Из черноты черных дыр: что скрывают гравитационные волны

Что такое черная дыра и как она образуется

Чёрная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом.

По современным представлениям, есть четыре сценария образования чёрной дыры:

  • Гравитационный коллапс (катастрофическое сжатие) достаточно массивной звезды на конечном этапе её эволюции.
  • Коллапс центральной части галактики или галактического газа. Современные представления помещают огромную чёрную дыру в центр многих, если не всех, спиральных и эллиптических галактик. Например в центре нашей Галактики находится чёрная дыра Стрелец A* массой, вокруг которой вращается меньшая чёрная дыра.
  • Формирование чёрных дыр в момент Большого Взрыва в результате флуктуаций гравитационного поля и/или материи. Такие чёрные дыры называются первичными.
  • Возникновение чёрных дыр в ядерных реакциях высоких энергий — квантовые чёрные дыры.

Динамическое моделирование[ | ]

В случае далёких друг от друга чёрных дыр можно использовать простые алгебраические модели в течение стадии движения по спирали.

Для стадии движения по спирали также используются постньютоновские приближения. Они позволяют получить приближённые значения уравнений теории относительности с помощью добавления дополнительных слагаемых к формулам ньютоновской гравитации. Порядки, используемые в таких вычислениях, можно обозначить 2PN (постньютоновское приближение второго порядка) 2,5PN или 3PN (постньютоновское приближение третьего порядка). Существует также приближение (англ. effective-one-body), в котором уравнения сводятся к уравнениям относительно одного объекта. Такой вариант особенно полезен в случае большого отношения массы, как при слиянии чёрной дыры звёздной массы с чёрной дырой в ядре галактики, но также может применяться и в случае равных масс.

На финальной стадии можно использовать теорию возмущений чёрных дыр. Итоговая керровская чёрная дыра деформирована, спектр, создаваемый чёрной дырой, можно рассчитать.

Для моделирования полной эволюции системы, включая слияние, требуется решение полных уравнений общей теории относительности. Это можно сделать методами численной относительности. Численная относительность моделирует изменения в пространстве-времени. При вычислениях важно исследовать детали близко к чёрным дырам, в некоторых случаях разрешения хватает для определения гравитационного излучения, простирающегося на бесконечность. Для того, чтобы вычисления можно было провести за разумное время, используют особые системы координат, такие как координаты Бойера-Линдквиста или координаты «рыбий глаз».

Методы численной относительности были существенно улучшены с момента первых попыток в 1960-х и 1970-х годах[23][24]. Моделирование обращения чёрных дыр на длительном интервале времени не представлялось возможным до тех пор, пока три группы исследователей независимо не разработали новые методы моделирования движения по спирали, слияния и финального этапа эволюции чёрных дыр[2][3][4] в 2005 году.

При полном моделировании слияния можно использовать совместно несколько указанных методов. В этом случае важно совместить отдельные участки моделей, разработанные по разным алгоритмам. The Lazarus Project связывает части пространственной гиперповерхности во время слияния[25].

Результаты вычислений могут включать энергию связывания. При устойчивой орбите энергия связывания представляет локальный минимум относительно возмущения параметров. На наиболее внутренней устойчивой орбите локальный минимум превращается в точку перегиба.

Создаваемый гравитационный волновой фронт важен для предсказания наблюдений и подтверждения явления. При движении по спирали, когда чёрные дыры достигают области сильного гравитационного поля, волны рассеиваются в области и создают постньютоновский «хвост»[25].

На финальной стадии керровской чёрной дыры увлечение инерциальной системы отсчёта создаёт гравитационные волны. Шварцшильдовская чёрная дыра на финальной стадии наблюдается в виде рассеянных волн, но не обладает прямыми волнами[25].

Силу реакции излучения можно вычислить при суммировании Паде потока гравитационных волн. Оценка излучения может быть произведена методом Коши, дающим близкую оценку потока излучения на бесконечности, без необходимости проводить вычисления на больших и больших расстояниях.

