donmigel_62: (кот - учёный)

На границах и в пределах нашей галактики, Млечного Пути, могут скрываться сотни небольших черных дыр

Черная дыра


Давным-давно, в те времена, когда наша собственная галактика только начала формироваться, в ее центре зародилась черная дыра. Сейчас же эта черная дыра, известная, как Sagittarius A* или Sgr A*, является сверхмассивной гигантской черной дырой, размеры которой вполне соответствуют размерам нашей галактики. Но, прежде чем у Млечного Пути появились спиральные рукава, простирающиеся в пространство на 60 тысяч световых лет, и галактика обрела ее нынешнюю форму, она была совершенно иным местом, чем то, что мы наблюдаем сейчас.


В настоящее время никто из ученых точно не знает, как на самом деле происходило формирование Млечного Пути. Но в соответствии с одной из ведущих теорий наша галактика получилась в результате слияния множества мелких галактик, так называемых прото-галактик. Каждый раз, когда происходило столкновение двух или большего числа прото-галактик, объект больших размеров и массы поглощал меньшие объекты. Черные дыры меньших галактик, оставшиеся "не у дел", изгонялись из места катаклизма достаточно далеко, чтобы выйти из вновь сформировавшейся галактики, но недостаточно далеко, чтобы покинуть навсегда эту область пространства.

Ави Леб (Avi Loeb), ученый из Гарвардского университета, и группа его коллег написали теоретическую работу, которая постулирует тот факт, что для создания галактики таких размеров, как Млечный путь, должны были слиться сотни небольших прото-галактик наподобие Магеллановых Облаков.

По мере роста размеров Млечного Пути, галактика постепенно занимала пространство, в котором могут находиться черные дыры, изгнанные в моменты предыдущих катаклизмов и которым удалось избежать слияния с черной дырой Sgr A*. С точки зрения теории Ави Леба, в пределах нашей галактики могут сейчас "скрываться" сотни небольших черных дыр, масса которых составляет от одной до ста тысяч масс Солнца. И эти черные дыры создают вокруг Млечного Пути своего рода "темный ореол", окружающий внешние границы галактики.

Эти черные дыры достаточно малы и они находятся в области пространства, достаточно бедной материей. Именно поэтому они не излучают в пространство потоки гамма-излучения, не окружены облаками "кипящей" материи, излучающей свет и радиоволны, что делает крайне затруднительным их обнаружение и это объясняет тот факт, что до сих пор никто не смог найти ни одну из таких черных дыр. Но черная дыра, обладающая достаточно большой массой, при своем движении производит гравитационные волны, которые заставляют колебаться молекулы крайне разреженного космического газа. И если создать новые научные инструменты, которые способны "услышать" звучание космоса, вызванное перемещение черных дыр, то их можно будет обнаружить, что предоставит ученым драгоценную информацию, проливающую свет на тайны формирования нашей галактики.

http://www.dvice.com/2014-3-13/hundreds-rogue-black-holes-could-be-lurking-across-milky-way
donmigel_62: (кот - учёный)

Космическое событие года: черная дыра в действии

Прямо сейчас крупнейшие телескопы во всем мире направлены к центру нашей галактики, где ожидается космическое событие года: поглощение газового облака сверхмассивной черной дырой.




Изображение, созданное компьютером, показывает возможную траекторию газового облака, в случае, если оно продолжит свое движение по орбите вокруг черной дыры

Наблюдая за черной дырой в действии, астрономы надеются увидеть собственными глазами, как газовое облако исчезает в жерле сверхмассивного космического монстра.









Хотя многие представляют себе черные дыры в виде гигантских космических пылесосов, на самом деле они такие же массивные объекты, как, например, звезды. Это означает, что космические тела могут спокойно вращаться по орбите вокруг них до тех пор, пока не приблизятся на определенное расстояние и не пройдут горизонт событий, после чего их поглощение черной дырой становится неминуемым.

Это поможет физикам наконец ответить на актуальный вопрос последних десятилетий: почему черная дыра посередине Млечного Пути почти не проявляет своего присутствия.

Ученые настроили телескопы на самые разнообразные длины световых волн, чтобы получить максимально возможную информацию о происходящем вблизи черной дыры. Но что именно они увидят, остается не до конца ясным.

Это напоминает происходящее за секунды перед пенальти в футболе. Каждый знает, что сейчас будет удар по мячу, но что последует за ним − остается только гадать. Мы все сейчас находимся в положении зрителей, замерших в ожидании удара.

− Штефан Гиллессен, астрофизик из Института внеземной физики общества Макса Планка в Германии

Газовое облако, которое в настоящий момент двигается по направлению к черной дыре, может продолжить свой путь по орбите вокруг нее − или же натолкнуться на остатки газов и пыли, что замедлит ее скорость и направит прямиком в жерло космического монстра.

Первый сценарий поможет ученым расширить свои познания об эволюции галактик и вписать новые страницы в историю Млечного Пути. При втором же варианте астрономы могут стать свидетелями грандиозного космического «обеда», в процессе которого черная дыра поглотит большое количество вещества.

В любом случае, ученые ожидают получить важные сведения, которые расширят их познания и понимание процессов, происходящих вблизи космических гигантов.

Космическое событие года: черная дыра в действии ©YouTube/ Sun.org


donmigel_62: (кот - учёный)

«Внутри дыры происходит рождение вселенной»

В конце января 2014 года на сайте arXiv.org появился препринт работы Стивена Хокинга, в которой тот предложил отказаться от понятия горизонта событий — формальной границы черной дыры, существование которой предсказывается в рамках теории относительности.

Сделано это было для того, чтобы решить так называемую проблему файервола, или «стены огня», возникающую на стыке квантовой механики и теории относительности. Горизонт событий предлагалось заменить так называемым видимым горизонтом.

Работа Хокинга привлекла внимание как физиков-профессионалов, так и просто интересующихся наукой людей. Это и не удивительно:

черные дыры,


  • во-первых, довольно часто фигурируют в научных новостях, а

  • во-вторых, входят в число самых загадочных и непонятных объектов Вселенной.

Познакомтесь  со свежей точкой зрения большого специалиста в этой области исследования, нашего экс-соотечественника, физика Валерия Фролова, профессора Альбертского университета.

В интервью Фролов рассказал, как возникло понятие «черная дыра» и что оно означает, объяснил разницу между настоящими астрономическими объектами и их теоретической моделью. Заявления о том, что «Стивен Хокинг отменил черные дыры», он назвал полным бредом и пояснил, что идея Хокинга не является чем-то новым.

Впервые концепция дыры без горизонта событий, но с так называемым видимым горизонтом была предложена самим Фроловым и Григорием Вилковыским в конце 1970-х годов. С тех пор работа в этом направлении не останавливалась — очередная статья Фролова и коллег, посвященная этой теме, в настоящее время подана в один из рецензируемых журналов. В завершение интервью физик рассказал о других (помимо файервола) нерешенных вопросах, связанных с черными дырами, — в частности, об энтропии этих объектов.


Что такое черная дыра?

Валерий Фролов: Черные дыры — одно из самых удивительных предсказаний теории гравитации Эйнштейна.

preview_1_5.jpg
Валерий Фролов: в 1970 году закончил МГУ, в 1973-м защитил кандидатскую диссертацию в физическом институте Лебедева. В 1984 году стал доктором наук. В настоящее время является профессором Альбертского университета. Автор нескольких учебников и монографий, посвященных теории относительности и черным дырам, в частности

Представим себе поверхность планеты. Из физики известно, что сила тяготения, создаваемая на поверхности такого небесного тела пропорциональна массе этого тела и обратно пропорциональна квадрату его радиуса. Для такой планеты можно определить понятие второй космической скорости — это скорость, которую должно набрать тело, чтобы преодолеть тяготение планеты (то есть перейти на незамкнутую орбиту вокруг этого тела). Для Земли эта скорость равна 11 километрам в секунду.

Если массу тела увеличивать, а размеры уменьшать, то значение скорости будет расти. Например, для нейтронных звезд такая скорость составляет половину световой. Оказывается, если масса тела достаточно велика, а радиус — достаточно мал, вторая космическая скорость окажется больше скорости света. Так как, согласно теории Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света, образуется объект, который не позволяет ничему, даже свету, вырваться наружу. Получается черная дыра.

Сейчас мы знаем, что такие дыры неизбежно возникают при коллапсе массивных звезд на заключительном этапе их жизни.

─ Когда открыли черные дыры?

─ Первооткрывателем черных дыр был немецкий астроном Карл Шварцшильд. В 1916 году, то есть через год после того, как Эйнштейн опубликовал окончательный вариант своей теории, он предъявил первое точное сферически-симметричное решение уравнений теории относительности. Это, кстати, довольно трагичная история — свои работы Шварцшильд писал в военном госпитале. Спустя несколько месяцев после появления этих трудов он умер от пузырчатки.

Дальнейшие исследования, в которых приняли участие многие известные ученые, показали, что решение Шварцшильда описывает гравитационное поле невращающейся черной дыры. Вывод о неизбежности возникновения черных дыр при коллапсе массивных звезд был сделан в работах 30-х годов прошлого века.

Само же название «черная дыра» было введено известным американским физиком Джоном Уиллером в конце 1967 года и вскоре стало общепринятым.

В 1963 году физик из Новой Зеландии Рой Керр открыл новое точное решение уравнений Эйнштейна, которое описывает вращающуюся черную дыру (позже было показано, что это самое общее вакуумное решение). Помимо массы такая дыра обладает моментом вращения и увлекает за собой, закручивает окружающее пространство.

Как оказалось, вращающаяся черная дыра гораздо интереснее статичной. При падении в любую дыру вещество разгоняется до невероятных скоростей, и выделяется энергия.

Так вот быстро вращающиеся черные дыры преобразуют массу покоя вещества в энергию с очень высокой эффективностью — более 40 процентов. В отсутствие антивещества это самые эффективные источники энергии во Вселенной.

pic_1_8.jpg
Рис. 2. Двойная система черных дыр 3C 75. (Фото: NASA). Система располагается на расстоянии 300 миллионов световых лет от Земли в скоплении Abell 400. На фото видны многочисленные джеты — потоки материи, движущейся с околосветовой скоростью.

─ Вы говорите про теорию. А когда были открыты черные дыры в смысле астрономических объектов?

─ Это произошло в 70-е годы прошлого века. Так как черная дыра все поглощает и ничего не излучает, то поиск таких объектов с самого начала казался довольно проблематичным. Однако если черная дыра образует пару вместе с обычной звездой, то она вполне доступна для наблюдений.

Дело в том, что почти треть всех звезд во Вселенной являются двойными. Если одна из звезд в двойной системе имеет большую массу, со временем она может образовать черную дыру.

В результате появляется пара из обычной звезды и черной дыры. Если условия подходящие, то дыра начинает перетягивать на себя вещество с компаньона. В результате вокруг дыры образуется диск (он называется аккреционным). Диск очень горячий, ведь, как я говорил, дыра крайне эффективно преобразует массу в энергию. Излучение диска уже можно зарегистрировать, а по характеристикам этого излучения — сделать вывод о наличии внутри черной дыры.

Все обнаруженные сейчас кандидаты в черные дыры звездной массы (об этом чуть позже) находятся в двойных системах — сейчас их известно более двадцати.

Все они или в нашей Галактике, или вблизи ее. Оно и понятно — издалека излучение диска не рассмотреть. Но мы видим далеко не все такие объекты — только в нашей Галактике может быть более 100 миллионов черных дыр. Если учесть, что во Вселенной порядка 100 миллиардов галактик, то оказывается, что дыры — не такое уж и редкое явление. Все найденные дыры активно изучаются — астрофизики хотят убедиться, что свойства этих объектов именно такие, как предсказывает теория Эйнштейна.

pic_2_22.jpg
Рис. 2. Квазар CXOC J100043.1+020637 Фото: harvard.edu. Активное галактическое ядро, расположенное на расстоянии 3,9 миллиарда световых лет от Земли в созвездии Секстанта. Черная дыра в центре образовалась в результате слияния двух галактик.

Выше я назвал черные дыры, образующиеся при коллапсе звезд, звездными. Такое название они получили, чтобы их можно было отличать от сверхмассивных черных дыр. В 1963 году были обнаружены квазары — мощнейшие источники радиоизлучения.

Оказалось, что они располагаются крайне далеко от нашей галактики, в миллиардах световых лет.

Для объяснения их необычайно высокой активности предположили, что ядро квазара — это очень массивная черная дыра. К настоящему времени эта точка зрения является общепринятой. Более того, исследования, выполненные за последние 50 лет, не только подтвердили ее, но и привели к выводу, что

такие сверхмассивные черные дыры (с массой в миллионы и миллиарды солнечных масс) есть в центрах практически всех галактик.

Вопрос о том, как образовались такие черные дыры, до сих пор является одной из нерешенных проблем современной астрофизики. Кстати, такая черная дыра с массой 4 миллиона солнечных масс имеется и в центре нашей галактики. Она называется Стрелец А* и, поскольку она самая близкая к нам, ее интенсивно изучают.

А что такое черная дыра Керра-Ньюмана?

Если в черную дыру упадет электрический заряд, то дыра станет заряженной. Решение, описывающее заряженную вращающуюся черную дыру, называется решением Керра-Ньюмана. Эти решения довольно интересны для теоретиков.

pic_3_33.jpg
Рис. 3. Сверхмассивная черная дыра 4C+29.30. Фото: harvard.edu. Одноименная галактика находится на расстоянии 850 миллионов световых лет от Земли. Масса дыры составляет 100 миллионов солнечных. Отличительной особенностью объекта является пара мощных джетов.

Однако в астрофизике трудно ожидать, чтобы черная дыра в присутствии окружающей ее плазмы имела большой электрический заряд.

─Расскажите про излучение Хокинга

─ В классической физике вакуум — это пустота, то есть отсутствие какой-либо материи. Квантовая теория существенно изменила эти представления. Квантовый вакуум заполнен «недоделанными», виртуальными частицами. Под воздействием сильного поля эти виртуальные частицы могут стать реальными, то есть регистрируемыми нашими детекторами.

В 1974 году известный английский физик Стивен Хокинг показал, что такие процессы рождения частиц из вакуума должны происходить в сильном гравитационном поле черных дыр в непосредственной близости от горизонта событий. Рождение это происходит парами частица-античастица. При благоприятных условиях одна из этих частиц падает в дыру, а другая — улетает. В результате мы видим некоторое излучение. Оно получило название излучения Хокинга.

Это излучение обладает несколькими замечательными свойствами. Например, у него тепловой спектр, то есть черная дыра излучает как нагретое абсолютно черное тело. В ходе излучения дыра испаряется, то есть теряет массу, причем интенсивность излучения обратно пропорциональна квадрату массы дыры.

pic_4_21.jpg
Рис. 4. M87. Фото: NASA. Эллиптическая галактика M87 располагается на расстоянии 53 миллионов световых лет от Земли. Длина джета на картинке — свыше пяти тысяч световых лет.

Эта интенсивность ничтожно мала для астрофизических черных дыр. Даже если мы предположим, что поток вещества и излучения на черную дыру, скажем, массой в 10 солнечных масс отсутствует, время ее квантового распада чудовищно велико.

Оно превосходит время существования нашей Вселенной более чем на 65 порядков. Это означает, что такие (и более массивные) черные дыры практически вечны.

Для полного распада за время жизни Вселенной масса черной дыры должна быть меньше миллиарда тонн. Хотя такие дыры теоретически возможны, нет ни одного наблюдения, указывающего на их существование.

─ Я так понимаю, теоретическое открытие этого излучения довольно сильно усложнило жизнь физикам. Возникли разного рода проблемы — например, проблема потери информации.

Проблема потери информации в черной дыре является сейчас одной из фундаментальных проблем теоретической физики. Она связана с, казалось бы, простым вопросом: что происходит, когда черная дыра полностью испаряется?

Ясно что этот вопрос чисто теоретический и касается только черных дыр с малой массой (если таковые существуют). Дело в том, что физические теории имеют дело с описанием эволюции системы. То есть, скажем, если у вас есть начальное состояние, то теория позволяет описать, как, начиная с него, будет меняться состояние системы. При этом и в классической и в квантовой механиках предполагается, что информация о системе в ходе эволюции не теряется. Этакий закон сохранения информации.

pic_5_25.jpg
Рис. 5. Крупнейшая из известных черных дыр NGC 1277 Фото: mcdonaldobservatory.org. Масса NGC 1277, располагающейся на расстоянии 220 миллионов световых лет от Земли в созвездии Персея, составляет 17 миллиардов солнечных. Это 14 процентов от массы всей галактики.

Это свойство в квантовой физике называют унитарностью. Так вот, если черная дыра испаряется полностью, то наблюдатель полностью теряет информацию о состоянии той части физической системы, которая попала в черную дыру. Или, как говорят физики, теория становится неунитарной.

Вот уже почти 30 лет теоретики спорят об этой проблеме. Исходная точка зрения Хокинга состояла в том, что надо модифицировать квантовую механику. Теория струн приводит аргументы в пользу того, что унитарность каким-то образом восстанавливается после испарения черной дыры. Позднее Хокинг согласился с этой точкой зрения.

─Проблема файервола возникла в ходе этих споров?

─ Да. Реальная трудность состоит в том, что если унитарность сохраняется, то непонятно, как информация о внутренности черной дыры «выдавливается» наружу в процессе испарения. Ведь напомню, что, согласно самому определению черной дыры, это область пространства-времени, из которой передача информации наружу невозможна в принципе, ведь дыру ничто не может покинуть!

Грубо говоря, сейчас имеется множество различных предположений, однако единого общепринятого ответа нет. Файервол, о котором вы говорите, появился в относительно свежей работе ученых из Санта-Барбары. Согласно этому подходу, всякая попытка падающего в черную дыру наблюдателя получить полную информацию о состоянии вещества внутри черной дыры сопровождается «катастрофой», которая изменяет структуру самой черной дыры.

pic_6_15.jpg
Рис. 6. Сравнение размеров NGC 1277 с Солнечной системой. Несмотря на колоссальную массу, размеры дыры сравнительно невелики: ее диаметр — «всего» 4 световых дня.

─ Как вы могли бы прокомментировать работу Хокинга, посвященную отмене горизонта событий?

─ Тут все довольно просто. Модель файервола с самого начала представлялась довольно экзотической. Работы, критикующие эту модель, появлялись и появляются до сих пор. Статья Хокинга, которая в виде препринта появилась в конце января 2014 года, — лишь одна из них. Она короткая (4 страницы), не содержит вычислений и предлагает одно из возможных решений проблемы унитарности.

Смотрите, согласно стандартному определению, черная дыра имеет границу — горизонт событий. Он отделяет область, доступную для наблюдений извне, от недоступной, то есть как раз той, которую никогда и ничто не может покинуть. Из внутренней области информация никогда не выходит. Чтобы узнать, есть ли горизонт событий (и, следовательно, черная дыра), на практике наблюдателю потребуется, во-первых, прожить бесконечно долго, а во-вторых, еще узнать, что будет потом. Это, конечно, не очень естественно, но очень удобно с математической точки зрения: позволяет получать математически строгие доказательства многих важных результатов в физике черных дыр. Это, правда, в классической теории, когда черные дыры не исчезают, а могут только расти. Однако когда черная дыра испаряется, возникает вопрос о том, насколько удачно это математически элегантное определение.

Для астрофизика-наблюдателя важно, что в результате коллапса образуется объект с исключительно сильной гравитацией. Для характеристики этой сильной гравитации используется другое, более практичное определение — видимый горизонт. Чтобы определить видимый горизонт, рассмотрим следующий мысленный эксперимент.





Пусть произошел гравитационный коллапс и тело сжалось до размера меньше его гравитационного радиуса. Окружим тело оболочкой и представим, что она в какой-то момент взрывается. Свет, излученный оболочкой, распространяется как внутрь, так и наружу ее. Так вот, в отсутствие гравитации площадь наружнего фронта увеличивается. Гравитация замедляет этот процесс, а если сила гравитации очень сильная, то площадь наружного фронта излучения не растет, а уменьшается. Граница области, где это происходит, и называется видимым горизонтом.

В теории относительности появление такого горизонта обязательно означает, что вблизи и снаружи от него имеется горизонт событий. Однако при рассмотрении квантовых процессов выясняется, что, вообще говоря, это не всегда так. Так вот, чтобы решить проблемы с унитарностью, Хокинг предположил, что горизонта событий нет, а видимый горизонт есть. Для «нормального» астрофизика эта разница не имеет никакого значения. Чтобы обнаружить ее, он должен прожить жизнь длиной более чем на 65 порядков больше, чем современный возраст Вселенной.

Поэтому, когда в газетах пишут, что Хокинг опроверг существование черных дыр, — это полный бред. Его статья ничего не меняет в нашем преставлении о наблюдаемых черных дырах и их свойствах. Даже для малых черных дыр, если они существуют, вся картина их наблюдаемого квантового испарения остается той же вплоть до последнего этапа (квантового взрыва), когда их масса сравнима с планковской (10–5 грамма). Речь идет исключительно о том, что некоторое математическое определение недостаточно адекватно физической реальности.

Да и надо сказать, что эта проблема (и само определение черной дыры) важна лишь для черных дыр малой массы.

pic_7_14.jpg
Рис. 7. Расчетная траектория движения облака G2, падающего в черную дыру в центре Млечного пути.

Помимо этого, его идея — отказаться от горизонта в пользу видимого горизонта — не является новой и предлагалась раньше. На самом деле одну из первых работ на эту тему выполнили мы с Григорием Вилковыским почти 35 лет назад. В 1979 году я докладывал ее на конференции в Триесте, где, кстати, Хокинг присутствовал.

В нашей работе мы исходили из того, что в области больших кривизн теория Эйнштейна нуждается в модификации. Поскольку соответствующая квантовая теория гравитации неизвестна, мы предположили только, что она «излечивает» трудности классической теории и, в частности, устраняет сингулярность внутри черной дыры.

В рамках такой модели мы и пришли к выводу о возможности существования несингулярных черных дыр с замкнутым видимым горизонтом и без горизонта событий.

─ Проблема файервола ведь не единственная. Расскажите о проблеме энтропии черных дыр

─ Черная дыра излучает как нагретое тело. Поэтому неудивительно, что для описания ее свойств разумно использовать термодинамику. Если есть температура, то объект должен иметь определенную энтропию.

Идею об энтропии черной дыры предложил физик Яков Бекенштейн в 1972 году, еще до открытия Хокингом квантового излучения.

Проблема состоит в том, что эта энтропия чудовищно велика. Достаточно сказать, что энтропия только одной черной дыры в центре нашей Галактики превосходит энтропию всего вещества и излучения в видимой Вселенной.

Для того чтобы понять, почему эта проблема действительно сложна, давайте рассмотрим следующую задачу. Пусть имеется сфера площади S. Покроем ее равносторонними треугольниками, и пусть площадь каждого из них есть s. Число треугольников в этом покрытии N=S/s. Теперь раскрасим треугольники. Пусть каждый из них имеет или синий, или красный цвет. Число вариантов такой раскраски 2^N. Используя специальный код, мы можем использовать такую раскрашенную сферу для передачи информации, причем величина этой информации пропорциональна логарифму числа вариантов раскраски, то есть N. Соответственно, если информация о раскраске нам недоступна, мы охарактеризуем ее потерю энтропией порядка N. Так вот, чтобы получить энтропию черной дыры, надо предположить, что соответствующие «треугольники» имеют планковский размер.

Иными словами, для объяснения энтропии черной дыры необходимо привлечь квантовую гравитацию.





Существует несколько подходов, предлагающих объяснение природы энтропии черных дыр. Наиболее продвинутый подход основан на теории струн. Альтернативный метод использует так называемую петлевую теорию гравитации. Мы с Дмитрием Фурсаевым и Андреем Зельниковым предложили подход, основанный на идее Сахарова об индуцированной гравитации. Хотя достигнут известный прогресс, исследования этой проблемы продолжаются.

Чтобы объяснить суть идеи Сахарова, можно использовать следующую аналогию. Пусть имеется кристалл. Если к нему приложена сила, он деформируется. Деформацию можно описать как усредненный сдвиг положения атомов кристалла, и мы получаем теорию упругости. Сахаров предположил, что изначально гравитация подобна полю деформаций и она становится динамической только как результат коллективного квантового движения массивных степеней свободы (конституентов) какой-то более фундаментальной теории. Наше предложение было в том, чтобы объяснить энтропию черной дыры, связав ее с энтропией конституентов.

─ Какие еще теоретические проблемы связаны с черными дырами и в чем их суть?

В заключение упомяну еще одну нерешенную проблему черных дыр. Это вопрос о том, как устроено пространство-время внутри черной дыры и что происходит с веществом, попавшим в нее.

Известно, что в процессе неотвратимого сжатия вещества кривизна растет и достигает таких значений, при которых теория Эйнштейна перестает работать и должна быть модифицирована. Мы еще мало знаем о том, как последовательно это можно сделать.

В этой ситуации нам пока остается строить модели, основанные на разумных принципах, и проверять их самосогласованность. Одна из таких моделей была предложена 20 лет назад в совместной моей работе с Моисеем Марковым и Вячеславом Мухановым.

Согласно этой модели внутри черной дыры вместо образования сингулярности происходит зарождение одной (или даже нескольких) новых вселенных типа нашей. Любопытно, что за прошедшее время эта идея стала довольно популярной.

Рост кривизны внутри черной дыры связан с ускорением процесса «сжатия пространства». Если допустить, что кривизна не может расти неограниченно, должен существовать универсальный механизм, замедляющий этот рост, что эквивалентно появлению доминирующих сил отталкивания.

Остановив процесс сжатия, они могут привести к началу расширения, и тогда возможно возникновение стадии инфляции, которая существовала в нашей ранней Вселенной. В этом случае внутри черной дыры рождается новая вселенная.

Автор: Андрей Коняев.
donmigel_62: (кот - учёный)

Черная дыра нарушила энергетический предел

Черная дыра, обнаруженная в соседней галактике, обошла теоретический предел яркости, опровергнув факт, что предел Эддингтона – фундаментальный закон природы.



Галактика М 83 (фото кликабельно)

Считается, что энергия излучения не может быть выше так называемого предела Эддингтона, напрямую связанного с массой дыры. Иначе засасываемый газ просто покинул бы зону притяжения черной дыры, которая перестала бы расти.









Предел Эддингтона – величина мощности электромагнитного излучения, исходящего из недр звезды, при которой его давления достаточно для компенсации веса оболочек звезды, которые окружают зону термоядерных реакций, то есть звезда находится в состоянии равновесия: не сжимается и не расширяется. При превышении предела Эддингтона звезда начинает испускать сильный звездный ветер.


Однако новое исследование Роберто Сории (Roberto Soria) и его коллег из университета Кёртин в Австралии показало, что предел Эддингтона – это отнюдь не фундаментальный закон природы, а всего лишь ориентир.

Ученые обнаружили в соседней галактике черную дыру массой, превышающей солнечную в 100 раз. Однако она испускала излучение в миллионы раз большей энергии, чем должна была.

Черная дыра в галактике M 83

©Hubble Legacy Archive, ESA, NASA

Специалисты подробно изучили черную дыру в спиральной галактике M 83.

Messier 83 (M 83) – спиральная галактика с перемычкой в созвездии Гидра. Она находится на расстоянии приблизительно 15 миллионов световых лет от нас. В галактике было зарегистрировано шесть сверхновых (SN 1923A, SN 1945B, SN 1950B, SN 1957D, SN 1968L и SN 1983N).


В течение года ученые наблюдали за черной дырой, а также ее излучением в рентгеновском, оптическом и радиодиапазонах. Несмотря на ее относительно небольшую массу, количество излучаемой энергии значительно превышало предел Эддингтона.

Степень яркости этого объекта также указывает на то, что он должен был поглощать газ и излучать энергию тех же порядков, по крайней мере, в течение последних 10 тысяч лет. Сначала мы подумали, что это разовое явление – выброс столь мощного излучения – но теперь мы видим, что оно довольно-таки постоянное.

– Нокс Лонг, соавтор исследования из Научного института космического телескопа в Балтиморе, США

Каким образом и почему черная дыра в галактике M 83 нарушает этот предел Эддингтона, ученые пока не знают. Но наблюдения продолжаются, и в ближайшее время специалисты намерены получить больше сведений об этом объекте. Завершив исследование, можно будет установить не только роль этой черной дыры в развитии ее галактики, но и в целом определить роль черных дыр в эволюции звездных систем.


donmigel_62: (кот - учёный)
Астрономы смогли увидеть громадные облака газа, вращающиеся по орбите вокруг сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Раньше считалось, что поглощаемое вещество образует относительно равномерное, похожее на туман кольцо. На самом деле, оно формирует скопления, достаточно плотные для того, чтобы периодически затуманивать интенсивное излучение, которое исходит от этих громадных объектов, когда они накапливают и поглощают материю. Этот труд будет опубликован в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Существование таких облаков доказывают данные, которые в течение более 16 лет собирал спутник NASA - Rossi X-ray Timing Explorer, который вращается на низкой околоземной орбите, оснащенный приборами, которые измеряли изменения источников рентген-излучения. Эти источники - активные ядра галактик, ярко светящиеся объекты, которые получают свою энергию от сверхмассивных черных дыр, когда те собирают и уплотняют громадные количества пыли и газа.


Просмотрев данные о 55 активных ядрах галактик, астрофизик университета Калифорнии Алекс Марковитц (Alex Markowitz) и его коллеги обнаружили множество примеров «заглушения» рентген-сигнала время от времени, на периоды от нескольких часов до нескольких лет, в основном тогда, когда облако плотного газа проходило между источником излучения и спутником.

Соавторами доклада были Мирко Крумпе (Mirko Krumpe) из Европейской Южной Обсерватории в Гарчинге, Германия и Роберт Никутта (Robert Nikutta), из университета Андрес Белло в Сантьяго, Чили.

Облака, за которыми они наблюдали, вращаются по орбитам на расстоянии от нескольких световых недель до нескольких световых лет от центра активного галактического ядра. Одно из них, в спиральной галактике NGC 3783, которая находится недалеко от созвездия Центавра, похоже, сейчас находится на полпути к тому, чтобы быть разорванным на части приливными силами.
donmigel_62: (кот - учёный)
Два астрофизика, Карло Ровелли (Carlo Rovelli) и Франческа Видотто (Francesca Vidotto), предполагают, что структура, известная как звезда Планка, существует в центре черных дыр. Это позволяет предположить, отмечают они, что черные дыры в какой-то момент возвращают всю информацию, которую они втянули, во Вселенную.

Современные представления о черных дырах заключаются в том, что у них есть две очень простые части, горизонт событий и сингулярность. Так как зонд не может быть отправлен в черную дыру, чтобы увидеть то, что действительно происходит, исследователи должны полагаться на теории. Теория сингулярности страдает от того, что стало известно как "информационный парадокс" - черные дыры появляются, чтобы уничтожить информацию, что, кажется, нарушает правила общей теории относительности, потому что они вместо этого следуют правилам квантовой механики.

Идея «звезды Планка» берет начало из аргументов к теории Большого взрыва. Она предполагает, что, когда происходит неизбежное Большое сжатие, вместо формирования сингулярности,  происходит что-то немного более ощутимое – что-то по масштабу Планка. И когда это случится, произойдет скачок, в результате которого Вселенная расширится снова, а затем коллапсирует снова и так далее до бесконечности и обратно.


Ровелли и Видотто задались вопросом, почему это не может относиться и к черным дырам, а сингулярность в их центре не может быть структурой Планка – звездой – что позволило бы общей теории относительности вернуться в игру. Если бы это было так, то черная дыра могла медленно в течение долгого времени терять массу за счет излучения Хокинга, а звезда Планка внутри расти за счет поглощения информация. В конце концов, звезда пересечет горизонт событий и черная дыра дематериализуется в одно мгновение, когда вся информация, всасываемая за все время, извергнется во Вселенную.

Эта новая идея Ровелли и Видотто несомненно пройдет тщательную проверку в астрофизическом сообществе и, скорее всего, завершится дискуссией между теми, кто примет идею звезды Планка за ответ на информационный парадокс, и теми, кто воспримет всю идею неправдоподобной.

http://phys.org/news/2014-02-astrophysicists-duo-planck-star-core.html

donmigel_62: (кот - учёный)

Первичные чёрные дыры предложено отслеживать по реликтовому излучению

Кажется, нет ничего дальше от реальности, чем попытки обнести чёрную дыру зеркальной стеной. Но именно такая ситуация, судя по всему, могла и впрямь сложиться вокруг чёрных дыр в самом начале истории Вселенной.

В 1974 году физики-теоретики Уильям Пресс (William Press) и Саул Тукольски (Saul Teukolsky) выдвинули идею: если чёрная дыра (ЧД) вращается с достаточной быстротой, свет в меру большой длины волны, проходящий поблизости от неё, будет рассеян дырой, а не поглощён. Далее ЧД можно окружить чем-то вроде зеркала, от которого эти световые волны будет отражаться, а затем рассеиваться дырой ещё раз, потом отражаться, и так далее — как в обычном лазере, усиливаясь за счёт энергии вращения чёрной дыры. Поскольку такая энергия довольно велика, единожды убрав зеркало на одном из направлений, можно получить очень мощный импульс.

Вам кажется, что попытки окружить ЧД зеркальной стеной — это нечто невообразимое? Между тем, по мнению Абрахама Лёба (Abraham Loeb) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США), именно такая ситуация могла сложиться вокруг чёрных дыр в начале времён.

Чёрнодырная бомба? (Иллюстрация Stuart Daly.)

Его концепция касается так называемых первичных (или изначальных) чёрных дыр — объектов третьего класса, не являющихся ни ЧД звёздных масс, ни сверхмассивными. Подобные ЧД должны были образовываться в ранней Вселенной в местах, где плотность материи была слишком высокой, без таких процессов, как коллапс звезды. То есть схлопываться в первичные ЧД должны были особо насыщенные газом области юной Вселенной, устраивая что-то вроде «Большого взрыва наоборот», только в ограниченном регионе пространства...


Если эти первичные ЧД — пространственно микроскопические и пока не обнаруженные наблюдениями, — и существовали, то основная их масса должна быть невелика — от самых лёгких, по массе меньших, чем Луна, до тех, что чуть побольше (вплоть до габаритов холодильника) и имеют массу Юпитера.

Собственно говоря, вы уже поняли, куда гнёт американский исследователь. А что если, спрашивает он, такие первичные ЧД и есть реальные явления, стоящие за словосочетанием «тёмная материя»? Чтобы объяснить наблюдаемую Вселенную корректно, такая масса должна быть примерно в 5,5 раза больше, чем у всей обычной барионной материи, такой как звёзды, газ, пыль и прочее. Следовательно, физики, ныне ищущие вимпы и иные частицы-кандидаты на роль тёмной материи (ТМ), согласно Абрахаму Лёбу, лезут не на то дерево. «Субатомные частицы предсказываются спекулятивными теориями физики частиц, в то время как ЧД определённо существуют и могут иметь разные массы, — говорит учёный. — Это не такой уж большой шаг вперёд — представить, что они могут отвечать и за ТМ».

Однако первичные ЧД должны порождать видимые астрономам события микролинзирования, скажете вы, а таких пока не слишком много. Опять же первичные ЧД должны испаряться гораздо быстрее более массивных современных, и в конце жизни они могут дать довольно сильную вспышку в гамма-диапазоне. Где же они? Тут и вступает в игру первый тезис г-на Лёба: в ранней Вселенной коллапс обычного вещества вряд ли был настолько симметричным, чтобы породить ЧД, которая не являлась бы вращающейся. А значит, стоит лишь окружить её зеркалом — и смертный час такой дыры будет выглядеть вовсе не так, как ожидали астрономы: вместо умеренной силы гамма-вспышки случится что-то вроде мощного взрыва, при этом ещё и направленного.

Да, но откуда в космосе брались зеркала, чтобы окружать ими первичные ЧД? Вернёмся к Большому взрыву, предлагает Абрахам Лёб. На каждые 10 млрд фотонов приходилась одна частица материи других типов — и там было довольно много электронов. Пока их частота выше частоты всех фотонов, которые электроны встретят на своём пути, плазма, содержащая электроны, будет отражать все фотоны, работая как зеркало, причём окружающее первичные ЧД со всех сторон.

Частота колебаний электронов зависит от их плотности в пространстве, и по мере расширения Вселенной неизбежно наступил бы момент, когда частота упала бы ниже критического уровня, нужного, чтобы удержать фотоны, — и вот вы уже наблюдаете чёрнодырную бомбу в действии.

Очевидно, если такие явления существуют, то их в принципе можно найти в окружающем космосе, даже несмотря на то, что момент падения частоты электронов может наступить в далёком прошлом Вселенной. Например, окрестности первичной ЧД после «выключения зеркала» должны прилично нагреться при взрыве, и всё это породит большие отклонения в спектре реликтового излучения, имеющего температуру 2,7 К и идущего к земному наблюдателю со всех сторон.

Один из физических нобелиатов-2006 Джон Мазер (John C. Mather), , «у меня нет ни малейших идей о том, почему нечто подобное до сих пор никому не приходило в голову». Мол, «это довольно интересно».
замечает
Г-н Лёб и Ко уже провели быстрый первичный анализ реликтового излучения, надеясь выявить подобные отклонения от ожидаемой картины. Увы, действительно большие первичные ЧД таким образом выявить не удалось, и верхние ограничения по массе ещё существующих на сегодня первичных ЧД должны равняться 1% от ожидаемой массы тёмной материи.

Рано или поздно первичные ЧД должны были выдать сильную вспышку по типу лазерной. (Илл. Shutterstock.)

Более того, даже если таких следов первичных ЧД по отклонениям реликтового излучения не удастся обнаружить вообще, сам механизм превращения вращающейся ЧД в эдакую бомбу, испускающую сверхмощное излучение, стоит держать в памяти. В самом деле: физики далеко не уверены, что знают все частицы окружающего мира. И при определённых условиях некие пока неведомые частицы, по свойствами близкие к фотонам, могут создать подобный эффект сверхмощной вспышки на базе достоверно существующих современных нам вращающихся чёрных дыр, среди которых есть и сверхмассивные.

Ну а если наблюдения всё же выявят аномальные отклонения, связанные с первичными ЧД, или, напротив, покажут их отсутствие, это станет совершенно новым методом проверки существования первичных чёрных дыр в ранней Вселенной, чего ранее предложенными методами сделать было почти невозможно.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review D, а его препринт доступен здесь.

Подготовлено по материалам NewScientist. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.
donmigel_62: (кот - учёный)

Эй, НАСА, а черные дыры таки существуют! (перевод)

«Моя цель проста: полностью разобраться в устройстве Вселенной и понять, почему она такая и зачем она существует».
Стивен Хокинг

От переводчика. А вы,заметили что тема космоса становится всё популярнее? Curiosity покоряет Марс, Virgin Galactic продает билеты на суборбитальные космические полеты, а Китай стал третьей страной, добравшейся до Луны. На самом деле, еще большие изменения происходят в космической теории. В этой статье  речь пойдет о том, как изменилось представление ученых о черных дырах за последние пару лет. В переводе не исключены ляпы — пишите в личку или подробно (чтобы всем было понятно и интересно) в комментариях. Заранее большое спасибо и приятного чтения!


(Претензии на тему jpeg/png отправлять автору статьи.)






Для нас с вами, живущих на задворках Вселенной, главным источником гравитации является планета Земля. Чтобы вырваться из ее гравитационных объятий, нужно превысить вторую космическую скорость — наименьшую скорость, необходимую для преодоления гравитационного притяжения, создаваемого нашей планетой. Люди уже не раз успешно это делали — всего и делов, что разогнаться до 11,2 км/с (0,004% скорости света).



По сравнению с тем, что творится в космосе, скорость совсем не большая. С одной стороны, наша планета обладает приличной массой 6 × 10^24 кг. С другой, вся эта масса распределена в довольно большом объеме пространства, поэтому и скорость побега с Земли такая скромная.

Позволь нам законы физики сжать Землю в намного более плотный комок материи, вторая космическая скорость выросла бы значительно. Уменьшите нашу планету до шара радиусом менее 1 см — и с нее уже никто и ничто не сможет улететь. Даже свет. Вот так легким движением руки Земля превращается в черную дыру.



Скорость света в вакууме — общий предел скорости. Во Вселенной есть места сосредоточения огромных масс в таком небольшом объеме, что из них ничто не может вырваться. Долгое время черные дыры существовали только в теории: предполагалось, что невозможно уместить столь огромную массу в крохотном объеме пространства. Ситуацию изменили несколько занятных космических открытий.

Например, были найдены абсолютно темные участки космоса с невероятно сильным рентгеновским и радиоизлучением. Или звезды, разрываемые на части: их вещество куда-то утекало, но поблизости не было ни одной сверхмассивной звезды. Наконец, в самом центре нашей галактики звезды обращаются вокруг невидимого объекта, масса которого предположительно составляет около 4 миллионов масс Солнца. И ни лучика света.



Да это же и есть черная дыра! Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что черные дыры должны искажать пространство, создавая интересные оптические эффекты (достаточно лишь посмотреть на пространство за черной дырой).



Так что же, такие объекты совершенно, целиком и полностью черные и с них ничего не может улететь? Вопрос логичный, но он очень долго оставался без ответа. Дело в том, что согласно теории Эйнштейна черные дыры были классическими объектами, то есть должны были описываться непрерывным пространством-временем и обладать массой, зарядом и моментом импульса. Но мы знаем, что в нашей реальности материя и энергия по своей сути, скорее, дискретны, чем непрерывны. К сожалению, подружить квантовую механику с общей теорией относительности пока никому не удалось.



Кажется, по своей природе Вселенная все же дискретна, но квантовой теории пространства-времени по-прежнему нет. А раз нет квантовой теории тяготения, единственный способ разобраться с черными дырами — вести расчеты нашей дискретной Вселенной (вот тут квантовая теория поля и пригодится) в искривленном пространстве-времени, предсказанном общей теорией относительности.



Непростая задача. Уж я-то знаю: сам занимался расчетами. И был далеко не первым. Первым был Стивен Хокинг: в середине 70-х он довел до ума модель дискретной по своей сути Вселенной, существующей в искривленном пространстве-времени (а искривлялось пространство из-за черной дыры).

Итак. В вакууме постоянно рождаются и исчезают квантовые флуктуации, то есть пары «частица + античастица». В то же время есть горизонт событий черной дыры — всё, что в него провалится, уже не сможет выбраться обратно.



А что если флуктуация появится прямо на горизонте событий? Ведь в этом случае античастица имеет шанс провалиться в него, а частица — вырваться наружу! По закону сохранения энергии черная дыра обязана терять массу. Спектр излучения черной дыры такой же, как у абсолютно черного тела, и определяется ее массой и искривлением близлежащего пространства. (Правильно рассчитать спектр поможет квантовая теория поля.) Все остальные характеристики ЧД — продолжительность жизни, время испарения, скорость потери энергии — определяются этим феноменом, который мы с вами знаем под названием «излучение Хокинга».

Другими словами, черные дыры не такие уж черные!



Пусть у нас нет законченной всеохватывающей квантовой теории тяготения. Пока мы неплохо справляемся с теми инструментами, что у нас есть: 1) общая теория относительности для описания пространства и времени, 2) квантовая теория поля с уравнениями для работы с материей и энергией. Представьте себе, что вы летите в черную дыру. Сначала вы попадете в аккреционный диск, затем обнаружите внутреннюю стабильную круговую орбиту, а за ней… А за ней уже ничего не должно быть: черная дыра поглощает всё и вся и быстренько прячет это за свой горизонт событий. Попав внутрь, обратно вы уже не выберетесь. Ничего не выберется. Кроме излучения Хокинга.

Но пару лет назад одна работа наделала немало шума. В ней утверждалось, что при пересечении горизонта событий вас испепелит «огненная стена» черной дыры.



Та работа показала, что три следующих утверждения не могут быть истинными одновременно.


  1. Излучение Хокинга находится в чистом квантовом состоянии.

  2. Информация, которую содержит излучение, испускается вблизи горизонта событий, а на микроскопическом расстоянии от горизонта событий действует низкоэнергетическая эффективная теория поля.

  3. Падающий в черную дыру наблюдатель не увидит на горизонте событий ничего необычного.


Это интересный парадокс. Раньше мы думали, что излучение Хокинга не допускает потери информации, а горизонт событий реально существует и из него ничего не может вылететь, а также что при пересечении горизонта событий мы не столкнемся с «огненной стеной» (то есть не увидим ничего необычного — см. утверждение № 3). И все же одно из трех утверждений должно быть ложным. Какое именно?

Часто говорят, что физика движется вперед благодаря таким открытиям. Но верно и другое: решение этого (или любого другого) парадокса не зависит от мнения самого знаменитого, важного и уважаемого ученого в этой области. Оно зависит исключительно от самих научных заслуг.



Самуэль Л. Браунштайн, Стефано Пирандола, Кароль Жичковски. Возможно, эти имена вам неизвестны. Но в прошлом году эти физики открыли кое-что очень интересное. Вот смотрите: излучение Хокинга происходит из пары квантово запутанных частиц, одна из которых падает в черную дыру, а другая умудряется сбежать на свободу. Если разорвать их запутанность, измерив свойства сбежавшей частицы, на горизонте событий должна возникнуть та самая огненная стена — барьер из частиц с высокой энергией. Вот вам и парадокс: одна частица падает внутрь, другая вылетает наружу, и они квантово запутанны.

Самое интересное, что чем больше запутанность на горизонте событий черной дыры, тем позднее опускается огненный занавес. Больше запутанность — больше времени. А в нашей Вселенной, как написали эти ученые, запутанность на всех горизонтах событий максимальна, а значит, время, необходимое для появления огненной стены, бесконечно. Неплохой вывод. Пусть он не решает парадокс, но хотя бы дает нам понять, что проблема, скорее всего, не в утверждении № 3.

Затем случилось вот это:



Хокинг предложил избавиться от утверждения № 2. Просто убрать понятие классического горизонта событий. Причина, может, конечно, и в этом, но предложение, мягко говоря, непоследовательное и не кажется правильным. Пресса дружно подхватила идею, заголовки статей пестрили словами «Черные дыры не существуют!», но ни дискретность Вселенной, ни существование излучения Хокинга вовсе не отменяют понятие горизонта событий.

Ну ладно, раз уж ученые поняли, что проблема не в утверждении № 3, может быть, стоит повнимательнее присмотреться к утверждению № 1? Следует заметить, что говоря о невозможности потери информации (сохранении унитарности), мы всегда подразумевает излучение в чистом состоянии. Но что если излучение Хокинга не находится в квантово чистом состоянии? Так мы избежали бы потери информации!

На эту темы есть два очень интересных исследования. Вместе с упомянутой выше работой Браунштайна, Пирандолы и Жичковского они кажутся мне важнейшими со времени появления парадокса изысканиями. И ни одна из этих работ не связана с Хокингом или Зюскиндом.



Представьте себе, что у вас есть две пары частиц с одинаковым моментом и в обеих парах одна частица проваливается за горизонт событий, а другая сбегает. Если обе провалившиеся частицы квантово запутанны со сбежавшими, происходит потеря информации, поскольку теряется унитарность.

Но братья Верлинде доказали, что унитарность можно сохранить, ведь частицы с одинаковым моментом взаимозаменяемы: вместо двух пар «одна частица провалилась, другая вылетела» мы получаем пары «обе провалились» и «обе вылетели», тем самым лишая частицы запутанности.* И больше никаких квантово запутанных частиц по разные стороны горизонта событий! (И никакой огненной стены.) Вот это идея! Гм, но как же все-таки разрешается наш парадокс огненной стены?



Но совсем недавно Сабина Хоссенфельдер опубликовала работу о том, что превращения, сохраняющие информацию, обладают некоторыми чрезвычайно интересными свойствами.


  • Обмен для распутывания частиц (чтобы информация не пересекала горизонт событий) может быть локальным, то есть он может происходить между двумя точками, которые постоянно связаны между собой причинно.

  • Такое локальное взаимодействие может происходить в одном и только в одном месте прямо на горизонте событий.

  • Наконец, самое важное: между состояниями излучения, испускаемого в разное время, нет запутанности. (Запутанность была бы необходима для квантово чистого состояния.)


Эти три работы показывают нам, что никакой огненной стены нет, а парадокс решается, если ложно утверждение № 1, говорящее о чистом состоянии излучения Хокинга.



Обо всем этом вы не узнаете из СМИ, потому что заголовок такой статьи был бы скучным и всё это кажется сложным. Да и где тут громкие имена? Но это правда: излучение Хокинга не находится в чистом состоянии, а значит, огненной стены нет, как нет и парадокса.

Нам еще многое предстоит узнать и понять о черных дырах, горизонтах событий и поведении квантовых систем в сильно искривленном пространстве-времени. Впереди еще много интересных исследований. Правда, решая кое-какие моменты, они ставят перед нами еще больше вопросов. Зато теперь мы точно знаем, что не поджаримся, когда будем падать в черную дыру. Причиной смерти будет «спагеттификация», а не пожар!



Настоящим парадокс огненной стены объявляется закрытым!

* Огромное спасибо Сабине Хоссенфельдер, автору этой работы, за подробное объяснение ее теоретических выкладок и множества нюансов по этой теме. Ее реакцию на громкое заявление Хокинга можно прочитать здесь.

http://habrahabr.ru/post/211693/
donmigel_62: (кот - учёный)

Парадокс огненной стены закрыт, классическая чёрная дыра спасена?

И всё это достижимо без модифицирования горизонта событий, утверждает немецкий физик Сабина Хоссенфельдер. Почему она не видит ничего достойного внимания в последней работе Стивена Хокинга? И что из всего этого следует?

Вы уже знаете это: Стивен Хокинг посчитал лучшим решением парадокса «огненной стены» предположение о том, что у чёрной дыры (ЧД) нет настоящего горизонта событий и налицо лишь кажущийся горизонт, который не является — в отличие от традиционной ЧД — вечным.

Что ж, в январе с. г. решение проблемы огненной стены было предложено не только им. Работа Сабины Хоссенфельдер (Sabine Hossenfelder) из Северного института теоретической физики (Швеция) утверждает, что такого парадокса нет, а потому модификации классических представлений о ЧД до некоторой степени не вполне оправданны.

Квантовая запутанность частиц, появляющихся у горизонта чёрной дыры, создаёт парадокс «огненной стены» — но только если запутанность между ними не исчезнет. (Здесь и ниже иллюстрации JPL / NASA.)

Чтобы полностью понять настоящее, часто надо вернуться в прошлое, и глубины первого и второго действия иногда прямо пропорциональны: на сей раз в прошлое придётся отправиться хотя бы лет на сорок.



Когда идея горизонта событий замаячила над головами учёных, стали возникать неприятные вопросы. Вот, например: горизонт событий (классический) пресекается только в одном направлении, но это, кажется, противоречит термодинамике! При стремлении температуры к абсолютному нулю энтропия тел системы тоже стремится к нулю — следовательно, абсолютного нуля нельзя достичь ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии: вы будете бесконечно приближаться к нему по асимптоте, и только, по типу Ахиллеса, догоняющего черепаху.

Но если абсолютный нуль недостижим — значит, все тела должны хоть что-то да излучать, как-то отдавать хоть чуть-чуть тепла. Однако горизонт событий вроде бы ничему излучаться не даёт, ведь его даже свет не может преодолеть. Тогда — ровно сорок лет тому назад — Стивен Хокинг выдвинул идею так называемого излучения Хокинга. Чтобы ЧД «начала» излучать, учёный использовал квантовую механику: поскольку мы не можем знать точную энергию объекта в любой момент, она может серьёзно колебаться, хотя среднее её значение при этом будет неизменным. Поэтому около горизонта событий, рассуждал физик в ту пору, может появляться пара частиц («из ничего»), и одна частица из пары будет поймана внутри горизонта (на каплю уменьшая массу ЧД), в то время как другая покинет ЧД как излучение, унося с собой каплю её энергии.

Решение было элегантным, но тогда ещё никто не знал, что через 38 лет из излучения Хокинга, помирившего термодинамику и ЧД, родится другая сущность — парадокс «огненной стены». Дело в том, что пара частиц, рождённых, так сказать, вышеупомянутым квантовомеханическим путём, появлялась «из ничего», будучи квантово запутанной, — а значит, убегание одной частицы и удержание другой такую запутанность разрушает. Квантовомеханически говоря, частицы рождаются в чистом (не смешанном) состоянии, а горизонт событий это чистое состояние разрушает.

Нотки печали особенно усиливаются потому, что если весь этот процесс появления излучения Хокинга действительно повествует о частицах в чистом квантовом состоянии, то ЧД, во-первых, не может излучать без издевательства над термодинамикой, а во-вторых, если и может, то тогда за поверхностью горизонта событий должны образоваться потоки частиц чрезвычайно высоких энергий, разрушающие любое попадающее внутрь тело. Как мы уже много раз говорили, во втором варианте на заклание вместо термодинамики надо отдать либо общую теорию относительности, либо квантовую механику, хотя это неприятно и противоречит очевидным успехам этих направлений в последние десятилетия.

Спохватившийся Стивен Хокинг решил загнать джинна излучения имени себя обратно в бутылку, предположив, что огненной стены нет, потому что горизонт событий не ловит ничто навечно, а потому и особой нужды в нагнетании обстановки с излучением нет.

А вот Сабина Хоссенфельдер показывает нам, что излучение Хокинга вполне может рождаться и не в чистом состоянии. Такое излучение, считает исследовательница, образуется не благодаря появлению пар квантово запутанных частиц, а благодаря появлению... двух пар запутанных частиц. Внешне различий нет: излучение Хокинга для стороннего наблюдателя будет в любом случае (что удержит на плаву термодинамику). Но — и это ключевой момент — вместо чистого состоянии у частиц, которым излучение обязано своим существованием, будет смешанное, то есть такое, в котором не задан полный набор независимых физических величин, определяющих состояние системы, а есть лишь вероятности нахождения системы в различных квантовых состояниях. Раз чистое квантовое состояние не возникает, то его нельзя и разрушить, а именно из его гипотетического разрушения и вытекает огненностенный парадокс.

Каково состояние квантово сцепленных частиц — чистое или смешанное?

Как далее показывает г-жа Хоссенфельдер, между частицами излучения Хокинга, испущенного, скажем, 200 млн лет назад, и сегодня никакой запутанности нет, что подрывает возможность того, что частицы излучения являют собой случай чистого квантового состояния. При отсутствии квантовой запутанности противоречия между классическим и квантовым описаниями событий у горизонта ЧД сглаживаются, а огненная стена исчезает (подробности о роли запутанности в строительстве стены см. здесь). Итак, все довольны: три потенциально ущербные группы физических теорий целы, традиционные чёрные дыры — тоже. Хокинговское излучение не находится в чистом квантовом состоянии, огненной стены нет, парадоксов нет. Но что же с самим Стивеном Хокингом и нанесённым им скоропалительным ударом по горизонту событий, который он «переделал» из вечного в кажущийся, видимый, со временем обречённый на исчезновение?

Надо сказать, что существует множество других моментов, которые давят на физиков, заставляя их дрейфовать в сторону идеи о невечном, кажущемся характере горизонта событий чёрных дыр. Поэтому Сабина Хоссенфельдер и замечает, что является сторонником подобных идей — но её тезис о кажущемся характере горизонта событий ЧД был выдвинут четыре года назад (в соавторстве с Ли Смолиным). Поэтому она заявляет: «"Работа" Хокинга в действительности — лишь запись его выступления прошлого года, резюме его мыслей по поводу огненной стены чёрных дыр. И ни одну из этих мыслей я не нахожу ни замечательной, ни выдающейся. Будь его работа выложена кем-то другим, её никто не заметил бы».

Хотя огненная стена падающему в чёрную дыру не грозит, угрозы спагеттификации с летальным исходом тоже никто не отменял.

В общем, ничего нового г-н Хокинг не сказал, считает г-жа Хоссенфельдер. А вот мы не были бы столь категоричны: резкость её реакции во многом обусловлена не столько тем, что в работе Стивена Хокинга «нет ничего нового» (на arXiv постоянно выкладываются чисто обзорные работы, да и г-н Хокинг не претендует здесь на особую новизну), сколько тем, что его тезисы получили мощное освещение в СМИ, в то время как опубликованная в январе работа самой Сабины прессой не замечена вовсе. Впрочем, так бывает: мало кто из учёных способен популярно изложить свои результаты, и мало кто из «неучёных» (включая даже физика из другой области) может быстро понять эти результаты самостоятельно, и всё это вряд ли вина одной лишь «раскрученности» Стивена Хокинга.

Отвлекаясь от понятной с эмоциональной точки зрения оценки «ни одну из этих мыслей я не нахожу ни замечательной, ни выдающейся», резюмируем: парадокс «огненной стены» действительно решён без уничтожения горизонта событий, но его переделки в «кажущийся» всё равно следует ожидать даже вне связи с этим конкретным парадоксом. Вот только проверить истинную природу горизонта при современном уровне наших возможностей пока нельзя: ЧД далеко, а жизнь человеческая коротка, поэтому без дальнейшего продвижения в физике чёрных дыр ни подтвердить, ни опровергнуть «вечность» горизонта событий не получится...

Подготовлено по материалам различных источников.
donmigel_62: (кот - учёный)

Стивен Хокинг сомневается в природе чёрных дыр

В своей новой работе известный физик заявляет о необходимости покончить с концепцией «горизонта событий», ключевым элементом в наших сегодняшних представлениях о чёрных дырах. Именно попав за его пределы, ничто, включая свет, не может покинуть чёрную дыру (ЧД), что в конечном счёте порождает все эти парадоксы вроде потери информации (чего, казалось бы, не может быть) и прочих «огненных стен».

Вместо него г-н Хокинг предлагает концепцию «кажущегося горизонта» — мягко-беззубую в физическом смысле замену устрашающего чёрнодырного железного занавеса, которым, по сути, был «горизонт событий». «Кажущийся горизонт» только временно удерживает материю-энергию в ЧД, а затем всё же отпускает их, хотя и в слегка подправленном виде.

Если наши представления о гравитации и квантовой механике хоть сколько-нибудь полны, то чёрная дыра, возможно, вовсе не точка «полного невозврата». (Иллюстрация Victor Habbick Visions / Spl / Getty.)

«В классической теории из чёрной дыры нет спасения, — объясняет г-н Хокинг, — [а вот квантовая теория] позволяет энергии и информации покинуть ЧД». Разумеется, поскольку качественного объединения квантовой теории с гравитацией не наблюдается, «правильная манера обращения» с этим вопросом, замечает физик, пока «остаётся неизвестной».



Итак, к сути. Вы уже знаете, что Ахмед Альмхеири (Ahmed Almheiri), Джо Полчински (Joe Polchinski) и ряд их коллег пару лет назад задались вопросом, что же на самом деле случится с объектом (не важно, частицей или человеком), если он провалится за горизонт событий ЧД.


Не будем вновь утомлять вас подробностями (а впрочем, если желаете, то вот), но общие итоги были несколько неожиданными: если учесть законы квантовой механики, определяющей поведение частиц на малых масштабах, то ситуация с традиционным сравнительно безопасным падением условного объекта за горизонт событий резко меняется. А именно: граница горизонта событий должна быть насыщена энергией до такой степени, что входящее тело будет уничтожено.

Всё это выглядело весьма тревожно. Получалось, что, соблюдая законы квантовой механики, ЧД одновременно плевать хотела на общую теорию относительности — то есть проявляла редкостное неуважение к прямым предкам. По ОТО, ситуация для падающего в ЧД и просто для плавающего в межгалактическом пространстве тела субъективно не должна различаться, и прохождение через горизонт событий в ОТО-стиле (по крайней мере для больших чёрных дыр) должно являть собой непримечательное для условного астронавта событие.

Как вы уже догадались, заставь мы в умственном эксперименте ЧД уважать Эйнштейна — и она немедленно грубо надругалась бы над квантовой механикой, вплоть до, например, подрыва принципа унитарности или даже возникновения квантовой запутанности одного объекта с парой других одновременно (и кто его знает, что тут хуже).

Стивен Хокинг считает, что есть третий путь. Давайте не будем трогать квантовую механику, да и ОТО уважим: просто предположим, что у ЧД нет горизонта событий, на котором будет уничтожен любой входящий объект. Квантовые эффекты, считает он, вызывают в окрестностях чёрной дыры столь мощные флуктуации, что такой резкой границы, поверхности, «после которой — всё», просто не существует.

Такое место он называет «кажущимся горизонтом», поверхностью, вдоль которой световые лучи, пытающиеся вырваться наружу из чёрной дыры, будут «подвешены»: они, словно кэрролловская Алиса, будут бегать со скоростью в 300 000 км/с по барабану, вращающемуся так быстро, что лучи, несмотря на сверхстремительность «бега», едва удержатся на месте. Ситуация выглядит идентичной обычному горизонту, но является временной, хотя длительность периода удержания материи кажущимся горизонтом г-н Хокинг не обозначает.

Горизонт же событий в строгом смысле этого слова, то есть место, из которого свет не сможет вырваться никогда, Стивен Хокинг исключает. Из этого, естественно, следуют вполне зубодробительные выводы. «Отсутствие горизонтов событий означает, что нет такой штуки, как чёрная дыра, — в смысле наличия таких режимов, когда свет не может вырваться из неё», — уверен учёный. В связи с этим он предлагает выдать ЧД новое определение — «метастабильные связанные состояния гравитационного поля».

Что тут хорошего? Ну, огненную стену мы всё-таки разрушили, что уже плюс. Опять же, как замечает физик, это пока единственное решение парадокса «огненной стены», которое совместимо с CPT-инвариантностью, фундаментальной симметрией физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени.

Но у этой медали «За победу над горизонтом событий» есть и другая сторона. Сами посудите: если кажущийся горизонт ЧД по каким-то причинам сократится до размера столь малого, что эффекты гравитации (макромир) и квантовой механики (микромир) будут работать одновременно, то и «кажущийся горизонт» исчезнет, а всё то, что ЧД за свою долгую жизнь проглотила, будет явлено миру. Нет, конечно, не совсем в первоначальном виде (в ряде случаев всё будет деформировано до полной неузнаваемости), но и такое представление скрытых миллиарды лет объектов кажется весьма странным событием.

Более того, если г-н Хокинг прав, то внутри ЧД может не быть никакой сингулярности. Опять же в этом есть свой плюс — благо сингулярность физически не слишком внятное явление. Попадающая же внутрь материя будет двигаться к центру ЧД, но никогда не дойдёт до него и не будет полностью уничтожена. Следовательно, и информация, содержащаяся в такой материи, не уничтожится, а лишь окажется искажена до такой степени, что после того, как появится в окружающем мире при помощи, скажем, излучения Хокинга, будет радикально отличаться от изначальной, и стороннему наблюдателю станет почти невозможно восстановить, что же некогда упало в ЧД.

Сам Стивен Хокинг сравнивает такую задачу с предсказанием погоды наперёд: в теории возможно, на практике же слишком сложно, чтобы сделать это сколько-нибудь точно более чем на несколько дней.

Впрочем, для нас — существ, продолжительность жизни которых в сравнении с возрастом ЧД исчезающе мала, — ситуация внешне почти не изменится: ожидать исчезновения кажущегося горизонта событий за время человеческой жизни не стоит. (Иллюстрация Shutterstock.)

Заметим, что Джо Полчински, один из авторов изначального парадокса «огненной стены», скептически настроен по отношению к идеям г-на Хокинга. Он не очень-то верит в саму возможность существования ЧД без «вечного» горизонта событий. А бывший студент автора новой теории Рафаэль Боуссо (Raphael Bousso) из Калифорнийского университета в Беркли (США) говорит, что нынешняя работа мэтра отражает степень неприятия научным сообществом самой идеи огненной стены: чтобы исключить возможность её существования, люди готовы на многое.

Правда, он считает, что решение Стивена Хокинга может стать лекарством похуже самой болезни (огненной стены). «Идея о том, что нет такой точки, из которой вы [гарантированно] не сможете покинуть чёрную дыру, в некоторых смыслах даже ещё более радикальна и проблематична, чем существование огненных стен», — считает г-н Боуссо.

С препринтом рассмотренной работы можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Nature News. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock (1 и 2).
donmigel_62: (кот - учёный)

Космический телескоп Chandra помог найти одну из самых мощных черных дыр



Используя Космическую рентгеновскую обсерваторию «Чандра» (Chandra X-ray Observatory) и множество других телескопов, астрономы сумели найти одну из самых мощных черных дыр из когда-либо обнаруженных – гравитационно-интенсивную область космоса, расположенную почти в четырех миллиардах световых лет от Земли и препятствующую формированию триллионов звезд.

Эта черная дыра, находящаяся в скоплении галактик RX J1532.9+3021 (или RX J1532), создала гигантские структуры в горячем газе, который его окружает, сообщили исследователи из американского космического агентства. Изображение, выпущенное НАСА, показывает собранные вместе рентгеновские данные телескопа Chandra, представленные фиолетовыми оттенками, и оптические данные, полученные от космического телескопа Хаббл (Hubble), где отображаются галактики желтым цветом.

RX J1532 очень яркая в рентгеновских лучах, что намекает на её массивность – на самом деле, исследователи полагают, что масса кластера примерно в квадрильон раз больше массы Солнца. В центре скопления большая эллиптическая галактика – что-то вроде дома для сверхмассивной черной дыры, но количество горячего газа в этой области озадачило исследователей.

«Горячий газ, светящийся в рентгеновских лучах, должен остыть, в то время как плотный газа в центре скопления должен остывать еще быстрее», сказали представители НАСА. «Давление в этот прохладном газе должно упасть, в результате чего газ расширится в сторону галактики, образуя триллионы звезд на этом пути. Тем не менее, астрономы не нашли доказательств взрыва звезд, образующихся в центре этого кластера».


Согласно изображениям, полученным от Chandra и Very Large Array (VLA), причина того, что большое количество звезд не формируются в этой группе – наличие двух больших полостей в горячем газе по обе стороны от центральной галактики, расположившихся на одной прямой с джетами. Наличие черной дыры между ними предполагает, что сверхзвуковые джеты, генерируемые этой самой черной дырой, «просверливают» горячий газ и толкают его в сторону, формируя эти полости.

«Ударные фронты, вызванные расширением полостей, и выделение энергии звуковых волн служат источником тепла, который не позволяет большей части газа охлаждаться и формировать новые звезды», сказали ученые из НАСА. «Каждая полость простилается примерно на 100 тысяч световых лет, что почти равно ширине галактики Млечный Путь. Мощность, необходимая для их создания,  одна из крупнейших среди известных в скоплениях галактик».

В самом деле, требуется мощность, почти в 10 раз больше мощности, необходимой для формирования хорошо известных полостей в Персее, объяснили астрономы. В то время как вещество, падая в черную дыру, скорее всего генерирует энергию, необходимую для питания этих джетов, исследователи не обнаружили ни одного рентгеновского излучения из этого материала.

Это явление объяснимо, если черная дыра на самом деле ультрамассивная, а не сверхмассивная, – это означает, что она имеет массу примерно в 10 млрд. раз больше, чем наше Солнце. Этот тип черной дыры, вероятно, будет в состоянии создать мощные джеты без необходимости потреблять большое количество массы, что ограничивает излучение, возникающее при падении в нее материала.

Альтернативное объяснение этому – черная дыра всего в один миллиард раз больше, чем Солнце, но крутится так быстро, что это может привести к генерации более мощных джетов, чем у более медленно вращающихся – без дополнительного потребления материи. Не смотря на то, в обоих объяснениях, черная дыра чрезвычайно массивная.

http://www.redorbit.com/news/space/1113054204/extreme-black-hole-imaged-by-chandra-and-hubble-012414/

donmigel_62: (кот - учёный)

Ученые обнаружили нетипичную черную дыру

Астрономы обнаружили необычную черную дыру, которая вращается по орбите вокруг массивной, быстро вращающейся вокруг собственной оси звезды, позволяя предположить, что эта странная бинарная система может быть довольно типичной для галактики Млечный Путь.

Согласно докладу ученых, опубликованному 15 января в журнале Nature, огромная звезда MWC 656, которая относится к типу B(e)-, - небольших голубых звезд, - делит пространство с компаньоном – черной дырой звездной массы. Удивительно, что эта черная дыра не испускает рентген-излучения, - именно этим объясняется то, то объект до сих пор не был обнаружен.

"Важно отметить, что в нашей галактике известна только еще одна черная дыра с массивным звездным компаньоном - яркий источник рентген-лучей Cyg X-1", - заявляет автор исследования Хорхе Казарес (Jorge Casares) из Астрофизического института Канарских островов в Санта-Круз-де-Тенерифе (Испания).

Известно, что у многих B(e)- звезд, подобных MWC 656, есть компаньоны – чаще всего, небольшие и очень плотные останки сверхновых, - известные как нейтронные звезды. Однако никогда еще до сих пор не удавалось обнаружить черную дыру рядом с такой звездой.

MWC 656 находится на расстоянии около 8500 световых лет от Земли, ее масса – от 10 до 16 масс Солнца. Звезда вращается так быстро, на скорости около 1,08 млн километров в час, что огромное количество вещества выбрасывается с ее экватора, создавая диск вокруг звезды.


Используя два оптических телескопа обсерватории Roque de los Muchachos на Канарских островах, Казарес и его коллеги изучили эмиссию этого звездного диска. Так же ученые обнаружили оптические эмиссии, которые, как они решили, исходят от аккреционного диска газа и пыли, который поглощает близлежащая черная дыра.

Анализ этих линий эмиссии позволил предположить присутствие черной дыры с массой от 3,8 до 6,9 масс нашего Солнца.

Обычно черные дыры испускают высокоэнергичные рентген-лучи, когда вещества в аккреционном диске черной дыры по спирали спускается в нее, однако в системе MWC 656 этого не происходит. Возможно, все дело в том, что диск звезды вращается слишком быстро.

Открытие позволяет предположить, что система MWC 656, возможно, является лишь верхушкой айсберга. Возможно, таких спокойных черных дыр звездной массы может быть великое множество во Вселенной. Теперь, когда астрономы знают, что им нужно искать, они могут обнаружить другие такие же системы. Новое исследование так же может привести к тому, что астрономам придется пересмотреть некоторые гипотезы образования и эволюции систем черных дыр.
donmigel_62: (кот - учёный)

Ученые ждут столкновения в центре нашей галактики

Астрономы Университета Мичигана могут стать первыми свидетелями редкого столкновения, которое, как ожидается, может произойти в центре нашей Галактики к весне.

С помощью космического телескопа Swift (Свифт) ученые ежедневно делают снимки загадочного газового облака, движущегося по спирали к сверхмассивной черной дыре в центре Млечного Пути.

Газовое облако, которое получило название G2, было открыто в 2011 году немецкими астрономами. Они ожидали, что оно столкнется с черной дырой еще в конце 2013 года. Этого не случилось, однако облако продолжает двигаться ближе и ближе. Теперь астрономы считают, что столкновение произойдет в течение ближайших месяцев.

Астрономам никогда ранее не доводилось видеть подобного, а уж тем более быть непосредственными наблюдателями.


Сверхмассивные черные дыры, по общепринятому мнению, обитают в центрах эллиптических и спиральных галактик. По сравнению с другими черными дырами, наша довольно тусклая, однако, ученые считают, что она принадлежит к довольно распространенной разновидности, которую трудно изучить именно из-за ее неяркого света.

Это столкновение даст ученым уникальную возможность изучить, как «питаются» тусклые сверхмассивные черные дыры, и, возможно, почему они не поглощают материю так же, как их более яркие сородичи в других галактиках. В то время, как сами черные дыры невидимы, - они не испускают свет, - вещество, падая в них, светится в рентген-лучах.

С 2006 года ученые, используя рентген-приборы Swift, наблюдают не только за черной дырой Млечного Пути, но и за некоторыми черными дырами меньшего размера, а так же нейтронными звездами.

Обсерватория Swift быстро проводит анализ изменений яркости рентген-лучей с течением времени, - неожиданное увеличение яркости будет сигналом того, что столкновение произошло. Так же обсерватория немедленно публикует снимки онлайн.

Астрономы не знают наверняка, насколько сильно может измениться яркость, так как до сих пор не уверены в том, что из себя представляет газовый объект G2. Если он полностью состоит из газа, тогда эта область будет светиться в рентген-диапазоне в течение нескольких лет, пока черная дыра будет медленно поглощать облако. Однако, если G2 является окутанной газом старой звездой, тогда черная дыра только поглотит облако, а звезда может проскользнуть мимо, благодаря тому, что ее плотности может быть достаточно для того, чтобы сопротивляться притяжению черной дыры.

Черные дыры играют ключевую роль в жизненном цикле галактик. Они поглощают вещество из окружения и выбрасывают его обратно. Все это оказывает влияние на эволюцию всей галактики, - то, как формируются звезды, как растет галактика, как она взаимодействует с другими галактиками. А то, как развиваются галактики, влияет на эволюцию целой Вселенной.
donmigel_62: (кот - учёный)

Сколько стоит фото черной дыры? 14 млн евро

Сколько стоит фото черной дыры? 14 млн евро

Европейский исследовательский совет – организация, развивающая науку в ЕС, – собирается сделать первую фотографию черной дыры. Это будет, наверное, самый дорогой снимок в истории человечества: на проект группе европейских астрофизиков выделили грант суммой 14 млн евро.

Строго говоря, фотографией это не назвать, да и черную дыру увидеть невозможно. Однако физики уверены, что им удастся заснять горизонт событий – ту границу, за которую не может вырваться даже свет. Если задуманное удастся, ученые впервые получат реальные доказательства существования черных дыр, предсказанного общей теорией относительности.





«Хотя большинство астрофизиков верят в существование черных дыр, никто никогда их не видел, – говорит профессор Хейно Фальке (Heino Falcke) из Университета Неймегена, Нидерланды. – Современные технологии уже достаточно продвинуты, чтобы мы могли запечатлеть черные дыры и проверить, действительно ли они существуют, как было предсказано. Если нет горизонта событий, нет и их».


14 млн евро пойдут на проект BlackHoleCam, с помощью которого ученые будут вглядываться в центр нашей Галактики, Млечного Пути, – туда, где находится загадочный Стрелец А*. Это сверхмассивный (с массой в 4 млн раз больше солнечной) радиоисточник, который, как предполагают, и есть черная дыра.

Чтобы показать нам горизонт событий, исследователи собираются заснять тень, которую он, горизонт, отбрасывает на радиоизлучение, оставшееся от вещества, что засосало в черную дыру. С использованием радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами радиотелескопы по всей планете объединят в один (то есть Земля станет одним гигантским телескопом), а затем суперкомпьютер начнет синтезировать их наблюдения. Заодно планируется найти рядом с предполагаемой черной дырой пульсары. Их поведение покажет, как деформируется пространство и время близ сверхмассивного объекта.


«Мы используем эти наблюдения, чтобы понять, существуют или нет черные дыры, – обещает Лучано Рецолла (Luciano Rezzolla) из Франкфуртского университета им. Гёте. – Наконец, у нас есть возможность изучить гравитацию в режиме, который до недавнего времени лежал в области научной фантастики. Это будет поворотный пункт современной науки».

donmigel_62: (кот - учёный)
Субботний кинозал.

Discovery. Как устроена Вселенная: "Черные дыры" (1080p )


Черные дыры - самые мощные машины уничтожения во Вселенной и самая большая ее загадка. Современная астрономия доказывает, что они могут влиять на все, что мы видим. Это настоящие монстры. Мы их не видим, но мы знаем об их существовании. Нет ничего больше, сильнее и страшнее черной дыры. Они поглощают планеты и звезды, все что находиться рядом. Черные дыры - постоянная головная боль физиков, потому что они нарушают все правила.


donmigel_62: (кот - учёный)

Зафиксирована пара почти столкнувшихся чёрных дыр

Струи, вылетающие из окрестностей этих сверхобъектов, изогнуты гравитацией «соседа» до состояния полной зигзагообразности. Приютившая эту парочку галактика скоро станет ареной слияний и поглощений колоссальных масштабов.
С помощью инфракрасного космического телескопа WISE открыт редчайший объект WISE J233237.05-505643.5 — пара сверхмассивных чёрных дыр (СМЧД), вращающихся по спирали друг вокруг друга и находящихся на пути к скорому слиянию в ещё более крупную ЧД.

Танго двух чёрных дыр обеспечивает население тамошней галактики —
верим, что оно есть! — первостатейным ночным освещением. (Иллюстрация НАСА.)

Не поймите нас неправильно: СМЧД — вовсе не редкая штука. И, по всей видимости, СМЧД оккупируют центр каждой галактики, а те, в свою очередь, нередко сливаются — с последующим воссоединением своих СМЧД. В истории нашей Галактики такое, скорее всего, происходило несколько раз. Только вот миллиардолетний возраст нашего дома несколько затрудняет фиксацию слияния СМЧД, идущего «здесь и сейчас» (и заметного в том излучении, которое к нам сейчас поступает от далёких галактик).

Перед авторами исследования — Ца Чаовэем (Chao-Wei Tsa) из Лаборатории реактивного движения НАСА и его коллегами — наконец-то открылась счастливая возможность, во-первых, вживую увидеть, как слияние двух ЧД ведёт к росту их массы, а во-вторых, зарегистрировать мощные гравитационные волны, которые непременно должны стать следствием такого события.


Объект WISE J233237.05-505643.5 располагается в галактике, удалённой от нас настолько, что её свет достиг ваших, земляне, телескопов через 3,8 млрд лет после испускания первых фотонов. На сегодня это самый дальний из известных кандидатов в пары взаимно вращающихся СМЧД. Расстояние между чёрными дырами оценивается в несколько тысяч световых лет, но это почти ничего: по сути, все звёзды между ними уже испытывают колоссальное гравитационное влияние сразу обеих дыр, то есть должны резко и причудливо менять свои орбиты.

Событие такого рода — это редкая возможность испытать существующие модели событий, происходящих при слиянии ЧД. (Иллюстрация Campanelli et al.)

Чтобы убедиться в том, что перед нами не одна СМЧД, а пара, были использованы радиотелескопы, подтвердившие, что от WISE J233237.05-505643.5 исходит не одна прямая пара релятивистских струй, а какие-то зигзагообразные струйные образования, форма которых искажена гравитацией ЧД-компаньонок.

Наблюдения в оптическом диапазоне указывают также на то, что гравитация одной дыры превратила аккреционный диск второй скорее в комок, чем в собственно диск, и это лишь подтверждает природу двойного объекта.

Отчёт об исследовании будет опубликован в издании Astrophysical Journal, а его препринтом можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения НАСА.


Profile

donmigel_62: (Default)
donmigel_62

March 2014

S M T W T F S
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 1819202122
23242526272829
3031     

Syndicate

RSS Atom

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags