Увидеть невидимое: как на самом деле могут выглядеть Черные дыры?


Москва, 13.07.2020, 20:27:04, редакция FTimes.ru, автор Дмитрий Новах.

Чёрной дырой принято считать место в космосе с такой сильной гравитацией, что даже объекты, движущиеся со скоростью света, не могут оказывать ей сопротивление. Это относится и к самим частицам света. Гравитационное притяжение такой силы возникает из-за сжатия материи в крошечное пространство.

Засасывающая тяга, которую создают черные дыры, безвозвратно поглощает все, что попадает под ее действие. Такое представление и знание о том, что на самом деле во вселенной существует множество разных черных дыр, обязательно вызовут вопрос: а может ли и Земля в какой-то момент тоже пострадать от такой напасти.

Что принято называть черной дырой

Ученые считают, что черная дыра — это область, находящаяся в пространстве и во времени, имеющая огромное гравитационное притяжение. Оно сильно до такой степени, что даже свет не может ее покинуть.

У черной дыры есть определенная граница, называемая горизонтом событий. Попав в него, ни один объект или излучение не могут вырваться за пределы этой области. Расстояние между этой границей и бесконечно плотным ядром принято называть радиусом Шварцшильда.

Ученые выдвинули теорию о том, что любая масса, спрессованная в сферу, радиус которой меньше или равен радиусу Шварцшильда, является черной дырой.

Черные дыры возникают как фениксы, они возрождаются из пепла погибших звезд. Достоверно известно, что в звездах происходят реакции термоядерного синтеза, сопровождающиеся выделением огромного количества энергии. Когда «жизнь» звезды подходит к концу, запасы водорода истощаются, превращаясь в гелий, который, в свою очередь, превращается в более тяжелые элементы. Этот процесс происходит вплоть до образования железа, чье слияние уже не дает достаточно энергии для поддержания внешних слоев звезды. Они начинают рушиться внутрь и взрываются. Этот взрыв принято называть вспышкой сверхновой. В теории, подобный взрыв может сжать массу вещества достаточно, чтобы ее радиус стал меньше или равен радиусу Шварцшильда, и она превратилась в черную дыру.

Смогут ли Черные дыры поглотить Вселенную

Смогут ли Черные дыры поглотить Вселенную?

Огромные, голодные и невидимые! Черные дыры представляются нам скрытыми чудовищами Вселенной, которые поглощают буквально все вокруг. Страшно оказаться рядом с таким объектом. Но могут ли черные дыры поглотить Вселенную и сделают ли это когда-нибудь?

Давайте разберемся в этом вопросе. Вселенная считается бесконечным пространством, поэтому, согласитесь, поглотить ее крайне сложно. Как минимум, мы нуждаемся в огромном количестве черных дыр. Сколько их?

Исследование галактик и математические подсчеты показывают, что в центре каждой галактики мы сможем найти по одной сверхмассивной черной дыре. В космическом пространстве можно отыскать 100-200 млрд. галактик (как минимум), а значит, столько существует и сверхмассивных чудовищ. Но это лишь сверхмассивный тип. Есть и обычные черные дыры, которых намного больше!

И их количество постоянно увеличивается. Чтобы создать черную дыру, понадобится смерть массивной звезды, столкновение нейтронных звезд или коллапс огромного количества газа или центральной галактической части. В теории, каждую секунду рождается новая черная дыра. Хорошо, значит этих невидимых угроз невероятное множество. Тогда почему наша Вселенная все еще цела?

Размер крупнейшей из известных черных дыр

Размер крупнейшей из известных черных дыр

Начнем с того, что черные дыры – не такие уж и чудовища. Да, их гравитация настолько сильна, что даже свет не способен убежать. Но это не значит, что перед нами гравитационный пылесос, который всосет в себя всю Вселенную.

У черных дыр есть предел влияния. Речь идет о горизонте событий. Если объект перейдет черту, то с ним покончено (поглотится, разорвется и т.д.). Но многие звезды, планеты и прочие космические тела окружают черные дыры и не приближаются на опасную дистанцию, оставляя черные дыры голодными.

Хорошо, но ведь черные дыры питаются, увеличиваются в массе и должны расширяться. А значит, возрастает их влияние. Так? Не совсем. Ученые в теории знают, что происходит расширение и увеличение массы и воздействия на материю вокруг, но этого не наблюдается на практике. И это странно, ведь черные дыры существуют давно и должны были поглотить столько материи, чтобы выйти за пределы собственной галактики. Почему этого не происходит?

Здесь можно вспомнить излучение Хокинга. Известный физик-теоретик считал, что на микроскопическом уровне материя все же вырывается из черной дыры, хотя поглощение все равно превышает количество высвободившегося вещества.