Итоговая масса результирующей чёрной дыры зависит от определения массы в общей теории относительности. Масса Бонди MB вычисляется по формуле Бонди-Саха потери массы. d M B d U = − f ( U ) {\displaystyle {\frac {dM_{B}}{dU}}=-f(U)} . Здесь f(U) является потоком гравитационных волн в момент времени U. f является интегралом по поверхности функции News. Энергия или масса Арновитта — Дезера — Мизнера представляет собой массу при измерении с бесконечного расстояния и учитывает всю излучённую энергию гравитационных волн. M A D M = M B ( U ) + ∫ − ∞ U F ( V ) d V {\displaystyle M_{ADM}=M_{B}(U)+\int _{-\infty }^{U}F(V)dV} .

При излучении гравитационных волн также теряется угловой момент. В основном потеря происходит вдоль оси z[26].

Свойства черных дыр

У черных дыр очень интересные свойства. После коллапса звезды в черную дыру ее свойства будут зависеть только от двух параметров: массы и углового момента вращения. То есть, черные дыры представляют собой универсальные объекты, то есть, их свойства не зависят от свойств вещества, из которого они образованы.

При любом химическом составе вещества исходной звезды свойства черной дыры будут одними и теми же. То есть, черные дыры подчиняются только законам теории гравитации — и никаким иным.

Одно из самых любопытных свойств черных дыр заключается в следующем: предположим, вы наблюдаете процесс, в котором участвует черная дыра. Например, можно рассмотреть процесс столкновения двух черных дыр. В результате из двух черных дыр образуется одна более массивная.

Этот процесс может сопровождаться излучением гравитационных волн, и уже построены детекторы с целью их обнаружения и измерения. Процесс этот теоретически просчитать весьма непросто, для этого нужно решить сложную систему дифференциальных уравнений. Однако имеются и простые теоретические результаты.

Площадь сферы Шварцшильда получившейся черной дыры всегда больше суммы площадей поверхностей двух исходных черных дыр. То есть, при слиянии черных дыр площадь их поверхности растет быстрее массы. Это так называемая «теорема площадей», она была доказана Стивеном Хокингом (Steven Hawking) в 1970 году.

Спиральное слияние сверхмассивных черных дыр

Спиральное слияние сверхмассивных черных дыр

Новая модель приближает ученых к пониманию разновидности световых сигналов, создаваемых, когда две сверхмассивные черные дыры (в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца) двигаются по спирали к столкновению. Впервые компьютерное моделирование, включающее физические эффекты общей теории относительности Эйнштейна, показывает, что газ в подобных системах будет светиться преимущественно в УФ и рентгеновском свете.

Почти каждая галактика с параметрами Млечного Пути вмещает черную дыру в центре. Наблюдения показывают, что галактические слияния происходят часто, но до сих пор никому не удавалось увидеть процесс столкновения гигантских черных дыр. Однако ученые сумели заметить слияние черных дыр звездной массы (от трех к нескольким десяткам солнечных) с помощью LIGO. В конкретном случае создавались гравитационные волны – рябь в пространстве и времени, движущаяся на скорости света.

Газ ярко сияет в компьютерном моделировании сверхмассивных черных дыр с 40 орбитами от слияния. Подобные модели помогут определить реальные примеры таких двойных систем

Слияния для сверхмассивных черных дыр будет сложнее определить. Дело в том, что Земля сама является слишком шумным местом. Она сотрясается от сейсмических колебаний и гравитационных изменений от атмосферных возмущений. Поэтому детекторы должны находиться в космосе, как планируют с LISA в 2030-х гг.

Важно заметить, что сверхмассивные двойные системы будут отличаться от своих меньших товарищей богатой газом средой. Ученые подозревают, что взрыв сверхновой, формирующий черную дыру, также выдувает большую часть окружающего газа. Черная дыра настолько быстро поглощается остатки, что при слиянии ничего не остается для «обеда» и не происходит светового сигнала.

Но не будем забывать, что слияние сверхмассивных черных дыр происходит на фоне галактического слияния, а значит присутствует сопровождение из облаков газа и пыли, звезд и планет. Скорее всего, галактическое столкновение продвигает большую часть этого материала ближе к черным дырам, которые продолжают подкармливаться. По мере приближения магнитные и гравитационные силы нагревают оставшийся газ, а астрономы могут зафиксировать сигналы.

Новая симуляция показывает три орбиты пары сверхмассивных черных дыр в 40 орбитах от слияния. Видно, что на этой стадии процесса свет излучается только в УФ-свете с использованием некоторых высокоэнергетических рентгеновских лучей.

Это 360-градусное видение отправляет нас в центр двух вращающихся сверхмассивных черных дыр на удаленности в 30 млн. км друг от друга с орбитальным периодом в 46 минут. Видно, как черные дыры искажают звездный фон и улавливают свет. Отличительная особенность – фотонное кольцо. Вся система будет обладать 1 млн. солнечных масс

Три области излучающего свет газа накаляются при слиянии черных дыр. Это формирует крупное кольцо вокруг системы, а также два меньших кольца вокруг каждой из них. Все эти объекты излучают преимущественно УФ-лучи. Когда газ течет в мини-диск на высокой скорости, УФ-свет диска контактирует с каждой короной черных дыр (область высокоэнергетических субатомных частиц выше и ниже диска). Когда скорость аккреции ниже, УФ-свет тускнеет относительно рентгеновского излучения.

Основываясь на моделировании, ученые ожидают, что рентгеновские лучи, созданные «почти слиянием», будут ярче, чем в одиночных сверхмассивных черных дырах. Для моделирования использовали суперкомпьютер Blue Waters в течение 46 дней на 9600 вычислительных ядрах. Исходное моделирование оценивает температуру газа. Команда планирует уточнить код для моделирования того, как изменяются параметры системы, вроде температуры, расстояния, общей массы и скорости аккреции. Ученым интересно понять, что происходит с газом, путешествующим между двумя черными дырами.

Слияние черных дыр

Объединение (слияние) двух черных дыр – одно из самых странных и загадочных процессов, которые должны происходить во Вселенной и которые современная астрономия жаждет увидеть непосредственно в реальности. Астрономы ранее высказывали предположение, что при столкновении галактик черные дыры, находящиеся в их центрах, могут сливаться. Компьютерные модели подтверждают, что такие колоссальные события действительно происходят.

Некоторые галактики выбрасывают потоки энергии в двух противоположных направлениях вдоль оси вращения. Предполагается, что эти потоки возникают под воздействием черных дыр, которые нельзя увидеть непосредственно. Исследуя галактики с помощью радиотелескопа, ученые обнаружили, что у 7% галактик наблюдается внезапный сдвиг в направлении энергетических потоков. Изменение направления потоков свидетельствует о нарушении равновесия в галактической системе.

Ученые пока не могут объяснить, что притягивает черные дыры друг к другу после того, как они лишаются своего окружения. Но когда расстояние между ними уменьшается до размера солнечной системы, черные дыры начинают испускать энергию в виде гравитационных волн. Затем они начинают неуклонно скользить навстречу, все быстрее и быстрее закручиваясь в спираль. Финальное слияние вызывает сильнейший выброс гравитационной энергии.

Исследование галактик, испускающих гравитационные потоки, позволяет предположить, что подобные гигантские столкновения происходят в окружающей нас вселенной примерно раз в год.

К чему приводит столкновение трех черных дыр: космическая аномалия

Новое открытие свидетельствует о том, что все три черные дыры также являются активными ядрами галактик, поглощающими материал и в процессе излучающими яркий свет. Это открытие может помочь решить давнюю проблему астрофизики о слияниях черных дыр.

С помощью нескольких мощных телескопов ученым удалось отыскать в глубинах космоса три черные дыры, окутанные ореолом невероятного по своим масштабам события — слияния не двух, а сразу трех галактик. Райан Пфайфл из Университета Джорджа Мейсона в Фэрфаксе, рассказал в интервью The Astrophysical Journal, что его команда и вовсе не ожидала найти нечто подобное. «На сегодняшний день это самое убедительное доказательство существования системы, включающей в себя сразу три черные дыры», отметил он.

Подобные системы обычно невероятно сложно обнаружить потому, что в окрестностях слияния сверхмассивных дыр происходит слишком много событий. Их окутывает огромное облако газа и пыли, а потому наблюдатели с Земли попросту не могут разглядеть за ним происходящее. Вот почему для исследования привлекли сразу несколько телескопов, работающих в разных диапазонах ЭМ-спектра.

Ученые уверены, что, хоть подобные кластеры и встречаются редко, их существование — это результат закономерной эволюции галактик. Кроме того, это явление может пролить свет на так называемую проблему финального парсека. Она заключается в том, что при столкновении двух галактик сверхмассивные черные дыры в центре каждой из них не врежутся друг в друга, но облетят преграду, если только некие сторонние воздействия не направят их. Это воздействие — механизм динамического трения, когда при сближении на дистанцию всего в несколько парсеков черные дыры формируют сдвоенную систему — и до сих пор никто толком не понимает, почему. В теории, чрезмерная энергия их орбиты должна препятствовать слиянию, но на практике этого не происходит.

Команда, проводящая исследование, считает, что третья черная дыра — это ключ. Именно она может обеспечивать импульс, необходимый для слияния и преодоления того самого «последнего парсека». Согласно компьютерному моделированию, около 16% пар сверхмассивных черных дыр в сталкивающихся галактиках будут взаимодействовать с третьей сверхмассивной черной дырой, прежде чем они сольются.

Эти слияния породят гравитационные волны, но проблема в том, что эти волны будут слишком низкочастотными, чтобы их могли обнаружить LIGO или обсерватория VIRGO. Так что с помощью современных детекторов засечь их вряд ли удастся — но это лишь вопрос времени.

Теория, расчеты Эйнштейна

Рассмотрим всемирную теорию тяготения Ньютона. Силу гравитационного притяжения мы испытываем прямо здесь, на поверхности Земли. Если подбросить камень, он упадет под действием земного притяжения. А можно ли подбросить камень с такой скоростью, чтобы он на Землю не вернулся? Можно. Если запустить камень со скоростью выше второй космической скорости (около 11 км/с), он покинет гравитационное поле Земли.

Эта «скорость выхода» зависит от массы и радиуса земного шара. Если бы Земля при ее нынешнем радиусе была массивнее или имела бы меньший радиус при ее нынешней массе, скорость выхода была бы выше.

Возникает вопрос: что будет, если плотность и масса космического тела настолько велики, что скорость выхода из его гравитационного поля выше скорости света?

Ответ: такое тело будет представляться внешнему наблюдателю абсолютно черным, поскольку свет его покинуть не может. Например, звезда с радиусом меньше, чем

где GN — постоянная Ньютона, а с — скорость света в вакууме, будет выглядеть абсолютно черной.

Другими словами, чтобы тело, масса которого равна массе Земли, превратилось в черную дыру, оно должно иметь радиус меньше сантиметра. Тело с массой Солнца должно сжаться до диаметра меньше километра. На это еще в конце XVIII века указал Пьер-Симон Лаплас, но тогда никто не придал этому особого значения.

С появлением в 1905 году специальной теории относительности появилось понимание того факта, что скорость света в вакууме — не рядовая скорость. Это космический предел: ничто не может двигаться быстрее света. Теория относительности Эйнштейна также учит нас, что пространство и время тесно взаимосвязаны.

Для наблюдателей, движущихся друг относительно друга, время течет с разной скоростью. Предположим, вы стоите на улице и смотрите на проезжающие машины. Для водителей машин время течет чуть медленнее, чем для вас, и несколько иначе. Предположим, вы видите, как два светофора в разных концах улицы одновременно переключаются на красный. Для водителей же они переключатся не одновременно.

Это получается после того, как мы учтем время, которое требуется свету, чтобы пройти расстояние от светофора до наблюдателей. И для вас, и для водителей свет движется с одинаковой скоростью, но время для них течет медленнее.

То есть, время относительно, а скорость света абсолютна. Это противоречит нашим интуитивным представлениям о мире, так как эффект этот на нас практически не сказывается, поскольку мы обычно путешествуем на скоростях, которые очень далеки от скорости света, а время измеряем не с абсолютной точностью. Однако в ускорителях элементарных частиц этот эффект наблюдается постоянно. При скоростях, близких к скорости света, частицы живут значительно дольше.

Пространство и время объединяются в единую концепцию пространства-времени. Время воспринимается по-разному двумя наблюдателями, движущимися друг относительно друга. Однако оба наблюдателя воспринимают одно и то же пространство-время. Имеются точные формулы, позволяющие нам связать наблюдения этих двух наблюдателей.

Возвращаясь к гравитации, необходимо отметить ее важное свойство, которое открыл еще Галилей: все тела падают одинаково, если не учитывать сопротивление воздуха. В безвоздушном пространстве пушинка и камень упадут на землю одновременно. В случае действия других сил это не так.

В электрическом поле заряженная частица будет двигаться иначе в случае изменения ее массы или заряда. В теории всемирного тяготения Ньютона причина, по которой все тела движутся под воздействием гравитационных сил одинаково, сводится к тому, что сила гравитационного притяжения пропорциональна массе тела. Иногда это называют «принципом эквивалентности».

Эйнштейн осознал, что теория Ньютона противоречит теории относительности, поскольку согласно ньютоновской теории гравитационное взаимодействие между телами передается мгновенно. В 1915 году Эйнштейн решил эту проблему таким образом, что из этого решения естественным путем вытекает и принцип эквивалентности. Свою новую концепцию Эйнштейн назвал общей теорией относительности.

Он предположил, что гравитация возникает вследствие искривления пространства-времени. В искривленном пространстве-времени частицы движутся по кратчайшим траекториям. Изначально параллельные линии таких траекторий в искривленном пространстве-времени могут сближаться. Например, два земных меридиана на пересечении с экватором параллельны, однако по мере удаления от него они сближаются и, в конечном итоге, пересекаются в точке Северного полюса.

Конфигурация пространства-времени зависит от материи, перемещающейся в нем. Общая теория относительности подразумевает, что темп времени зависит от гравитационного поля. Следовательно, два жильца одного дома, обитающие на первом и последнем этажах, воспринимают ход времени по-разному.

Для обитателя первого этажа время течет чуть медленнее, чем для обитателя верхнего этажа. Для земных зданий этот эффект пренебрежимо мал и составляет порядка 10–15 секунды за секунду. Главное это то, что массивные тела стягивают пространство-время на себя. В частности, вблизи массивных объектов время течет медленнее, чем на удалении от них.

Физики всегда стремятся сначала разобрать простейшие ситуации. Поэтому в 1916 году, вскоре после открытия общей теории относительности, молодой немецкий физик Карл Шварцшильд нашел простейшее сферически симметричное решение уравнений Эйнштейна. Это решения описывает частный случай искривления геометрии пространства-времени под воздействием точечной массы. Однако, вместо геометрии, давайте обратим внимание на другой их аспект: темп хода стационарных часов.

Часы на поверхности Солнца идут на одну миллионную медленнее, чем удаленные от Солнца часы. Часы на поверхности нейтронной звезды идут со скоростью 70% от скорости часов вдали от нее. Здесь налицо уже весьма значительный эффект расхождения во времени. Так вот, решение Шварцшильда подразумевает, что часы в «центре» точечной массы вообще остановились бы.

Поначалу физики сочли это «не физическим» парадоксом, следствием слишком упрощенного анализа. Дальнейшие расчеты показали, однако, что речь в решении Шварцшильда идет даже не о некоем условном «центре», а о целой идеальной сфере. Путешественник, пересекающий границы этой сферы и попадающий внутрь нее, не испытывает ничего странного или необычного — для него время течет по-прежнему.

А вот для сторонних наблюдателей за пределами этой сферы, принимающих сигналы от падающего внутрь сферы путешественника, любые сигналы от него будут неуклонно замедляться, пока не исчезнут, как таковые, при пересечении им поверхности сферы. Поверхность, на которой стационарные часы замедляются до нуля, принято называть сферой Шварцшильда или «горизонтом». Возврата из-за горизонта нет.

Наблюдатель, пересекший его и попавший внутрь сферы, обратно не выберется и будет неизбежно поглощен сингулярностью в ее — это область сверхвысокого искривления пространства-времени, и путешественник в ней попросту исчезнет и будет раздавлен огромной гравитационной силой. Выясняется, что размер черной дыры согласно теории Эйнштейна описывается все той же формулой, предложенной еще Лапласом в рамках механики Ньютона, однако ее физическая интерпретация в корне меняется.

Обнаружение черной дыры

Проблем в исследовании и наблюдении за черными дырами довольно много, однако главная трудность состоит в их обнаружении. Свет не может преодолеть их гравитацию, а это значит, что объект с такой колоссальной массой остается невидим! Так что даже если бы самый мощный телескоп современности — «Хаббл» — «увидел» сверх массивную черную дыру, понять, что она действительно там есть, сможет только астрофизик. Как правило, черные дыры обнаруживают себя через искажение орбит звезд, расположенных вокруг.

Также они имеют рентгеновское и гамма-излучение (это происходит из-за потоков водорода, самого распространенного вещества в нашей Вселенной), которые, прежде чем исчезнуть в черных дырах, нагреваются до температуры в несколько миллионов градусов. Еще один способ — узнать массу, а затем объем объекта и сравнить его с гравитационным радиусом. Этот метод считается единственным достоверным. Узнать, является ли объект черной дырой, помогает ученым и соотношение его массы и светимости, скорость волновых источников и скорость вращения газа.

Отдача при слиянии чёрных дыр[ | ]

При слиянии чёрных дыр может возникнуть неожиданный результат, в котором гравитационные волны уносят угловой момент, а сливающаяся пара чёрных дыр ускоряется так, что как будто нарушает третий закон Ньютона. Центр притяжения может обладать скоростью выброса 1000 км/с[28]. Наибольшие добавки скорости (до 5000 км/с) возникают при равных массах и равных величинах спина двойных чёрных дыр, когда направления спинов противонаправлены, параллельны орбитальной плоскости или почти параллельны орбитальному угловому моменту[29]. Этого может быть достаточно для того, чтобы покинуть крупную галактику. При более вероятных ориентациях происходит меньший эффект, добавляется только несколько сотен км/с. При таких скоростях сливающиеся двойные чёрные дыры могут выбрасываться из ядер шаровых скоплений. При этом снижаются шансы последующих слияний и вероятность обнаружения гравитационных волн. Для невращающихся чёрных дыр максимальная добавка скорости составляет 175 км/с при соотношении масс от 5 до 1. При сонаправленности спинов в орбитальной плоскости при двух одинаковых чёрных дырах возможна добавка скорости 5000 км/с[30]. Параметры, которые могут представлять интерес, включают точку слияния чёрных дыр, отношение масс, при котором возникает максимальная добавка скорости, и то, какая доля энергии уносится гравитационными волнами. При лобовом столкновении эта доля составляет 0,002 или 0,2 %[31]. Одним из наиболее вероятных кандидатов в объекты — результат слияния чёрных дыр является сверхмассивная чёрная дыра CXO J101527.2+625911[32].

Применение черных дыр

Учеными доказано, что не исключена возможность в будущем использовать черные дыры как источник энергии. Излучают они так называемое «излучение Хокинга», при котором теряется энергия, и, с течением времени вследствие этого и массу. Для черных дыр больших размеров излучаемое количество энергии является меньшим, но, маленькие черные дыры смогут за достаточно короткий промежуток времени превращать свою массу в большое, и даже, можно сказать, большое количество энергии.

Ученые Свон Вестморланд и Луи Крэйн попытались выяснить, что необходимо для создания искусственной маленькой черной дыры, для того чтобы получить возможность использовать ее энергию. Они выдвинули предположение, что существует т.н. «золотая середина» для создания искусственных дыр, которые будут очень маленькими для возможности создавать большое количество энергии, и в то же время настолько большими, для того чтобы они не смогли отдать всю свою энергию сразу. Исходя из расчетов ученых, масса идеальной искусственной дыры должна составлять примерно миллион метрических тонн, при размерах равных примерно 0,001 протону.

Одной из самых интересных тем в современной научной фантастике является концепт использования черных дыр в качестве порталов в другую вселенную, время или измерение. Многие астрофизики утверждают, что в настоящих условиях такое попросту невозможно. Однако группа исследователей из Университета штата Массачусетс в Дортмунде (США) считает, что эта фантазия на самом деле не так уж и далека от реальности.

Заключение

Из вышесказанного в проекте «Черные дыры и как они образуются» можно сделать вывод о том, что черная дыра — это тот объект Вселенной, который окончательно еще не изучен. Черные дыры, несомненно, самые загадочные объекты в космосе. Их причудливые свойства могут бросить вызов законам физики Вселенной и даже природе существующей действительности.

В рамках этой исследовательской работы (проекта) на тему «Черные дыры и как они образуются» я поняла, что черные дыры образуются из ядер супер массивных звезд, которые можно охарактеризовать как область пространства, где огромная масса сосредоточена в пустоте, и ничего, даже свет не может там избежать гравитационного притяжения. Эта та область пространства, где вторая космическая скорость превышает скорость света. И чем массивнее объект движения, тем быстрее он должен двигаться, чтобы избавиться от силы своей тяжести.

«Распространенный миф о черных дырах говорит, о том, что они всасывают всю материю вокруг себя» — говорилось в ведении данной работы. Но, это не так. Они будут всасывать материю, которая находится на определенном расстоянии, а в остальном они действуют не иначе, чем массивные звезды.

В центре слияния двух галактик астрономы нашли следы пиршества сверхмассивной черной дыры

На днях стало известно о том, что объединенная команда астрономов из Финляндии и Испании обнаружила признаки процесса поглощения звезды сверхмассивной черной дырой. На месте происшествия ученые зафиксировали выброшенные с очень высокой скоростью джеты плазмы, которые более известны в среде астрономов как релятивистские струи. Собственно, «известными» их можно назвать с натяжкой, поскольку существование таких струй было предсказано теоретически, но доказательств практически не было. Ученые лишь проводили компьютерное моделирование этого явления и примерно представляли себе, как все может выглядеть. Теперь все эти данные пригодились, поскольку астрономы смогли обнаружить место поглощения звезды черной дырой как раз благодаря джетам. Специалисты пока не утверждают, что это именно релятивистские струи со стопроцентной вероятностью, но скорее всего, так и есть.

«Ранее нам никогда еще не приходилось наблюдать образование и эволюцию джета, образующегося в подобной ситуации», — заявил Мигель Перес-Торрес, руководитель исследовательской группы. Вспышку ученые обнаружили не сейчас, а еще в 2005 году. В течение десяти лет астрономы наблюдали за эволюцией обнаруженного феномена. Интересно, что в 2005 специалисты пришли к выводу, что наблюдают сверхновую, поскольку вспышка была похожа на то, что происходит в случае взрыва сверхновой: резкое, очень быстрое увеличение яркости и выброс просто гигантского объема энергии. Такие вспышки обычно не связаны с черными дырами, их причина — внутренние процессы эволюции звезд. Тем не менее, при последующих наблюдениях астрономы убедились в том, что это не сверхновая, а причина увеличения яркости в чем-то другом.

Объект, за которым наблюдали ученые, получил название Arp 299. Фактически, это две галактики, IC 694 и NGC 3690, которые сливаются друг с другом. Такого рода объединение приводит к дестабилизации обширных звездных регионов. Часть звезд уходит с привычных траекторий движения, часто возникают столкновения, активно выделяется пыль и газ. А поскольку масштабы столкновения галактические, то и объемы выбрасываемых объектами пыли и газа просто огромные.

В пылегазовых облаках объекта Arp 299 начались процессы звездообразования, что также зафиксировали ученые.

Некоторые звезды попадаются в ловушку, проходя поблизости от галактических центров, где находятся крупнейшие черные дыры. Последние поглощают светила, которые и выпускают джеты. Часть их — видимый свет, но все же астрономы пока неспособны его уловить, поскольку струи очень далеко и свет не доходит или почти не доходит до нас. Интенсивность видимого излучения, которое все же добирается до Земли — весьма слабое. Поэтому наблюдение проводится в инфракрасном диапазоне.

Так вот, используя инфракрасные и радиотелескопы, ученые наблюдали за звездой, масса которой в несколько раз превышает солнечную. Она оказалась в опасной близости к одному из двух галактических центров со сверхмассивной черной дырой. По мнению ученых, масса этого объекта в 20 млн раз превышает массу Солнца.

Естественно, гравитация черной дыры не оставила звезде ни одного шанса — она была просто разорвана. Причем астрономам посчастливилось наблюдать за редким явлением — выбросом джета. В этом случае не вся материя звезды попала за границы горизонта событий — часть материи была «выстрелена» в космическое пространство со скоростью в четверть скорости света.

По мнению специалистов, наблюдение за джетом Arp 299-B AT1 позволяет лучше понять процесс формирования таких структур в процессе поглощения звезды черной дырой. Релятивистские струи по-прежнему остаются плохо изученным явлением, так что сейчас самое время детально изучить полученную информацию.

Некоторые астрономы предполагают, что выбросы вещества в космическое пространство при поглощении звезды черной дырой происходит чаще, чем принято считать. Но из-за того, что черные дыры часто окружены плотными пыле-газовыми облаками, за подобными явлениями невозможно наблюдать при помощи современных астрономических инструментов — их возможности гораздо ниже того уровня, который требуется для обнаружения джетов.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: