Астрофизики впервые показали изображение черной дыры

Содержание

Рождение и смерть

Куда более загадочным явлением, чем существование черной дыры, является ее зарождение или исчезновение. Сфера, искажающая пространство-время, как мы уже выяснили, образуется в результате коллапса. Это может быть взрыв большой звезды, столкновение двух и более тел в космосе и так далее. Но каким образом материя, которую теоретически можно было бы ощупать, превратилась в область искажения времени? Загадка находится в процессе работы. Но за ней следует второй вопрос — почему такие сферы невозврата исчезают? И если черные дыры испаряются, то почему из них не выходит тот свет и вся космическая материя, которую они втянули? Когда вещество в зоне сингулярности начинает расширяться, гравитация постепенно снижается. В результате черная дыра просто растворяется, и на ее месте остается обычное вакуумное космическое пространство. Из этого вытекает еще одна загадка — куда подевалось все то, что в нее попало?

Чем и как был сделан снимок?

Даже тень черной дыры в полусотне миллионов световых лет увидеть одним-единственным земным телескопом пока невозможно. Для этого использовался Event Horizon Telescope — группа из одиннадцати согласованных радиотелескопов, разбросанных по планете от Антарктиды (десятиметровый радиотелескоп South Pole Telescope на полярной станции) до северного полушария. Разнесенные на тысячи километров друг от друга радиотелескопы вместе позволили ловить фотоны от раскаленного бублика вокруг черной дыры М87 и складывать полученные элементы пазла в одну картинку.


Одиннадцать радиотелескопов от Антарктиды до Франции образуют сеть Event Horizon Telescope

Всего для снимка было использовано 5 тысяч терабайт информации от этих 11 телескопов — элементов Event Horizon Telescope. Это настолько большой объем, что его пересылали к обрабатывающему данные суперкомпьютеру в виде жестких дисков по почте — бессбойная передача по интернету заняла бы слишком много времени.


Кэти Боман с жесткими дисками, на которые была записана информация, полученная с 11 телескопов

Но и это само по себе еще не позволило бы получить столь четкий снимок.

Сделать его реальностью помогла работа Кэти Боман, 29-летней выпускницы Массачусетского технологического института. Вместе с коллегами она специальный алгоритм, позволяющий объединять данные от разных телескопов, расположенных в тысячах километров друг от друга. Чтобы точнее «увидеть» тень черной дыры, команда людей под ее руководством ввела в алгоритм модель, которая учитывала теоретические предсказания теории относительности Эйнштейна, чтобы точнее интерпретировать входящие данные.


Кэти Боман

Не все изображения, которые получали 11 частей Event Horizon Telescope, были одинакового качества: какие-то из них были более четкими, какие-то — менее. Построив с помощью моделирования ожидаемый облик тени от черной дыры такого размера, как М87, команда Боман смогла отсеять менее качественные изображения от более качественных и в итоге получить «картинку» такого уровня, которую без «очищающего» алгоритма было бы невозможно создать.

Что это за «тень» такая?

Ирина Якутенко права: то, что показали астрономы, не совсем тень в обычном смысле этого слова. Нормальная тень — это если бы сторонний источник светил на черную дыру и от этого в потоке света возникал бы зазор, по форме повторяющий силуэт дыры. Однако черная дыра обладает исключительно сильной гравитацией, поэтому она искажает свет от стороннего источника намного сильнее, чем если бы просто стояла на его пути. Это легко видеть и на снимке: половина «кольца» вокруг черной дыры тусклее, а половина — ярче. Это потому, что гравитация черной дыры М87 замедлила половину фотонов от бублика раскаленной материи вокруг этой самой черной дыры, отчего половина эта и кажется нам тусклой.

