Чёрные дыры давно захватывают воображение как учёных, так и широкой аудитории, оставаясь одними из самых загадочных объектов Вселенной. История их изучения началась с теоретических работ Карла Шварцшильда и продолжилась исследованиями Стивена Хокинга в 1970-х годах, когда впервые были предложены понятия «испарения» чёрной дыры и квантовых эффектов на горизонте событий. Современные астрономы смогли зафиксировать прямой коллапс звезды в Андромеде, используя архивные данные космического телескопа NEOWISE, что стало важным подтверждением предсказаний теории гравитации и звездной эволюции.
В 2014 году телескоп NEOWISE зарегистрировал интенсивное инфракрасное свечение супергиганта M31-2014-DS1, которое продолжалось несколько лет, прежде чем звезда исчезла, оставив лишь оболочку газа и пыли. Команда под руководством Кишалая Де из Колумбийского университета и с участием Моргана МакЛеода из Гарварда установила, что это был редкий прямой коллапс, миновавший стадию сверхновой. Ранее подобные процессы наблюдались лишь в 2010 году в галактике NGC 6946, но данных было гораздо меньше, что подчёркивает уникальность последних наблюдений и их вклад в понимание жизненного цикла массивных звёзд.
Сегодня работа этих и других учёных формирует фундаментальные знания о чёрных дырах и их происхождении, раскрывая механизмы, которые долго оставались скрытыми. От теоретических моделей до реальных наблюдений – каждое открытие расширяет границы наших представлений о Вселенной.
1. Роджер Пенроуз
Национальность: британский математик и физик
Главные достижения: теория сингулярности, математическое доказательство существования чёрных дыр
Пенроуз считается одним из пионеров в современной теории чёрных дыр. В 1960‑х он доказал, что при гравитационном коллапсе большой массивной звезды обязательно образуется сингулярность — фундаментальная часть чёрной дыры, предсказанная общей теорией относительности. Он также совместно с Стивеном Хокингом сформулировал важные теоремы, которые подкрепили представление о чёрных дырах как физически реальных объектах. За эти работы он получил Нобелевскую премию по физике вместе с Рейнхардом Генцелем и Андреа Гезе, которые наблюдали сверхмассивную чёрную дыру в центре Млечного Пути.
2. Андреа Гезе
Национальность: американский астрофизик
Главное открытие: подтверждение существования объекта в центре Млечного Пути
Андреа Гезе — одна из немногих женщин‑лауреатов Нобелевской премии по физике, получившая её за наблюдательные доказательства существования сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики. Она и её команда отслеживали орбиты звёзд вокруг центра Млечного Пути, что позволило определить массу объекта и подтвердить, что это именно чёрная дыра. Эти наблюдения стали ключевым доказательством существования сверхмассивных чёрных дыр в реальных галактиках, а не только в теории.
3. Рейнхард Генцель
Национальность: немецкий астрофизик
Основное достижение: определение массы Стрелец A*
Рейнхард Генцель совместно с Андреа Гезе получил Нобелевскую премию за доказательства существования сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики. Он использовал инфракрасные наблюдения, чтобы отследить движения звёзд вокруг контакта Млечного Пути, что позволило измерить массу объекта, который невозможно объяснить никаким другим способом, кроме как присутствие сверхмассивной чёрной дыры. Эти измерения укрепили теория относительности и наше представление о роли чёрных дыр во вселенной.
4. Фабио Пачуччи
Национальность: итальянско‑американский астрофизик
Работы: теория «семян» чёрных дыр
Фабио Пачуччи работает над тем, как формировались первые чёрные дыры после Большого взрыва и как они влияли на раннюю Вселенную. Он известен своими исследованиями «семян» чёрных дыр — первоначальных небольших объектов, которые затем могли расти в сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Его подход сочетает теоретические модели и анализ наблюдательных данных, чтобы понять эволюцию чёрных дыр в ранних эпохах космоса.
5. Нетта Энгельхардт
Национальность: израильско‑американский физик
Работа: исследования информационной теории чёрных дыр
Нетта Энгельхардт — молодая ведущая фигура в теоретической физике, известная тем, что работает над парадоксом информационной потери — одним из самых глубоких вопросов о том, сохраняется ли информация, попадающая в чёрную дыру. Её исследования помогают объединить квантовую теорию и гравитацию, что является ключевым шагом к более полной теории квантовой гравитации, которая описывает чёрные дыры на фундаментальном уровне.
6. Стивен Хокинг
Национальность: британский физик‑теоретик
Публикации: множество работ по чёрным дырам и космологии
Стивен Хокинг — одна из самых влиятельных фигур в истории изучения чёрных дыр, объединивший квантовую механику и общую теорию относительности. В 1970‑х годах он предсказал, что чёрные дыры не являются абсолютно «чёрными» — они должны излучать частицы и энергию благодаря квантовым эффектам, что получило название излучение Хокинга. Это открытие поставило под сомнение классическое представление о том, что ничто не может покинуть чёрную дыру, и стало мостом между двумя ключевыми теориями физики. Хокинг также участвовал в дебатах о том, сохраняется ли информация, поглощённая чёрной дырой, что стало известным как парадокс потери информации. Во многих его работах обсуждалась структура горизонта событий и возможные способы выхода информации из чёрной дыры.
7. Джейкоб Бекенштейн
Национальность: израильско‑американский физик
Ключевые достижения: теория энтропии чёрных дыр
Джейкоб Бекенштейн стал первым, кто в 1972 году предложил, что чёрные дыры обладают энтропией, пропорциональной площади их горизонта событий, — то есть внутреннее состояние чёрной дыры можно считать термодинамическим. Эта идея легла в основу термодинамики чёрных дыр и сформировала концептуальную основу, благодаря которой позже были предсказаны излучение Хокинга и теория «чёрные дыры как термодинамические системы». Его работа стала ключевым шагом к пониманию того, как фундаментальные законы физики применимы даже к столь экстремальным объектам. Бекенштейн работал с Джоном Уилером над концепцией «no‑hair theorem», согласно которой чёрные дыры могут быть полностью описаны тремя параметрами: массой, зарядом и угловым моментом.
8. Кип Торн
Национальность: американский физик
Ключевые проекты: LIGO, теории аккреционных дисков
Кип Торн — один из ведущих экспертов по гравитации и чёрным дырам, сыгравший ключевую роль в теоретическом обосновании и развитии проекта LIGO, который впервые зарегистрировал гравитационные волны от сливающихся чёрных дыр. Его работы также включают развитие концепции «обруча» (hoop conjecture), описывающей критерии образования чёрной дыры, и участие в создании теоретических моделей аккреционных дисков. Торн широко известен как соавтор фундаментального учебника по общей теории относительности и популярной книги, описывающей историю развития исследований чёрных дыр и искривления времени. Он также работал как научный консультант над научно‑популярными проектами и фильмами, что помогло донести сложные идеи широкой аудитории.
9. Дон Нельсон Пейдж
Национальность: канадско‑американский теоретик
Научные идеи: кривая Пейджа, фазовый переход Хокинг–Пейдж
Дон Пейдж — теоретический физик, который внёс существенный вклад в понимание термодинамики и квантовых свойств чёрных дыр. Он работал над кривой Пейджа, описывающей изменение энтропии чёрной дыры со временем, и над фазовым переходом, известным как переход Хокинг–Пейдж, связывающим поведение чёрных дыр и термодинамику в антик-де Ситтер пространстве. Его работы демонстрируют сложные связи между гравитацией, квантовой механикой и термодинамическими свойствами экстремальных космических объектов, что делает его важной фигурой в современной теории чёрных дыр.
10. Малкольм Перри
Национальность: британский физик
Работа: исследования квантовых свойств горизонта событий
Малкольм Перри является заметным теоретиком, работавшим над квантовой гравитацией в контексте чёрных дыр и их фундаментальных свойств. Его исследования включают изучение аспектов теории суперсимметрии и её связи с поведением чёрных дыр, что важно для будущих попыток создать единую теорию, объединяющую квантовые поля и гравитацию. Работа Перри помогает расширить представления о внутренней структуре и динамике чёрных дыр на самых фундаментальных уровнях физики.
11. Джеймс Хартл
Национальность: американский физик
Ключевые идеи: модель Хартла–Хоукинга «безградиентной Вселенной»
Джеймс Хартл известен своей совместной работой со Стивеном Хокингом над моделью «безградиентной Вселенной», которая объясняет начальное состояние космоса без сингулярности. Его исследования включают изучение квантовой природы чёрных дыр и связи с космологическими процессами. Хартл разработал подходы к пониманию того, как чёрные дыры взаимодействуют с вакуумными флуктуациями и как эти процессы могут влиять на эволюцию Вселенной. Его работы помогают объединять квантовые теории и гравитацию на фундаментальном уровне.
12. Игорь Новиков
Национальность: российский астрофизик
Ключевые работы: внутренняя структура чёрных дыр, космологические аспекты
Игорь Новиков внес значительный вклад в понимание внутренней структуры чёрных дыр и их влияния на развитие Вселенной. В 1960–1970-х годах он предложил теоретические модели, объясняющие поведение материи и энергии при гравитационном коллапсе. Его работы охватывают вопросы аккреционных процессов, вращения чёрных дыр и их влияния на окружающее пространство. Новиков также активно участвовал в популяризации астрофизики, объясняя сложные концепции доступным языком для широкой аудитории.
13. Брэндон Картер
Национальность: австралийский физик
Ключевые идеи: теорема о «no‑hair», структура вращающихся чёрных дыр
Брэндон Картер известен своей работой по теореме «no‑hair», которая утверждает, что чёрная дыра полностью описывается массой, зарядом и угловым моментом. Он исследовал вращающиеся и заряженные чёрные дыры, их геометрию и динамику аккреционных дисков. Картер внес значительный вклад в понимание стабильности и структуры горизонтов событий, а также в математическое описание сингулярностей. Его исследования стали фундаментальными для современной астрофизики чёрных дыр.
14. Морган МакЛеод
Национальность: американский астрофизик
Ключевые работы: коллапс сверхгигантов, прямое образование чёрных дыр
Морган МакЛеод известен наблюдениями и моделированием прямого коллапса массивных звёзд в чёрные дыры, минуя стадию сверхновой. Его исследования помогают понять, почему некоторые массивные звёзды не взрываются, а тихо исчезают, как это было с M31‑2014‑DS1 в Андромеде. Он использует сочетание компьютерного моделирования и анализа архивных данных телескопа NEOWISE для проверки теоретических предсказаний. Работы МакЛеода играют ключевую роль в оценке числа «невидимых» чёрных дыр в локальной Вселенной.
15. Кишалай Де
Национальность: индийско-американский астрофизик
Ключевое открытие: прямой коллапс супергиганта M31‑2014‑DS1
Кишалай Де возглавил команду, которая впервые зафиксировала непосредственный коллапс звезды в чёрную дыру в Андромеде. Используя архивные данные телескопа NEOWISE, он и его коллеги проследили яркое инфракрасное свечение звезды, которое продолжалось три года, прежде чем она исчезла. Это наблюдение подтвердило долгие теоретические предсказания о том, что массивные звёзды могут превращаться в чёрные дыры напрямую, без сверхновой. Работа Де демонстрирует, как анализ старых данных может приводить к революционным открытиям в астрофизике.