Gaia, який присвячений картографуванню галактики Чумацький Шлях, розташованої BH3 на відстані 2000 світлових років від Землі в сузір’ї Орла. Оскільки телескоп Gaia може визначити точне положення зірок на небі, астрономи змогли схарактеризувати їхні орбіти та виміряти масу невидимого супутника зірки — у 33 рази більшу за масу Сонця.

Подальші спостереження за допомогою наземних телескопів підтвердили, що це була чорна діра з масою, набагато більшою, ніж зоряні чорні діри, які вже є в Чумацькому Шляху.

«Ніхто не очікував знайти чорну діру великої маси, що ховається поблизу, досі не виявлену. Це те відкриття, яке ви робите один раз у своєму дослідницькому житті», — сказав Пануццо в прес-релізі.

Зоряну чорну діру було виявлено, коли вчені помітили «коливання» зірки-компаньйона, яка оберталася навколо неї.

«Ми могли побачити зірку, трохи меншу за Сонце (приблизно 75 відсотків його маси) і яскравішу, яка оберталася навколо невидимого компаньйона», — сказав Пануццо.

Зоряні чорні діри утворюються в результаті колапсу масивних зірок наприкінці їхнього життя і менші за надмасивні чорні діри, створення яких досі невідомо. Такі гіганти вже були виявлені у далеких галактиках за допомогою гравітаційних хвиль.

Але “ніколи в нашому”, сказав Пануццо.

BH3 є «сплячою» чорною дірою, яка знаходиться надто далеко від своєї зірки-компаньйона, щоб позбавити її матерії, тому не випромінює рентгенівських променів, що ускладнює її виявлення. Телескоп Gaia ідентифікував перші дві неактивні чорні діри (Gaia BH1 і Gaia BH2) у Чумацькому Шляху.

Gaia працює на відстані 1,5 мільйона кілометрів від Землі протягом останніх 10 років і у 2022 році представила 3D-карту положення та руху понад 1,8 мільярда зірок.

Це, за їхніми словами, може допомогти розв’язати суперечності між двома наразі непримиренними рамками для опису Всесвіту: загальною теорією відносності, яка описує поведінку гравітації як безперервного поля, відомого як простір-час; і квантова механіка, яка описує поведінку дискретних частинок за допомогою математики ймовірності.

Для єдиної теорії квантової гравітації, яку можна застосувати універсально, ці дві теорії, які не змішуються, повинні знайти спосіб якось уживатися. Ось тут і з’являються чорні діри – ймовірно, найдивніші, найекстремальніші об’єкти у Всесвіті. Ці масивні об’єкти настільки неймовірно щільні, що на певній відстані від центру мас чорної діри жодна швидкість у Всесвіті не є достатньою для втечі. Навіть не швидкість світла.

Ця відстань, яка змінюється залежно від маси чорної діри, називається горизонтом подій. Коли об’єкт перетинає межу, ми можемо лише уявити, що відбувається, оскільки ніщо не повертається з важливою інформацією про його долю. Але в 1974 році Стівен Хокінг припустив, що переривання квантових флуктуацій, викликане горизонтом подій, призводить до типу випромінювання, дуже схожого на теплове випромінювання.

Якщо це випромінювання Хокінга існує, воно надто слабке, щоб ми могли його виявити. Можливо, ми ніколи не виділимо його з шиплячої статики Всесвіту. Але ми можемо дослідити її властивості, створивши аналоги чорної діри в лабораторних умовах. Це робили раніше, але в листопаді 2022 року команда під керівництвом Лотте Мертенс з Амстердамського університету в Нідерландах спробувала щось нове.

Одновимірний ланцюжок атомів служив шляхом для «стрибків» електронів з однієї позиції в іншу. Налаштувавши легкість, з якою може відбуватися цей стрибок, фізики могли спричинити зникнення певних властивостей, фактично створюючи своєрідний горизонт подій, який перешкоджає хвилеподібній природі електронів.

Ефект цього фальшивого горизонту подій спричинив підвищення температури, яке відповідало теоретичним очікуванням еквівалентної системи чорних дір, сказала команда, але лише тоді, коли частина ланцюга виходила за горизонт подій.

Це може означати, що заплутаність частинок, які перетинають горизонт подій, відіграє важливу роль у створенні випромінювання Хокінга. Змодельоване випромінювання Хокінга було лише тепловим для певного діапазону амплітуд стрибків і в моделях, які починалися з імітації простору-часу, який вважався «плоским». Це свідчить про те, що випромінювання Хокінга може бути тепловим лише в ряді ситуацій, а також коли відбувається зміна викривлення простору-часу через силу тяжіння.

Незрозуміло, що це означає для квантової гравітації, але модель пропонує спосіб вивчити появу випромінювання Хокінга в середовищі, на яке не впливає дика динаміка формування чорної діри. І оскільки це дуже просто, його можна використовувати в широкому діапазоні експериментальних установок, кажуть дослідники.

«Це може відкрити місце для дослідження фундаментальних квантово-механічних аспектів поряд із гравітацією та викривленим простором-часом у різних середовищах конденсованої речовини», — пишуть дослідники. Джерело