В теории можно сделать снимок не только тени, но и самой черной дыры. Да, она ничего не излучает и поглощает любой падающий на нее свет, но ничего страшного в этом нет. «Черный квадрат» Малевича тоже ничего не излучает: черные предметы либо поглощают, либо рассеивают в стороны почти весь падающий на них свет. Черная дыра отличается от них только формой (примерно сферической) и тем, что поглощает фотоны идеально, ничего не рассеивая. То есть увидеть ее все равно можно: на фоне светящегося бублика она будет выглядеть просто черным провалом. Но сделать это земными телескопами пока нереально, для этого надо «подтянуть» наши телескопы намного, намного ближе.

Как попадает материя в «кротовую нору»?

Бытует мнение, что человек никогда не сможет понять, что происходит внутри черной дыры. Так как, попав туда, он будет буквально раздавлен гравитацией и силой тяжести. На самом деле это не совсем так. Да, действительно, черная дыра представляет собой область сингулярности, где все сжато до максимума. Но это вовсе не «космический пылесос», который способен затянуть в себя все планеты и звезды. Любой материальный объект, оказавшийся на горизонте событий, будет наблюдать сильное искажение пространства и времени (пока что эти единицы стоят отдельно). Эвклидова система геометрии начнет давать сбои, иными словами, параллельные прямые пересекутся, очертания стереометрических фигур перестанут быть привычными. Что касается времени, то оно будет постепенно замедляться. Чем ближе вы будете приближаться к дыре, тем медленнее будут идти часы относительно Земного времени, но вы этого не заметите. При попадании в «кротовую нору» тело будет падать с нулевой скоростью, но при этом данная единица будет равняться бесконечности. Это парадокс кривизны, который приравнивает бесконечное к нулю, что окончательно останавливает время в области сингулярности.

Как учёные узнают о чёрных дырах

Чёрная дыра не излучает и не отражает свет подобно большинству других объектов во Вселенной. Но ученые могут фиксировать, как сильная гравитация влияет на звёзды и газ вокруг чёрной дыры. По поведению объектов, рядом с которыми есть чёрная дыра, собственно можно доказать её наличие.

Ещё много интересного в наших соцсетях

  1. Звёзды вращаются вокруг центра гравитации. Если в этом месте ничего нет, значит есть вероятность, что это чёрная дыра.
  2. Из окружающего пространства чёрная дыра постоянно притягивает материю. Космическая пыль, газ, вещество ближайших звезд — всё это падает на неё по спирали, образуя аккреционный диск. Испытывая ускорение, частицы порождают излучение в характерном спектре. В области, откуда это излучение пришло, наверняка есть чёрная дыра.


Модель пространства вокруг чёрной дыры

Излучение

Предполагается, что черная дыра излучает разнообразные элементарные частицы, этот гипотетический процесс называется излучением Хокинга.

Излучение ХокингаПонятие о чёрной дыре как объекте, который ничего не излучает, а может лишь поглощать материю, справедливо до тех пор, пока не учитываются квантовые эффекты. В квантовой теории поля физический вакуум наполнен постоянно рождающимися и исчезающими флуктуациями различных полей (можно сказать «виртуальными частицами»). В поле внешних сил динамика этих флуктуаций меняется, и если силы достаточно велики, прямо из вакуума могут рождаться пары частица-античастица. Такие процессы происходят и вблизи (но всё же снаружи) горизонта событий чёрной дыры

При этом возможно, что одна из частиц (неважно какая) падает внутрь чёрной дыры, а другая улетает и доступна для наблюдения

Излучение Хокинга является главным аргументом ученых относительно испарения небольших чёрных дыр, которые теоретически могут возникать в ходе экспериментов на БАК.

Структура и физика черных дыр

Схема строения черной дыры

Любая черная дыра имеет два основных элемента. Горизонт событий – границу, при пересечении которой объект гарантированно окажется в гравитационном поле, и сингулярность. Последняя наполняет внутреннюю область. Ученые до сих пор не могут определить, что именно находится в ней. Известно, что внутри искажается время и пространство, не действуют законы физики.