Интересной кажется теория физика-теоретика Леонарда Сасскинда. Он верил, что черные дыры расширяются, но внутрь, а не наружу. Мы просто не способны зафиксировать это расширение, поэтому черные дыры и не увеличиваются в размерах, которые мы могли бы наблюдать.

Выходит, что черные дыры (пусть даже сверхмассивные) все же не способны разорвать и поглотить все космическое пространство. Но ведь одна из теорий смерти Вселенной гласит, что на предфинальном этапе останутся только черные дыры. Да, но это не потому, что они поглотили все остальные объекты.

Дело в том, что у звезд есть собственный эволюционный путь, зависящий от конкретного типа. Некоторые станут коричневыми карликами, другие черными дырами и т.д. Новые звезды не будут рождаться, потому что закончится необходимый материал в виде газа и пыли. Так что будущая Вселенная будет представлять собою мрачное место со сталкивающимися и сливающимися черными дырами.

Но и они не будут вечными. Спустя 10^100 лет должна умереть последняя черная дыра. Здесь мы снова вернемся к теории излучения Хокинга. Высвобождение небольшого количества материи истощает черные дыры, поэтому они уменьшаются и испаряются (в теории). Сейчас это мелочи, потому что они поглощают больше, чем излучают. Но в будущем не станет звезд, пыли и газа для подпитки.

Так что ответ: нет, черные дыры не поглотят Вселенную. Но среди известных нам объектов, они станут последними свидетелями гибели космического пространства, уступив место фотонам и элементарным частичкам.

Что такое горизонт событий черной дыры

Горизонт событий принято считать «точкой невозврата» вокруг черной дыры. Он не является физической поверхностью, а только отмечает границу сферической области, скорость покидания которой равна скорости света. Радиус этой области и принято называть тем самым радиусом Шварцшильда.

Как только вещество оказывается внутри области, ограниченной горизонтом событий, оно начинает «падать» к центру черной дыры. Сильнейшая гравитация сжимает вещество в точку, которая ничтожно мала и обладает бесконечной плотностью. Существует предположение, что известные людям законы физики могут не работать в этой точке.

В соседней галактике черная дыра поглощает звезду

Астрофизик Джемма Андерсон (Gemma Anderson) и ее коллеги из Кюртинского университета (Австралия) обнаружили в близлежащей к нам галактике сверхмассивную черную дыру, поглощающую звезду. Как сообщает исследователь, нагрузки, испытываемые звездой, настолько велики, что она буквально распадается на части. Об открытии рассказывает eScienceNews.

Профессор Андерсон рассказывает, что это нетипичное открытие — не каждый день удается наблюдать массивную черную дыру, находящуюся в центре галактики в момент, когда она поглощает звезду. Подобных фактов за всю историю наблюдений насчитывается всего около двадцати. Вся известная ученым теория черных дыр предсказывает, что в подобных ситуациях должны регистрироваться мощные потоки излучения. Но они наблюдались только в немногих очень мощных системах.

Исследователи впервые смогли увидеть воочию диск материала, проваливающийся в черную дыру, который известен как аккреационный диск, а также зафиксировать поток излучения, испускаемый в подобных системах.

Астрофизик Джеймс Миллер-Джонс (James Miller-Jones) из Международного центра радиоастрономии (ICRAR) (Австралия) объясняет, что мощность одного выброса этого излучения сопоставима с мощностью энергии, вырабатываемой звездой типа Солнца за 10 млн лет.

Исследователь рассказывает, что, скорей всего, подобное излучение испускают все массивные черные дыры в момент поглощения других звезд. Однако это открытие состоялось благодаря тому, что наблюдаемый объект находился на расстоянии в 300 млн световых лет, что по космическим масштабам не так уж и много.

Впервые эта черная дыра была обнаружена командой исследователей из университета имени Джона Хопкинса (США). Группа Миллер-Джонса подсказала коллегам, в какой момент и с какой именно чувствительностью следует наблюдать объект, чтобы зафиксировать поток интересующего ученых излучения.

«Пожирателя» звезд удалось впервые разглядеть в ходе работы по проекту по поиску сверхновых звезд All-sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Наблюдения были продолжены с применением радиотелескопа Arcminute Microkelvin Imager (AMI), расположенного в Кембридже.

Ученые надеются, что в будущем, с появлением более мощных телескопов, таких объектов будет обнаружено больше, следовательно, и фонд наших знаний о черных дырах обогатится.

К слову, ранее портал Научная Россия рассказывал о ходе работ по строительству телескопа Джеймса Уэбба, который должен заменить Хаббл.

Астрономы обнаружили радиосигналы от черной дыры, поглощающей звезду

  • Всего0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0

Основываясь на теоретических моделях эволюции черных дыр и наблюдениях далеких галактик, астрономы имеют общее понимание того, что происходит во время так называемого события приливного разрушения: когда звезда проходит близко к черной дыре, гравитация черной дыры генерирует приливные силы на звезде, подобно тому, как Луна возбуждает приливы на Земле.

Гравитационные силы черной дыры настолько огромны, что они могут разрушить звезду, растягивая и сплющивая ее, и в конечном итоге разрывают звезду на части. В результате остатки звезды попадают в аккреционный диск – вихрь космического материала, который в конце концов попадает в черную дыру.

Весь этот процесс генерирует колоссальные всплески энергии по электромагнитному спектру.

Астрономы наблюдали эти всплески в оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских полосах, а также иногда в радиоволнах.

Источник рентгеновских излучений считается ультрахолодным материалом в самых внутренних областях аккреционного диска, которые вот-вот упадут в черную дыру. Оптические и ультрафиолетовые излучения, вероятно, возникают из материала, оставшегося на диске, который в конечном итоге будет втянут в черную дыру.

Тем не менее, вопрос о том, что вызывает радиоизлучение, до сих пор обсуждается.

«Мы знаем, что радиоволны исходят от высоко энергетеческих электронов, движущихся в магнитном поле, – это хорошо налаженный процесс, – сказал исследователь Массачусетского технологического института д-р Дерай Пашам.

«Были дебаты, откуда берутся эти электроны высокой энергии?»

11 ноября 2014 года автоматизированная съемка сверхновых (ASASSN) обнаружила вспышку от приливного распада в центре PGC 43234, галактике, которая находиться на расстоянии примерно 290 миллионов световых лет. Вскоре после открытия несколько электромагнитных телескопов сосредоточились на событии, получившем название ASASSN-14li.

Д-р Пашем и его коллега, д-р Сиерт Ван Вельцен из Университета Джона Хопкинса и Нью-Йоркского университета, просмотрели данные, записанные в ASASSN-14li.

Они изучили скомпилированные радиоданные и обнаружили явное сходство с шаблонами, которые они ранее наблюдали в рентгеновских данных о событии.

Когда они расположили радиоданные поверх рентгеновских данных и переместили их вокруг, чтобы сравнить их сходства, они обнаружили, что наборы данных были наиболее похожи, с 90% сходства, когда были сдвинуты на 13 дней. То есть те же флуктуации в рентгеновском спектре появились через 13 дней в радиодиапазоне.

Смотрите также

Астрономия

Девятая планета или черная дыра?

11.07.2020

Астрофизика

Умирающие звезды рождают новую жизнь

6.07.2020

” Единственный способ, которым может произойти соединение, – это если есть физический процесс, который каким-то образом связывает поток аккреции, производящий рентгеновские лучи, с радиопроизводящим регионом”,-сказал д-р Пашам.

Исходя из этих же данных, группа подсчитала, что размер рентгеновской излучающей области примерно в 25 раз превышает размер Солнца, в то время как радиоизлучающая область примерно в 400 000 раз превышает радиус солнца.

“Это не совпадение, то что это происходит. Очевидно, что существует причинная связь между этим небольшим регионом, производящим рентгеновские лучи, и большим регионом, производящим радиоволны”, – отметил д-р Пашам.

Авторы предполагают, что радиоволны создавались струей частиц высоких энергий, которая начала вытекать из черной дыры ASASSN-14li вскоре после того, как черная дыра начала поглощать материал из взорвавшейся звезды.

Поскольку область струи, в которой эти радиоволны впервые были сформированы, была невероятно плотной (плотно заполненной электронами), большинство радиоволн были немедленно поглощены другими электронами.

Только когда электроны двигались вниз по течению от струи, радиоволны могли ускользнуть от них – производя сигнал, который команда в конечном итоге обнаружила.

«Таким образом, сила струи должна контролироваться скоростью аккреции или скоростью, с которой черная дыра поглощает рентгеновские излучающие звездные остатки», – говорят ученые.

В конечном счете, результаты могут помочь астрономам лучше охарактеризовать физику поведения струи – существенный ингредиент в моделировании эволюции галактик.

«Считается, что галактики растут, производя новые звезды, процесс, который требует очень низких температур», – сказал доктор Пашам.

“Когда черная дыра испускает струю частиц, она, по сути, нагревает окружающую галактику, временно останавливая звездное производство. Наше новое представление о возникновении струй и аккреции черных дыр может помочь упростить модели эволюции галактики».

“Если скорость, с которой черная дыра поглощает вещество, пропорциональна скорости, с которой она откачивает энергию, и если это действительно работает для каждой черной дыры, это простой рецепт, который вы можете использовать в моделировании эволюции галактики».

Больше информации: Dheeraj R. Pasham & Sjoert van Velzen. 2020. Discovery of a Time Lag between the Soft X-Ray and Radio Emission of the Tidal Disruption Flare ASASSN-14li: Evidence for Linear Disk–Jet Coupling. ApJ 856, 1; doi: 10.3847/1538-4357/aab361

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

0 0 голос

Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: