Доктор Джейн Лисин Дай и профессор Энрико Рамирес-Руис из Института Нильса Бора представили важную компьютерную модель. С ее помощью можно изучить событие приливного разрушения – редкие, но крайне мощные события в галактических центрах.
Приливные разрушения
В центре каждой крупной галактики скрывается сверхмассивная черная дыра, которая по массе превосходит солнечную в миллионы и миллиарды раз. Но большую часть сложно наблюдать, потому что они не выделяют излучения. Это случается того, когда определенная форма материала втягивается в крайне мощное гравитационное поле черной дыры. Примерно каждые 10000 лет в одной галактике звезда приближается на опасную дистанцию к дыре, и гравитация последней разрывает объект. Это событие называют гравитационным приливом.
При этом процессе черная дыра переполняется звездными осколками на определенное время. При поглощении звездного газа высвобождается огромное количество излучения. Благодаря этому можно изучить характеристики дыры.
Объединенная модель
В период прилива некоторые дыры излучают рентгеновские лучи, а другие – видимый свет и УФ. Важно разобраться в этом разнообразии и сложить целый пазл. В новой модели постарались учесть угол обзора земного наблюдателя. Ученые изучают Вселенную, но галактики ориентированы случайным образом.
Новая модель объединяет элементы из общей теории относительности, магнитного поля, излучения и газа, благодаря чему удается рассмотреть приливное событие с разных точек зрения и собрать все действия в единую структуру.
Сотрудничество и перспективы
Работа стала возможной благодаря сотрудничеству Института Нильса Бора и Калифорнийского университета в Санта-Крус. Подключились и исследователи из Университета штата Мэриленд. Для решения задачи использовались современные вычислительные инструменты. Прорыв обеспечил перспективу для быстрорастущей области исследований.
Понятие чёрной дыры известно всем - от школьника до людей преклонного возраста, оно используется в научной и фантастической литературе, в желтых СМИ и на научных конференциях. Но что конкретно представляют собой такие дыры, известно далеко не всем.
Из истории чёрных дыр
1783 г. Первая гипотеза существования такого явления, как чёрная дыра, была выдвинута в 1783 году английским учёным Джоном Мичеллом. В своей теории он объединил два творению Ньютона - оптику и механику. Идея Мичелла была такова: если свет - это поток мельчайших частиц, то, как и все другие тела, частицы должны испытывать притяжение гравитационного поля. Получается, чем массивнее звезда, тем сложнее свету противиться её притяжению. Через 13 лет после Мичелла, французский астроном и математик Лаплас выдвинул (скорее всего, независимо от британского коллеги) схожую теорию.
1915 г. Однако, все их труды оставались невостребованными вплоть до начала XX века. В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности и показал, что гравитация есть искривление пространства-времени, вызванное материей, а спустя несколько месяцев немецкий астроном и физик-теоретик Карл Шварцшильд использовал её для решения конкретной астрономической задачи. Он исследовал структуру искривленного пространства-времени вокруг Солнца и заново открыл феномен чёрных дыр.
(Джон Уилер ввел в научный обиход термин "Чёрные дыры")
1967 г. Американский физик Джон Уилер обрисовал пространство, которое можно скомкать, подобно листику бумаги, в бесконечно малую точку и обозначил термином "Чёрная дыра".
1974 г. Британский физик Стивен Хокинг доказал, что чёрные дыры, хоть и поглащают метерию без возврата, могут испускать излучение и в конце концов испаряться. Такое явление получило название "излучение Хокинга".
Наше время. Новейшие исследования пульсаров и квазаров, а также открытие реликтового излучения, наконец сделали возможным описать само понятие чёрных дыр. В 2013 году газовое облако G2 приблизилось на очень близкое расстояние к Чёрной дыре и скорее всего будет поглощено ей, наблюдения за уникальным процессом даст огромные возможности для новых открытий особенностей чёрных дыр.
Чем на самом деле являются чёрные дыры
Лаконичное объяснение феномена звучит так. Чёрная дыр - это пространственно-временная область, чье гравитационное притяжение настолько велико, что её не может покинуть ни один объект, в том числе световые кванты.
Когда-то чёрная дыра была массивной звёздой. Пока термоядерные реакции поддерживают в её недрах высокое давление, всё остаётся в норме. Но со временем запас энергии истощается и небесное тело, под действием собственной гравитации, начинает сжиматься. Завершающий этап этого процесса - схлопывание звездного ядра и образование чёрной дыры.
- 1. Выбрасывание черной дырой струи на высокой скорости
- 2. Диск материи перерастает в чёрную дыру
- 3. Чёрная дыра
- 4. Детальная схема региона чёрной дыры
- 5. Размер найденных новых наблюдений
Самая распространённая теория гласит, что подобные феномены есть в каждой галактике, в том числе и в центре нашего Млечного пути. Огромная сила притяжения дыры способна удерживать вокруг себя несколько галактик, не давая им удаляться друг от друга. «Площадь покрытия» может быть разной, всё зависит от массы звёзды, которая превратилась в чёрную дыру, и может составлять тысячи световых лет.
Радиус Шварцшильда
Главное свойство чёрной дыры - любое вещество, которое в неё попало, никогда не сможет вернуться. Это же касается и света. По своей сути дыры - это тела, которые полностью поглощают весь попадающий на них свет и не испускающие собственного. Такие объекты визуально могут казаться сгустками абсолютной темноты.
- 1. Движущаяся материя в половину скорости света
- 2. Фотонное кольцо
- 3. Внутреннее фотонное кольцо
- 4. Горизонт событий в чёрной дыре
Отталкиваясь от Общей теории относительности Эйнштейна, если тело приблизилось на критическое расстояние к центру дыры, оно уже не сможет вернуться. Это расстояние называют радиусом Шварцшильда. Что именно происходит внутри этого радиуса доподлинно неизвестно, но есть наиболее распространенная теория. Считается, что всё вещество чёрной дыры концентрируется в бесконечно малой точке, а в её центре находится объект с бесконечной плотностью, который ученые именуют сингулярным возмущением.
Как происходит падение в чёрную дыру
(На картинке чёрная дыра Стрельца А* выглядит крайне ярким скоплением света)
Не так давно, в 2011 году, ученые обнаружили газовое облако, дав ему несложное название G2, которое испускает необычные свет. Такое свечение может давать трение в газе и пыли, вызываемое действием чёрной дыры Стрельца А* и которые вращаются вокруг нее в виде аккреционного диска. Таким образом, мы становимся наблюдателями удивительного явления поглощения сверхмассивной чёрной дырой газового облака.
По последним исследованиям наибольшее сближение с черной дырой произойдет в марте 2014 года. Мы можем воссоздать картину того, как будет происходит это захватывающее зрелище.
- 1. При первом появлении в данных газовое облако напоминает огромный шар из газа и пыли.
- 2. Сейчас по состоянию на июнь 2013 года облако находится в десятках миллиардов километров от чёрной дыры. Оно падает в неё со скоростью 2500 км/с.
- 3. Ожидается, что облако пройдет мимо чёрной дыры, но приливные силы, вызванные различием в притяжении, действующем на передний и задний край облака, заставят его принимать всё более вытянутую форму.
- 4. После того, как облако будет разорвано, большая его часть, скорее всего, вольется в аккреционный диск вокруг Стрельца А*, порождая в нём ударные волны. Температура при этом подскочит до нескольких миллионов градусов.
- 5. Часть облака упадёт прямо в чёрную дыру. Никто не знает в точности, что случится потом с этим веществом, но ожидается, что в процессе падения оно будет испускать мощные потоки рентгеновских лучей, и больше его никто не увидит.
Видео: чёрная дыра поглощает газовое облако
(Компьютерное моделирование того, как большая часть газового облака G2 будет разрушено и поглощено чёрной дырой Стрельцом А*)
Что там внутри чёрной дыры?
Есть теория, которая утверждает, что чёрная дыра внутри практически пуста, а вся её масса сосредоточена в невероятно маленькой точке, находящейся в самом её центре - сингулярности.
Согласно другой теории, существующей на протяжении полувека, всё, что попадает в чёрную дыру, переходит в другую вселенную, находящуюся в самой чёрной дыре. Сейчас это теория не является основной.
И есть третья, самая современная и живучая теория, по которой всё, что попадает в чёрную дыру, растворяется в колебаниях струн на её поверхности, которую обозначают, как горизонт событий.
Так что же такое - горизонт событий? Внутрь чёрной дыры заглянуть нельзя даже сверхмощным телескопом, так как даже свет, попадая внутрь гигантской космической воронки, не имеет шансов вынырнуть назад. Всё, что можно хоть как-то рассмотреть, находится в её ближайших окрестностях.
Горизонт событий - это условная линия поверхности, из под которой ничто (ни газ, ни пыль, ни звезды, ни свет) выйти уже не сможет. И вот это и есть та самая таинственная точка невозврата в чёрных дырах Вселенной.
Астрофизики зафиксировали самую долгую за всю историю наблюдений гибель звезды в чёрной дыре - продолжительность процесса превысила аналогичные случаи более чем в 10 раз. Дело в том, что чёрная дыра поглощает звезду вдвое больше Солнца по массе. По словам учёных, за время активного наблюдения за Вселенной гибель такой крупной звезды в чёрной дыре наблюдается впервые. О том, сможет ли обнаруженный процесс пролить свет на образование чёрных дыр огромной массы через миллиард лет после возникновения Вселенной - в материале RT.
- Гибель звезды у чёрной дыры XJ1500+0154 в представлении художника. В нижней части - фото происходящего: в видимом спектре (слева), в рентгеновском диапазоне
- nasa.gov
Случайное открытие
Процесс зафиксировала международная группа учёных , работой которых руководил Дачен Лин из Космического научного центра университета Нью-Гемпшира. Аналогичные события на памяти учёных занимали максимум около года, в то время как процесс, происходящий у чёрной дыры под названием XJ1500+0154, начался ещё в 2005 году. Погибшую под действием приливных сил звезду разорвало на части, и сверхмассивная чёрная дыра продолжает поглощать её остатки.
Рентгеновское излучение, испускаемое разогретыми до миллионов градусов осколками звезды, астрофизики заметили случайно при помощи космического телескопа XMM-Newton. В тот момент они изучали скопление галактик под названием NGC 5813 в созвездии Девы в 105 миллионах световых лет от Земли. Сильное излучение привлекло внимание учёных на этапе анализа снимков NGC 5813. В 2008 году телескоп «Чандра» зафиксировал, что интенсивность излучения объекта, случайно попавшего на снимок и находившегося гораздо дальше изучаемого скопления галактик, превысила первые зафиксированные значения в 100 раз. В последующие годы, включая 2014-й и 2016-й, дополнительные данные получил телескоп Swift.
Главное — правильно питаться
«Большую часть времени наблюдения объект быстро растёт, — отметил Джеймс Гиллочон из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Это говорит кое о чём необычном: чёрная дыра поглощает звезду вдвое больше Солнца по массе».
По словам учёных, за время активного наблюдения за Вселенной гибель такой крупной звезды в чёрной дыре наблюдается впервые.
Кроме того, исследователи отметили, что регистрируемое рентгеновское излучение регулярно выходит за допустимые рамки так называемого предела Эддингтона. Этот параметр указывает на соотношение испускаемого нагретого вещества и силы тяготения, которая притягивает вещество к центру объекта. Исходя из того, как нарушается это соотношение около наблюдаемой чёрной дыры, астрофизики пришли к выводу, что она растёт быстрее считавшегося нормальным темпа. По их словам, подобным образом могли появляться сверхмассивные чёрные дыры спустя всего миллиард лет после образования Вселенной. Это важный вывод, поскольку древние объекты такой огромной массы — в миллиарды раз больше Солнца — уже фиксировались, но их возникновение до конца не ясно.
С 1990 годов астрономы не раз наблюдали распад звезды и поглощение её чёрной дырой. При этом процессе, попав под действие силы притяжения массивного объекта, звезда распадается на фрагменты. Вещество, из которого она состояла, распределяется в виде плоского диска. Большую его часть и поглощает чёрная дыра, а остальное рассеивается в пространстве.
В зафиксированном случае помимо гибели массивной звезды есть и другой вариант, не менее интригующий. Если бы к чёрной дыре приблизилась звезда более скромных размеров и распалась бы полностью, наблюдаемый эффект был бы тот же. Обычно полного поглощения не происходит, так что это событие увидели бы впервые за время исследования космоса.
Последние рентгеновские лучи
Место, где расположена чёрная дыра, которую в шутку уже называют самой прожорливой из когда-либо наблюдавшихся, совпадает с предположительным расположением космического объекта огромной массы в центре небольшой галактики, где активно идёт образование звёзд. О детальных снимках происходящего на таком расстоянии от Земли — 1,8 млрд световых лет — очевидно, говорить не приходится. Однако своё видение гибели огромной звезды из-за чёрной дыры представили художники.
В следующие несколько лет специалисты ожидают падения интенсивности излучения: осколки огромной звезды, которыми питается чёрная дыра, будут заканчиваться. Часть из них рассеется в космосе. Астрофизики отмечают, что излучение уже пошло на спад, однако объект всё еще сохраняет невероятную яркость.
Как заявили исследователи, зная о возможности процессов со свойствами, которые удалось установить, они приступят к поиску аналогичных случаев. Однако они отмечают, что продолжат следить и за XJ1500+0154. Во-первых, они смогут отследить изменения излучения, которое, по их прогнозам, будет продолжаться ещё около 10 лет. Во-вторых, их собственные выводы пока ещё нуждаются в дополнительной проверке.
Ученые подозревали, что мощность радиоизлучающих выбросов из черной дыры зависит от скорости аккреции, но ранее не наблюдали эту связь непосредственно.
Like Love Haha Wow Sad Angry
11 ноября 2014 года глобальная сеть телескопов получила сигналы от взрыва, возникшего в 300 миллионах световых лет от Земли в момент, когда черная дыра разорвала проходящую мимо нее звезду. Астрономы нацелились на событие другими телескопами, что позволило больше узнать о том, как черные дыры поглощают материю и регулируют рост галактик.
Ученые из Массачусетского технологического института (США) и Университета Джона Хопкинса (США) поймали радиосигналы, на 90% пересекающиеся с теми далекими рентгеновскими всплесками, но происходящие с задержкой в 13 дней от них. Они считают, что данные свидетельствуют о гигантской струе высокоэнергетических частиц, вытекающих из черной дыры в результате падения звездного материала.
Поглощение звезды черной дырой в представлении художника. Credit: ESO/L. Calçada
Ведущий автор исследования Дехей Пашам считает, что мощность струи, вылетающей из черной дыры, каким-то образом контролируется скоростью, с которой она питается разрушенной звездой. «Сытая» черная дыра создает сильную струю, в то время как недоедающая черная дыра производит слабый джет или вообще не имеет его. Ученые подозревали, что мощность выбросов зависит от скорости аккреции, но ранее не наблюдали эту связь непосредственно.
Предмет обсуждений
Основываясь на теоретических моделях эволюции черных дыр в сочетании с наблюдениями отдаленных галактик, ученые имеют общее понимание того, что происходит во время события приливного разрушения: когда звезда проходит близко к черной дыре, гравитационная тяга черной дыры возбуждает приливные силы на звезде, подобно тому, как Луна создает океанические приливы на Земле. Гравитация черной дыры настолько огромна, что она может разрушить звезду. Звездные обломки попадают в вихрь материала, который питает монстра.
Весь процесс генерирует колоссальные всплески энергии по всему электромагнитному спектру. Ученые наблюдали их на оптических, ультрафиолетовых и рентгеновских полосах, а также на радиоволнах. Источником рентгеновских излучений считается ультрахолодный материал внутренних областей аккреционного диска, который вот-вот упадет в черную дыру, а оптическое и ультрафиолетовое излучение, вероятно, поступает от внешних областей аккреционного диска.
Однако то, что порождает радиоизлучение в период приливного разрушения, еще обсуждается. Некоторые ученые предполагают, что в момент звездного взрыва ударная волна распространяется наружу и возбуждает частицы плазмы в окружающей среде, которая, в свою очередь, излучает радиоволны. При таком сценарии картина радиоволн будет радикально отличаться от картины рентгеновских лучей, исходящих от звездных обломков, и новое исследование бросает вызов этой парадигме.
Картина сдвига
Дехей Пашам и его коллега Сьорт ван Велцен из Университета Джона Хопкинса просмотрели данные, зарегистрированные в результате вспышки , обнаруженной в 2014 году глобальной сетью телескопов ASASSN (All-sky Automated Survey for Supernovae). Вскоре после этого открытия несколько телескопов сосредоточились на этом необычном событии. Ученые проследили радионаблюдения трех телескопов за 180 дней и обнаружили явное совпадение с рентгеновскими данными того же события, хотя и несколько смещенное по времени. Астрономы установили, что наборы данных обладают 90-процентным сходством при сдвиге на 13 дней. То есть флуктуации в рентгеновском спектре через 13 дней проявились в радиодиапазоне.
«Определить такую зависимость может только физический процесс, который каким-то образом связывает рентгеновское излучение потока аккреции с областью радиопроизводства», – объясняет Дехей Пашам.
Из этих же данных ученые подсчитали, что размер производящей рентгеновские лучи области примерно в 25 раз превышает размер Солнца, тогда как радиоизлучающая область примерно в 400 000 раз превышает радиус Солнца. Команда предполагает, что радиоволны испускаются струей частиц высоких энергий, которые начали вытекать из черной дыры вскоре после поглощения материала уничтоженной звезды.
Поскольку область джета, в которой радиоволны были сформированы, невероятно плотно заполнена электронами, большая часть излучения была немедленно поглощена другими электронами. Только когда электроны продвинулись по джету, радиоволны были высвобождены. Это и был сигнал, который в конечном итоге обнаружили исследователи. Таким образом, мощность струи контролируется скоростью аккреции, с которой черная дыра поглощает звездные обломки, излучающие в рентгеновском диапазоне.
Случайно оказавшись слишком близко к черной дыре, вас растянет, как спагетти
Мощное излучение поджарит вас, прежде чем вы «спагеттизируетесь»
Вы даже не успеете заметить, как черная дыра поглотит Землю
И вместе с этим, черная дыра может создать голограмму всей планеты
Черные дыры давно уже вызывают большое волнение и интриги.
После обнаружения гравитационных волн, интерес к черным дырам, безусловно, теперь возрастет.
Неизменным остается один вопрос – что же произойдет с планетой и человечеством, если теоретически предположить, что черная дыра окажется рядом с Землей?
Самым известным последствием соседства черной дыры станет явление под названием «спагеттификация». Короче говоря, если вы окажетесь слишком близко к черной дыре, вас растянет, как спагетти. Этот эффект вызван действием гравитации на ваше тело.
Представьте, что сначала в направлении черной дыры оказались ваши ноги.
Так ваши ноги находятся ближе к черной дыре, они будут чувствовать более сильное притяжение, чем ваша голова.
Хуже того, ваши руки из-за того, что они находятся не в центре вашего тела, будут растянуты в другом направлении, чем ваша голова. Края вашего тела втянутся внутрь. В конечном итоге ваше тело не только растянется, но и станет тонким посредине.
Следовательно, любое тело или другой объект, такой как Земля, станет напоминать спагетти задолго до того, как попадет в центр черной дыры.
Что случилось бы, гипотетически, если черная дыра вдруг оказалась бы рядом с Землей?
Те же гравитационные эффекты, которые могут привести к «спагеттификации», тут же начнут вступать в силу. На ту сторону Земли, которая окажется ближе к черной дыре, гравитационные силы будут действовать сильнее, чем на противоположную сторону. Таким образом, гибель всей планеты была бы неминуемой. Ее разорвало бы.
Если бы планета оказалась в радиусе действия сверхмощной черной дыры, мы даже не успели бы ничего заметить, так как она проглотила бы нас в одно мгновение.
Но, прежде чем гром грянет, у нас еще есть время.
Если бы случилась такая неудача, и мы провалились бы в черную дыру, то могли бы оказаться на голографическом подобии нашей планеты.
Интересно, что черные дыры не обязательно черные.
Квазары – это яркие ядра далеких галактик, питающиеся энергией излучения черных дыр.
Они бывают настолько яркими, что превышают мощность излучения всех звезд своих собственных галактик.
Такое излучение проявляется, когда черная дыра пирует над новой материей.
Чтобы было понятно: то, что мы до сих пор можем видеть, это материя, находящаяся вне радиуса действия черной дыры. В радиусе ее действия нет ничего, даже света.
Во время поглощения материи, излучается колоссальная энергия. Именно это свечение видно при наблюдении за квазарами.
Поэтому, объектам, оказавшимся в непосредственной близости к черной дыре, будет очень жарко.
Задолго до «спагеттификации» мощное излучение поджарит вас.
Для тех, кто смотрел фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар», перспектива планеты, вращающейся вокруг черной дыры, может быть привлекательна только в одном случае.
Для развития жизни необходим источник энергии или перепад температур. И черная дыра может оказаться таким источником.
Однако, есть одно условие.
Черная дыра должна прекратить поглощать любую материю. Иначе она будет испускать слишком много энергии, чтобы поддерживать жизнь на соседних мирах. На что будет похожа жизнь в таком мире (при условии, что он будет находиться не слишком близко, иначе «спагеттизируется»), но это уже другой вопрос.
Количество энергии, которую будет получать планета, скорее всего, будет крошечным по сравнению с тем, что получает Земля от Солнца.
И среда обитания на такой планете будет довольно странной.
Вот поэтому, при создании фильма «Интерстеллар», Торн консультировался с учеными для обеспечения точности изображения черной дыры.
Все эти факторы не исключают жизнь, просто у нее довольно жесткая перспектива и очень трудно предсказать, как она будет выглядеть.