Когда черная дыра вращается, вокруг горизонта событий появляется эргосфера. Находящиеся в этой области объекты также движутся в этом направлении. Однако притяжение действует недостаточно сильно, чтобы затягивать их в сингулярность. Соответственно, объекты могут покинуть эргосферу.

Интересный факт: чем больше весит черная дыра, тем меньше ее плотность. Это связано с тем, что с увеличением веса ее объем растет большими темпами.

Познаем тайны гравитации

Если мы желаем разобраться в том, что внутри черной дыры, рассмотрим детально, что такое гравитация. Именно это явление ключевое в понимании природы так называемых «кротовых нор», из которых не выбирается даже свет. Гравитацией называется взаимодействие между всеми телами, которые имеют материальную основу. Сила такого тяготения зависит от молекулярного состава тел, от концентрации атомов, а также от их состава. Чем больше частиц сколлапсировано в определенном участке пространства, тем больше гравитационная сила. Это неразрывно связано с Теорией Большого взрыва, когда наша Вселенная была размером с горошину. Это было состояние максимальной сингулярности, и в результате вспышки квантов света пространство стало расширяться за счет того, что частицы отталкивались друг от друга. С точностью до наоборот описывается учеными черная дыра. Что внутри такой штуковины в соответствии с ТБЗ? Сингулярность, которая равна показателям, присущим нашей Вселенной в момент зарождения.

Какой формы черная дыра?

Все черные дыры вращаются вокруг своей оси. И от скорости напрямую зависит их внешний вид. Если движение происходит медленно, то форма объекта будет сферической. Но когда черная дыра вращается с большой скоростью, ее полюса сплющиваются, из-за чего она становится овальной.

Черные дыры бывают круглыми или овальными

На данный момент современных технологий хватает на то, чтобы определить форму объекта. Но ученым до сих пор не удается узнать, что находится в центре черной дыры. Известно, что там не действуют физические законы, а кривизна пространства стремится к бесконечности. Пока самым распространенным мнением считается, что внутри черной дыры находится сингулярность.

Что такое радиус Шварцшильда и как он связан с чёрными дырами?

В математическом смысле всё что угодно может стать чёрной дырой, но при условии, что есть возможность сжать объект до достаточно малых размеров, при этом сохранив его массу. Всё во Вселенной имеет так называемый гравитационный радиус или радиус Шварцшильда. Это радиус сферы, до которого нужно сжать объект, сконцентрировав всю его массу в столь малом объёме, что его плотность станет настолько большой, а его гравитационное поле станет так велико, что даже свет не сможет избежать притяжения этого объекта. Размер чёрной дыры, а точнее — радиус сферы Шварцшильда пропорционален массе звезды. А поскольку астрофизика никаких ограничений на размер звезды не накладывает, то и чёрная дыра может быть сколь угодно велика.

Хищники Вселенной

Так откуда же берутся черные дыры ? Как они появляются, и что дает им такую ​​огромную разрушительную силу?
Прежде чем получить ответ на этот вопрос, нужно выяснить еще более фундаментальную вещь — а что такое черная дыра?

«В общем можно считать, что черная дыра — это объект космоса, гравитационное притяжение которого настолько сильно, что ничто не может покинуть ее», — заявил астрофизик Нета Бакзал из Принстонского университета. Даже световые волны поглощаются этими монстрами, поэтому черные дыры и называют черными.

Эти странные объекты появляются как птица — феникс, рождаясь из остатков мертвых звезд. Когда массивные звезды достигают конца своей жизни, водород, который превращается в их недрах в гелий, заканчивается. И звезды-монстры начинают сжигать гелий, объединяя оставшиеся атомы в еще более тяжелые элементы. Вплоть до железа. Синтез которого уже не дает достаточного количества энергии для поддержания внешних слоев звезды. Эти верхние слои звезды падают внутрь, а затем взрываются и выбрасываются в космос в мощном и ярком взрыве, называемом сверхновой.

Тем не менее небольшая часть звезды остается на месте. Уравнения общей теории относительности Альберта Эйнштейна предсказывают, что если остатки звезды будут иметь примерно три массы Солнца, их мощная гравитационная сила начнет поглощать все вокруг себя. А материал, из которого эти остатки состоят, будет сжат до бесконечно малой точки с бесконечной плотностью. Известные законы физики пока не могут справиться с описанием таких бесконечно малых величин. «В этом месте наши знания заканчиваются, и мы действительно не знаем, что происходит дальше», — сообщает Бакзал.

Как получилось, что в центре крупных галактик встречаются чёрные дыры?

Из множества миллиардов галактик, составляющих наблюдаемую Вселенную, более миллиона уже были проанализированы. В центрах многих крупных галактик присутствуют чёрные дыры. Как так вышло? Чтобы понять это, нужно вернуться к самому началу — к Большому взрыву. Материя и энергия вырываются наружу и Вселенная начинает расширяться. Именно Большой взрыв даёт нам все компоненты для рождения: водород, гелий и другие элементы.

В течение десятков миллионов лет облака водорода сливались, становясь всё плотнее. Некоторые становятся такими горячими, что воспламеняются. Рождаются первые звёзды — гиганты, размером в сотни раз превышающие наше Солнце. Они быстро выгорают и взрываются, образуя вспышку сверхновой. Более крупные галактики поглощают более малые галактики, и если одна галактика съедает другую, в центре которой была чёрная дыра, значит она съедает и эту чёрную дыру. Она перемещается в центр новой галактики, делая её больше.

Опасность

Когда у звезды заканчивается топливо, она может запустить процесс саморазрушения. Если ее масса была втрое больше солнечной, то оставшееся ядро станет нейтронной звездой или белым карликом. Но более крупная звезда трансформируется в черную дыру.

Зависимость между массой черной дыры и массой балджа

Такие объекты маленькие, но обладают невероятной плотностью. Представьте, что перед вами объект, размером в город, но его масса в три раза больше солнечной. Это создает невероятно огромную гравитационную силу, которая притягивает пыль и газ, увеличивая ее размеры. Вы удивитесь, но в Млечном Пути может располагаться несколько сотен миллионов звездных черных дыр.

Наша планета и черные дыры

Несмотря на поиски разгадки о природе черных дыр, научный мир беспокоит место и роль черной дыры в судьбе галактики Млечный путь и, в частности, в судьбе планеты Земля. Складка времени и пространства, которая существует в центре Млечного пути, постепенно поглощает все существующие вокруг объекты. Уже поглощены в черной дыре миллионы звезд и триллионы тонн межзвездного газа. Со временем дойдет очередь и до рукавов Лебедя и Стрельца, в которых находится Солнечная система, пройдя расстояние в 27 тыс. световых лет.

Черная дыра и Млечный путь

Совершенно другое дело — черные дыры небольших размеров. Чтобы поглотить планету Земля достаточно черной дыры радиусом в пару сантиметров. Проблема заключается в том, что по своей природе черная дыра совершенно безликий объект. Из ее чрева не исходит никакое излучение, ни радиация, поэтому заметить столь загадочный объект достаточно трудно. Только с близкого расстояния можно обнаружить искривление фонового света, которое свидетельствует о том, что в этом районе Вселенной имеется дырка в пространстве.

Слияние черных дыр

На сегодняшний день ученые установили, что ближайшая к Земле черная дыра — это объект V616 Monocerotis. Чудовище расположено в 3000 световых лет от нашей системы. По своим размерам это крупное образование, его масса составляет 9-13 солнечных масс. Другим близким объектом, несущим угрозу нашему миру, является черная дыра Gygnus Х-1. С этим монстром нас разделяет расстояние в 6000 световых лет. Выявленные по соседству с нами черные дыры, являются частью бинарной системы, т.е. существуют в тесном соседстве со звездой, питающей ненасытный объект.

Что внутри черных дыр?

И все же это “ничто” остается явлением, которое ученые способны зафиксировать. В космосе они ищут области, которые обладают наибольшей массой, но при этом располагаются в темном пространстве. Обнаружив такие участки, они тщательно изучают их и иногда обнаруживают черные дыры. Многолетние исследования позволили не только убедиться в существовании этого феномена, но и получить некоторое представление о том, из чего состоит черная дыра.

Когда супермассивная звезда коллапсирует, то есть сжимается как бы внутрь себя, образуется мощное гравитационное поле. Оно настолько сильное, что из него не может выбраться даже свет, поэтому дыра и называется черной.

Главное, что нужно знать о том, что находится внутри черной дыры в космосе, это то, что там перестают действовать привычные для обыденного мира законы. Согласно теории Альберта Эйнштейна, гравитация искривляет пространство, и ученые полагают, что пространство и время внутри такого объекта уже не имеют значения.

Если предположить, что в него попадет какой-нибудь предмет, то что с ним происходит дальше никто не узнает. Известно лишь, что после прохождения так называемого горизонта событий, предмет уже никогда не вернется обратно. Горизонт событий — это последний предел, точка невозврата, которая располагается перед входом в черную дыру. Сам горизонт событий излучает во Вселенную потоки частиц. Этот процесс называется излучением Хокинга. Это последняя видимая граница перед небытием.

Особенности черной дыры

Черная дыра выглядит очень необычно, лишь отдаленно напоминая некую планету, имеющую странные изогнутые кольца. Однако без аккреционного диска, вращающегося вокруг нее, мы бы ее даже не увидели. Давайте посмотрим какие у нее есть внешние особенности.

Аккрецонный диск

Кольцевая структура аккреционного диска, состоит из вещества, падающего на черную дыру, оно разогрето и поэтому светится.

Фотонное кольцо

Фотонное кольцо (или орбита фотона) — это свет, который несколько раз сгибался вокруг черной дыры, прежде чем ускользнуть. Он имеет много слоев, которые становятся все тусклее и тусклее, это происходит потому, что с каждым новым витком свету сложнее вырваться за пределы этого монстра.

Эффект Доплера

На приведенном выше изображении левая сторона аккреционного диска выглядит ярче, чем правая из-за Эффекта Доплера, который обусловлен огромной орбитальной скоростью.

Гравитационное линзирование

Мы видим изогнутый аккреционный диск (сверху и снизу), потому что гравитация отклоняет направление света.

Как сделать снимок черной дыры, если она черная?

Хороший вопрос. На самом деле черные дыры такие же черные, как окружающее их пространство. Любой свет, который попадает в них, никогда не выходит обратно.

Но вокруг черной дыры есть свет от светящегося вихря перегретого вещества, который падает в черную дыру. Когда этот свет проходит вблизи горизонта событий, он изгибается и искажается притяжением сильной гравитации черной дыры.

Эта гравитационная линза очерчивают темную область, называемую тенью черной дыры. Ожидается, что размер тени должен быть в два с половиной раза больше размера горизонта событий. А размер горизонта событий пропорционален массе черной дыры. Для Sgr A * это около 30 миллионов километров. В случае с M87, другой черной дыры, которую изучает EHT, он в тысячу раз больше.

Поэтому изучая тень черной дыры, исследователи EHT могут понять ее размеры.

Таким образом, технически говоря, ученые EHT не будут создавать изображение черной дыры. Они будут использовать информацию об ее тени, чтобы получить необходимую информацию об этом объекте.

Визуализация черных дыр не является возможной (по крайней мере, сейчас). Поэтому ученые рассматривают использование теневых изображений для получения доказательств их существования.

Зачем изучают черные дыры, и сколько их открыто?

Первое фото черной дыры, сделанное в 2019-ом году. На нем изображена сверхмассивная черная дыра галактики M87.

Ученые занимаются изучением черных дыр, поскольку множество свойств Вселенной связано с этими объектами. Они служат центрами галактик и способствуют их вращению. Столкновение черных дыр образует гравитационные волны. Отдельный интерес представляет пространство внутри, которое не подчиняется законам физики. Изучение черных дыр позволяет лучше понять принципы устройства космоса.

На данный момент астрономами обнаружено и изучено в районе десяти дыр. Также ведется наблюдение за большим количеством объектов, которые обладают похожими свойствами. Но имеющейся информации недостаточно, чтобы доказать их принадлежность к классу черных дыр.

Самая близкая к Земле черная дыра

В статье, опубликованной в журнале Astronomy&Astrophysics, ученые рассказали подробнее о своей находке. Самая близкая к Земле черная дыра находится в тройной звездной системе HR 6819, которая удалена от Солнца на тысячу световых лет.

Причем для того, чтобы ее увидеть, не обязательно иметь большую обсерваторию: в ясную безлунную ночь звездную систему можно найти в южном созвездии Телескопа.

Синим цветом изображены орбиты звезд из системы, красным — орбита черной дыры

Исследование черной дыры, конечно же, происходило с помощью специальных приборов и 2-метрового телескопа в обсерватории Ла-Силья в Чили. С его помощью астрономы узнали, что система состоит из двух звезд и еще одного невидимого объекта. Они пришли к выводу, что это «спящая» черная дыра, которая в данный момент не потребляет вещество. Поскольку она все равно находится довольно далеко от Солнечной системы, она не представляет опасность для Земли и других планет.

По словам ученых, открытие поможет им еще лучше искать другие «спящие» или «тихие» черные дыры. Они будут наблюдать за системами, аналогичными HR 6819, чтобы найти остальные похожие объекты. Не забывая при этом про наблюдения за всплеском гравитационных волн, который регистрируется каждый раз после слияния черных дыр.

Путешествие от созвездия Телескопа к звездной системе HR 6819

Сверхмассивные черные дыры

Ученые обнаруживали косвенные доказательства существования черных дыр и раньше. Они наблюдали звезды в центре нашей галактики Млечный Путь, вращающиеся вокруг гигантского невидимого объекта. Как заявляет Бакзал, такие сверхмассивные черные дыры, которые могут иметь миллиарды масс нашего Солнца, являются поистине колоссальными космическими объектами.

Исследователи полагают, что эти сверхмассивные черные дыры были когда-то намного меньше. В момент своего появления в молодой Вселенной они были достаточно скромного размера. В течение длительного времени эти объекты поглощали газ и пыль и сливались друг с другом, чтобы расти, превращаясь в колоссальных монстров. Однако многие детали этого процесса остаются пока не до конца понятными.

Рассказать всей Вселенной!

  • 1
    Поделиться

Что предлагает Хокинг для решения информационного парадокса черной дыры?

Идея состоит в том, что у черных дыр должен быть способ хранить информацию, который до сих пор не приняли. Информация хранится на горизонте черной дыры и может вызывать крошечные смещения частиц в излучении Хокинга. В этих крошечных смещения может быть информация о попавшей внутрь материи. Точные детали этого процесса в настоящее время не определены. Ученые ждут более подробного технического документа от Стивена Хокинга, Малькома Перри и Эндрю Строминджера. Говорят, он появится в конце сентября.

На данный момент мы уверены, что черные дыры существуют, знаем, где они находятся, как образуются и чем станут в итоге. Но детали того, куда девается поступающая в них информация, до сих пор представляют одну из самых больших загадок Вселенной.

Давайте обсудим Черные Дыры в нашем Telegram-канале?

Виды черных дыр

Изучение Вселенной позволило ученым выявить четыре вида черных дыр, обладающих определенными особенностями.

Черные дыры звездных масс

Черная дыра звездной массы

Этот вид черных дыр появляется после выгорания топлива в звезде. Когда термоядерная реакция внутри светила прекращается, оно начинает остывать и сжиматься из-за сильной гравитации. Если на определенном этапе процесс остановится, то объект превратится в нейтронную звезду. Но если он продолжится, то в конечном итоге из-за гравитационного коллапса светило станет черной дырой.

Сверхмассивные черные дыры

Сверхмассивная черная дыра

Представители данного класса обладают гигантскими размерами и большой массой. Не так давно американские ученые доказали, что данные объекты обладают гораздо большим весом, чем считалось ранее. Например, по предварительным оценкам, масса черной дыры, расположенной в центре галактики М87, равнялась трем миллиардам солнечных. Но более детальные исследования показали, что этот параметр значительно выше. Для того, чтобы черная дыра способствовала вращению звезд в галактике, она должна весить 6,5 млрд солнечных масс.

Интересный факт: в большинстве случаев сверхмассивная черная дыра располагается в центре галактики и выполняет роль ядра.

Сверхмассивные черные дыры могут появляться как из звезд, так и из газовых облаков. При этом они поглощают большое количество материала из пространства, продолжая наращивать вес и габариты.

Первичные черные дыры

Один из вариантов изображения первичной черной дыры

Существование первичных черных дыр во Вселенной пока не доказано. Считается, что если на ранних этапах формирования космоса в гравитационных полях возникали колебания и появлялись сильные отклонения в их однородности, это могло способствовать образованию подобных объектов. Если первичные черные дыры существуют, то они обладают небольшой массой, которая может быть даже меньше, чем у Солнца.

Квантовые черные дыры

Изображение квантовой реакции при столкновении протонов

Квантовые черные дыры должны образовываться в результате ядерных реакций, в которых задействовано большое количество энергии, равное 10^26 эВ и более. Однако на данный момент человечество не способно преодолеть данный порог, поэтому этот тип объектов имеет лишь теоретическое существование.

Считается, что получить квантовую черную дыру можно в результате столкновения протонов. И если во время процесса выделится много энергии, его результатом станет появление простейшей частицы – максимона. Ее и можно будет считать квантовой черной дырой. Радиус объекта будет примерно 10^-35 м, а масса 10^-5 г, что делает максимон самой тяжелой элементарной частицей.

Размеры чёрных дыр

Учёные считают, что самые маленькие чёрные дыры, размером всего в один атом, могли возникнуть в первые мгновения существования Вселенной. Подобные условия создают на большом адронном коллайдере, и у общественности возникают опасения, что это может привести к возникновению чёрной дыры.

Другой вид чёрных дыр называется «звёздным». Их масса может быть в 20 раз больше массы Солнца. В нашей галактике возможно существование множества чёрных дыр звёздной массы.


Первое реальное фото тени чёрной дыры, полученное напрямую в радиодиапазоне

Самые большие чёрные дыры называются «сверхмассивными». Они имеют массы, которые составляют более 1 миллиона Солнц. Ученые нашли доказательства того, что каждая большая галактика содержит сверхмассивную черную дыру в своем центре. Такой объект в центре галактики Млечный Путь называется Стрелец А. Она имеет массу, равную примерно 4 миллионам Солнц.

Что дальше?

Наивно полагать, что весь этот гигантский фронт работы необходим был лишь для получения контуров тени черной дыры на фоне красивых излучений. Исследуемый массив данных поможет глубже изучить процессы, протекающие в аккреционном диске, а также узнать детальнее его структуру

Огромное внимание ученых приковано магнитным полям, создаваемым аккреционным диском, и рождающие в свою очередь турбулентные потоки, тормозящие частицы вблизи черных дыр. И в заключении можно отметить, что подобные исследования уже на экспериментальном уровне могут проверить еще раз на прочность общую теорию относительности Эйнштейна

Как появились первые черные дыры во Вселенной?

Сложно понять, как они могли образоваться и вырасти за столь короткий срок. Эта загадка остается одной из самых интересных в современной астрономии. И для ее решения было предложено множество различных гипотез. Вот, например, одна из них.

Однако ученые из Университета Западного Онтарио считают, что первые черные дыры могли появиться в результате «прямого коллапса» — не из звезд, а из плотных скоплений газа в центрах первых галактик, находившихся в процессе своего формирования. Разогреваясь и интенсивно излучая радиацию, такие скопления блокировали появление молодых звезд во все более обширном пространстве космоса.

Наличие огромного количества свободной материи (газа и пыли) позволило этим скоплениям очень быстро набрать критическую массу и плотность. После этого они коллапсировали, оставив после себя черные дыры массой в десятки и сотни тысяч солнц.

Гравитация может стягивать газ ровно до того момента, пока вокруг черной дыры не начнет накапливаться вещество, образуя горячий диск, излучающий интенсивную радиацию и отталкивающий приходящий газ, таким образом прекращая рост черной дыры. Это называется пределом Эддингтона.

Ученые из Университета Западного Онтарио предложили математическую модель этого процесса, показав, что он действительно мог развиваться очень быстро. Исследователи поясняют, что излучение новорожденных звезд и других дыр вскоре достигло критического предела. В результате этого «прямой коллапс» новых сверхмассивных дыр стал невозможен.

Черные дыры по-прежнему хранят очень много тайн, разгадка которых, как считают ученые, может содержать ответы о том, как появилась и развивалась Вселенная, в которой мы живем.

Подписывайтесь на наш , чтобы быть в курсе последних событий из мира науки и технологий.

Черную дыру трудно увидеть, потому что она черная?

Нет. То есть, да. Это правда: черные дыры — черные. Обычно мы видим всякие звезды и все такое, потому что свет, который они излучают, доходит до наших телескопов (или прямо в наши глаза), и мы его регистрируем. Черные дыры действительно черные. Они не излучают видимого света (из-за сложных гравитационных фокусов), поэтому их не видно.

Но это не большая проблема. Если бы черная дыра была у нас в Солнечной системе, вы бы ее увидели. Вы увидели бы искривление пространства ее присутствием и увидели бы вещество, которое вращается вокруг этой воронки. Если вы видели фильм «Интерстеллар», в нем приблизительно точно показана визуализация черной дыры — ее делали с помощью астрофизика Кипа Торна.

Черную дыру трудно увидеть, потому что она крошечная. Ну, хорошо, не такая крошечная, как муравей, например. Она крошечная в том смысле, что человек крошечный, если смотреть на него с расстояния километра. Лучшим термином будет угловой размер. Если вы повернете голову по кругу, вы получите круговой обзор на 360 градусов (но не забывайте повернуть и тело, а то шею свернете). Если вы будете держать большой палец на расстоянии вытянутой руки, это примерно полградуса углового размера. У Луны примерно такой же угловой размер, поэтому вы можете прикрыть ее большим пальцем.

Что же насчет размеров черной дыры? Да, она огромна. А еще она на расстоянии 55 миллионов световых лет. Это значит, что для того, чтобы свету добраться так далеко, ему потребуется 55 миллионов лет. Это невероятно далеко. Но в действительно нам мешает угловой размер. У черной дыры (по крайней мере, ее видимой части) угловой размер — около 40 микроарксекунд.

Что такое микроарксекунда? Как вы знаете, круг разбит на градусы (и уже давно). Каждый градус можно разбить на 60 угловых минут, а каждая минута — это 60 арксекунд. Если разбить арксекунду на миллион частей, получится микроарксекунда. Помните, что угловой размер Луны — 0,5 градуса (если смотреть с Земли)? Это значит, что угловой размер Луны в 45 миллионов раз больше, чем размер черной дыры. Черная дыра крошечная с точки зрения углового размера.

Но это еще не все. Из-за дифракции мы не можем видеть вещи крошечных угловых размеров. Когда свет проходит сквозь отверстие (например, попадает в телескоп или в глаз), он рассеивается. Он изгибается таким образом, что мешает остальному свету, проходящему через отверстие. В случае с глазом, это означает, что люди могут разобрать объекты с угловым размером около 1 аркминуты.

И это так же означает, что что-то настолько крошечных угловых размеров, как черная дыра, сложно поймать на фото.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий