие черные дыры трудно искать. Но безудержная черная дыра массой в миллион или миллиард солнечных масс вызовет огромные разрушения в звездах и газе вокруг нее, путешествуя по галактике.
Ожидается, что они оставят за собой следы звезд, формирующиеся из межзвездного газа точно так же, как следы облаков формируются после реактивного самолета. Звезды образуются из коллапса газа и пыли, притягиваемых проходящей мимо черной дырой. Этот процесс будет длиться десятки миллионов лет, пока неуправляемая черная дыра пересекает галактику.
В 2025 году в нескольких статьях были показаны изображения удивительно прямых полос звезд внутри галактик, как на изображении ниже. Кажется, это убедительное свидетельство существования неконтролируемых черных дыр.
В одной статье под руководством Йельского астронома Питера ван Доккума описывается очень далекая галактика, полученная телескопом Джеймса Уэбба, с удивительно ярким инверсионным следом длиной 200 000 световых лет. Инверсионный след показал эффекты давления, ожидаемые от гравитационного сжатия газа при прохождении черной дыры: в данном случае он предполагает наличие черной дыры с массой в 10 миллионов масс Солнца, движущейся со скоростью почти 1000 км/с.
Другой описывает длинный прямой инверсионный след, пересекающий галактику под названием NGC3627. Вероятно, причиной этого является черная дыра, масса которой примерно в 2 миллиона раз превышает массу Солнца, движущаяся со скоростью 300 км/с. Длина его инверсионного следа составляет около 25 000 световых лет.
Если эти чрезвычайно массивные беглецы существуют, то должны существовать и их меньшие собратья, поскольку наблюдения гравитационных волн показывают, что некоторые из них объединяются с противоположными вращениями, необходимыми для создания мощных ударов. Скорости достаточно высоки, чтобы они могли путешествовать между галактиками.
По теме: Что, если крошечная черная дыра пронзит ваше тело? Физик посчитал
Таким образом, неуправляемые черные дыры, прорывающиеся сквозь галактики и между ними, являются новым ингредиентом нашей замечательной Вселенной. Не исключено, что один из них может появиться в нашей Солнечной системе с потенциально катастрофическими последствиями.
Мы не должны терять сон из-за этого открытия. Шансы мизерны. Это еще один способ, благодаря которому история нашей Вселенной стала немного богаче и немного интереснее, чем была раньше. 
Дэвид Блэр, почетный профессор, Центр передового опыта ARC по открытию гравитационных волн, ОзГрав, Университет Западной Австралии
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
