Д-р Джейн Лисин Дай и професор Енрико Рамирес-Руис от Института Нилс Бор представиха важен компютърен модел. Може да се използва за изследване на събития на приливни смущения - редки, но изключително силни събития в галактически центрове.
Нарушаване на приливите и отливите
В центъра на всеки голяма галактикакрие свръхмасивна черна дупка, която е милиони и милиарди пъти по-масивна от слънцето. Но повечето са трудни за наблюдение, защото не излъчват радиация. Това се случва, когато определена формаматериал се изтегля в изключително мощното гравитационно поле на черната дупка. Приблизително на всеки 10 000 години в една галактика звезда се приближава опасно близо до дупката и гравитацията на последната разкъсва обекта. Това събитие се нарича гравитационен прилив.
При този процес черната дупка се запълва със звездни фрагменти определено време. Когато се консумира звезден газ, се отделят огромни количества радиация. Благодарение на това можете да изучавате характеристиките на дупката.
Унифициран модел
При прилив някои дупки излъчват рентгенови лъчи, и други - Видима светлинаи UV. Важно е да разберете това разнообразие и да подредите целия пъзел. В новия модел те се опитаха да вземат предвид ъгъла на гледане на земния наблюдател. Учените изучават Вселената, но галактиките са ориентирани произволно.
Новият модел съчетава елементи от общата теория на относителността, магнитно поле, радиация и газ, което прави възможно разглеждането на приливно събитие с различни точкивизия и събира всички действия в една структура.
Сътрудничество и перспективи
Работата стана възможна благодарение на сътрудничеството между института Нилс Бор и Калифорнийския университет в Санта Круз. Изследователи от университета в Мериленд също се включиха. За решаването на проблема са използвани съвременни компютърни инструменти. Пробивът предостави перспектива за бързо развиваща се област на изследване.
Концепцията за черна дупка е позната на всички - от ученици до възрастни хора; тя се използва в научната и художествена литература, в жълтите медии и др научни конференции. Но какво точно представляват такива дупки, не всеки знае.
От историята на черните дупки
1783 гПървата хипотеза за съществуването на такова явление като Черна дупка, е предложено през 1783 г. от английския учен Джон Мишел. В своята теория той комбинира две от творенията на Нютон – оптика и механика. Идеята на Мишел беше следната: ако светлината е поток миниатюрни частици, тогава, както всички други тела, частиците трябва да изпитват привличане гравитационно поле. Оказва се, че колкото по-масивна е звездата, толкова по-трудно от светлинатаустои на привличането му. 13 години след Мишел френският астроном и математик Лаплас излага (най-вероятно независимо от своя британски колега) подобна теория.
1915 гВсички техни произведения обаче остават непотърсени до началото на 20 век. През 1915 г. Алберт Айнщайн публикува Общата теория на относителността и показва, че гравитацията е кривината на пространство-времето, причинена от материята, а няколко месеца по-късно немският астроном и теоретичен физик Карл Шварцшилд я използва, за да реши конкретен астрономически проблем. Той изследва структурата на изкривеното пространство-време около Слънцето и преоткрива феномена на черните дупки.
(Джон Уилър измисли термина "черни дупки")
1967 г американски физикДжон Уилър очертава пространство, което може да бъде смачкано като лист хартия в безкрайно малка точка и го обозначава с термина „Черна дупка“.
1974 гБританският физик Стивън Хокинг доказа, че черните дупки, въпреки че поглъщат материя без връщане, могат да излъчват радиация и в крайна сметка да се изпарят. Това явление се нарича "лъчение на Хокинг".
В днешно време. Последни изследванияпулсари и квазари, както и откриването на космическото микровълново фоново лъчение най-накрая направиха възможно да се опише самата концепция за черни дупки. През 2013 г. газовият облак G2 се приближи много близо близки помещениякъм черна дупка и най-вероятно ще бъде погълнат от нея, наблюденията на уникален процес ще предоставят огромни възможности за нови открития на характеристиките на черните дупки.
Какво всъщност представляват черните дупки
Лаконичното обяснение на феномена е следното. Черната дупка е пространствено-времева област, чиято гравитационно привличанетолкова голяма, че нито един обект, включително светлинни кванти, не може да я напусне.
Някога черната дупка е била масивна звезда. Чао термоядрени реакцииопора в нейните дълбини високо налягане, всичко остава нормално. Но с течение на времето запасите от енергия се изчерпват и небесно тяло, под въздействието на собствената си гравитация, започва да се компресира. Последният етап от този процес е колапсът на звездното ядро и образуването на черна дупка.
- 1. Черна дупка изхвърля струя с висока скорост
- 2. Диск от материя прераства в черна дупка
- 3. Черна дупка
- 4. Подробна схемарегион на черна дупка
- 5. Размер на откритите нови наблюдения
Най-разпространената теория е, че подобни явления съществуват във всяка галактика, включително в центъра на нашата. млечен път. Огромната гравитационна сила на дупката е в състояние да задържи няколко галактики около себе си, като им попречи да се отдалечат една от друга. „Зоната на покритие“ може да бъде различна, всичко зависи от масата на звездата, превърнала се в черна дупка, и може да бъде хиляди светлинни години.
Радиус на Шварцшилд
Основното свойство на черната дупка е, че всяко вещество, което попадне в нея, никога не може да се върне. Същото важи и за светлината. В основата си дупките са тела, които напълно абсорбират цялата падаща върху тях светлина и не излъчват собствена. Такива обекти могат визуално да изглеждат като съсиреци от абсолютна тъмнина.
- 1. Движеща се материя с половината от скоростта на светлината
- 2. Фотонен пръстен
- 3. Вътрешен фотонен пръстен
- 4. Хоризонт на събитията в черна дупка
Започвайки от Обща теорияСпоред относителността на Айнщайн, ако едно тяло се доближи до критично разстояние до центъра на дупката, то вече няма да може да се върне. Това разстояние се нарича радиус на Шварцшилд. Какво точно се случва в този радиус не е известно със сигурност, но има най-разпространената теория. Смята се, че цялата материя на черна дупка е концентрирана в безкрайно малка точка, а в центъра й има обект с безкрайна плътност, което учените наричат сингулярно смущение.
Как става падането в черна дупка?
(На снимката черната дупка Стрелец A* изглежда като изключително ярък клъстер от светлина)
Не толкова отдавна, през 2011 г., учените откриха газов облак, давайки му простото име G2, който излъчва необичайна светлина. Това сияние може да се дължи на триене в газа и праха, причинено от черната дупка Стрелец A*, която обикаля около нея като акреционен диск. Така ставаме наблюдатели невероятно явлениепоглъщане на газов облак от свръхмасивна черна дупка.
от най-новите изследванияНай-близкото приближаване до черната дупка ще се случи през март 2014 г. Можем да пресъздадем картина как ще се състои този вълнуващ спектакъл.
- 1. Когато се появява за първи път в данните, газовият облак прилича на огромна топка от газ и прах.
- 2. Сега, от юни 2013 г., облакът е на десетки милиарди километри от черната дупка. Пада в него със скорост 2500 км/с.
- 3. Очаква се облакът да премине покрай черната дупка, но приливните сили, причинени от разликата в гравитацията, действаща върху предния и задния ръб на облака, ще го накарат да придобие все по-удължена форма.
- 4. След като облакът бъде разкъсан, по-голямата част от него най-вероятно ще се влее в акреционния диск около Стрелец A*, генерирайки ударни вълни в него. Температурата ще скочи до няколко милиона градуса.
- 5. Част от облака ще падне директно в черната дупка. Никой не знае какво точно ще се случи с това вещество след това, но се очаква, че при падането си то ще излъчва мощни потоци рентгенови лъчи и никога повече няма да бъде видяно.
Видео: черна дупка поглъща газов облак
(Компютърна симулация на това как повечето отгазов облак G2 ще бъде унищожен и погълнат от черната дупка Стрелец A*)
Какво има вътре в черна дупка?
Има теория, която гласи, че черната дупка е практически празна отвътре и цялата й маса е концентрирана в невероятно малка точка, разположена в самия й център – сингулярността.
Според друга теория, която съществува от половин век, всичко, което попадне в черна дупка, преминава в друга вселена, намираща се в самата черна дупка. Сега тази теория не е основната.
Има и трета, най-модерна и упорита теория, според която всичко, което попадне в черна дупка, се разтваря във вибрациите на струните на нейната повърхност, която се обозначава като хоризонт на събитията.
И така, какво е хоризонт на събитията? Невъзможно е да се погледне вътре в черна дупка дори със свръхмощен телескоп, тъй като дори светлината, навлизайки в гигантската космическа фуния, няма шанс да се появи обратно. Всичко, което може поне по някакъв начин да се разгледа, се намира в непосредствена близост.
Хоризонтът на събитията е условна линияповърхност, от която нищо (нито газ, нито прах, нито звезди, нито светлина) не може да излезе. И това е самата мистериозна точка без връщане в черните дупки на Вселената.
Астрофизиците регистрираха най-дългата смърт на звезда в черна дупка в цялата история на наблюденията - продължителността на процеса надвишава подобни случаи повече от 10 пъти. Факт е, че черната дупка поглъща звезда, два пъти по-голяма от масата на Слънцето. Според учените с течение на времето активно наблюдениеТова е първият път във Вселената, когато толкова голяма звезда умира в черна дупка. Прочетете дали откритият процес може да хвърли светлина върху образуването на черни дупки с огромна маса милиард години след възникването на Вселената.
- Смъртта на звезда близо до черната дупка XJ1500+0154, както си го представя художник. Най-отдолу има снимка на случващото се: в видим спектър(вляво), в рентгеновия диапазон
- nasa.gov
Случаен отваряне
Процесът е записан от международна група учени, чиято работа се ръководи от Дачен Лин от Космоса научен центърУниверситет на Ню Хемпшир. Подобни събития в паметта на учените отнеха максимум около година, докато процесът, протичащ в черната дупка, наречена XJ1500+0154, започна още през 2005 г. Звездата, която умря под въздействието на приливни сили, беше разкъсана, а свръхмасивна черна дупка продължава да поглъща останките й.
Астрофизиците случайно забелязаха рентгеново лъчение, излъчвано от фрагменти от звезда, нагрята до милиони градуси, използвайки космически телескоп XMM-Нютон. В този момент те изучаваха галактически клъстер, наречен NGC 5813 в съзвездието Дева, на 105 милиона светлинни години от Земята. Силната радиация привлече вниманието на учените на етапа на анализ на изображенията на NGC 5813. През 2008 г. телескопът Chandra регистрира, че интензитетът на радиацията на обект, който случайно се появява на изображението и е много по-далеч от галактическия куп, е изследваните надвишават първите регистрирани стойности със 100 пъти. През следващите години, включително 2014 и 2016 г., телескопът Swift получи допълнителни данни.
Основното е да се храните правилно
„Обектът расте бързо през повечето време, когато се наблюдава“, каза Джеймс Гилохон от Харвард-Смитсонианския център за астрофизика. „Това предполага нещо необичайно: черна дупка поглъща звезда, два пъти по-голяма от масата на Слънцето.“
Според учените по време на активното наблюдение на Вселената за първи път е наблюдавана смъртта на толкова голяма звезда в черна дупка.
Освен това изследователите отбелязват, че регистрираното рентгеново лъчение редовно надвишава допустимите граници на така наречената граница на Едингтън. Този параметър показва съотношението на излъченото нагрято вещество и гравитационната сила, която привлича веществото към центъра на обекта. Въз основа на това как тази връзка се разпада около наблюдаваната черна дупка, астрофизиците стигнаха до заключението, че тя расте по-бързо от това, което се смяташе за нормално. Според тях, По подобен начинСвръхмасивните черни дупки могат да се появят само милиард години след формирането на Вселената. Това важно заключение, тъй като древни обекти с такава огромна маса - милиарди пъти по-големи от Слънцето - вече са регистрирани, но появата им не е напълно ясна.
От 90-те години на миналия век астрономите многократно са наблюдавали разпадането на звезда и нейното поглъщане от черна дупка. В този процес, попадайки под гравитационната сила на масивен обект, звездата се разпада на фрагменти. Веществото, от което се състои, е разпределено под формата на плосък диск. По-голямата част от него се поглъща от черната дупка, а останалото се разпръсква в космоса.
В регистриран случай, освен смърт масивна звездаИма и друг вариант, не по-малко интригуващ. Ако звезда с по-скромен размер се приближи до черната дупка и се разпадне напълно, наблюдаваният ефект ще бъде същият. Пълното поглъщане обикновено не се случва, така че това събитие би било видяно за първи път в изследването на космоса.
Последни рентгенови снимки
Местоположението на черната дупка, която вече беше наречена на шега най-ненаситната, наблюдавана някога, съвпада с предполагаемото местоположение космически обектогромна маса в центъра на малка галактика, където активно протича звездообразуване. Очевидно няма нужда да говорим за подробни снимки на това, което се случва на такова разстояние от Земята - 1,8 милиарда светлинни години. Художниците обаче представиха своята визия за смъртта на огромна звезда поради черна дупка.
През следващите няколко години експертите очакват спад в интензивността на радиацията: фрагментите от огромната звезда, които захранват черната дупка, ще изтекат. Някои от тях ще се разпръснат в космоса. Астрофизиците отбелязват, че радиацията вече е започнала да намалява, но обектът все още запазва невероятна яркост.
Както заявяват изследователите, знаейки за възможността за процеси с идентифицираните свойства, те ще започнат да търсят подобни случаи. Те обаче отбелязват, че ще продължат да наблюдават XJ1500+0154. Първо, те ще могат да проследяват промените в радиацията, които според тях ще продължат около 10 години. Второ, техните собствени заключения все още изискват допълнителна проверка.
Учените подозираха, че мощността на радиоизлъчващите емисии от черна дупка зависи от скоростта на натрупване, но преди това не са наблюдавали пряко тази връзка.
като любов хаха Еха тъжно Ядосан
На 11 ноември 2014 г. глобална мрежа от телескопи получи сигнали от експлозия, която се случи на 300 милиона светлинни години от Земята, когато черна дупка разкъса преминаваща звезда. Астрономите насочиха събитието с други телескопи, което им позволи да научат повече за това как черните дупки консумират материя и регулират растежа на галактиките.
Учени от Масачузетс Технологичен институт(САЩ) и университета Джон Хопкинс (САЩ) уловиха радиосигнали, които се припокриват 90% с тези далечни рентгенови изблици, но се появяват със закъснение от 13 дни от тях. Те смятат, че доказателствата сочат гигантска струя от високоенергийни частици, изтичащи от черната дупка в резултат на падащ звезден материал.
Впечатление на художник за звезда, погълната от черна дупка. Кредит: ESO/L. Калсада
Водещият автор на изследването Дехей Пашам вярва, че силата на струята, излизаща от черната дупка, по някакъв начин се контролира от скоростта, с която се подава в разрушената звезда. „Нахранената“ черна дупка произвежда силна струя, докато недохранената черна дупка произвежда слаба струя или никаква струя. Учените подозираха, че мощността на емисиите зависи от скоростта на натрупване, но преди това не са наблюдавали пряко тази връзка.
Предмет на обсъждане
Базиран на теоретични моделиеволюция на черните дупки, съчетана с наблюдения на далечни галактики, учените имат общо разбиранекакво се случва по време на събитие на приливно смущение: когато звезда минава близо до черна дупка, гравитационното привличане на черната дупка възбужда приливни сили върху звездата, подобно на това как Луната създава океански приливи на Земята. Гравитацията на черна дупка е толкова огромна, че може да унищожи звезда. Звездни отломки се улавят във вихър от материал, който храни чудовището.
Целият процес генерира колосални изблици на енергия навсякъде електромагнитен спектър. Учените са ги наблюдавали в оптични, ултравиолетови и рентгенови ленти, както и в радиовълни. Смята се, че източникът на рентгеновите лъчи е ултрастуден материал от вътрешните области на акреционния диск, който е на път да падне в черната дупка, докато оптичното и ултравиолетовото лъчение вероятно идва от външните области на акреционния диск.
Все още обаче се обсъжда какво генерира радиоизлъчване по време на прекъсване на приливите и отливите. Някои учени предполагат, че в момента на звездната експлозия ударна вълнаразпространява се навън и възбужда плазмените частици заобикаляща среда, който от своя страна излъчва радиовълни. При такъв сценарий моделът на радиовълните би бил радикално различен от модела на рентгеновите лъчи, излъчвани от звездни отломки, и новото изследване оспорва тази парадигма.
Модел на смяна
Dehei Pasham и неговият колега Sjort van Velzen от университета Johns Hopkins разгледаха данните, записани от огнище, открито през 2014 г. глобална мрежа ASASSN (Автоматизирано изследване на цялото небе за свръхнови) телескопи. Скоро след това откритие няколко телескопа се фокусираха върху това необичайно събитие. Учените проследиха радионаблюдения от три телескопа в продължение на 180 дни и откриха ясно съвпадение с рентгенови данни от същото събитие, макар и леко изместено във времето. Астрономите установиха, че наборите от данни са 90 процента сходни, когато се изместят с 13 дни. Тоест, колебанията в рентгеновия спектър се появяват в радиообхвата след 13 дни.
„Такава зависимост може само да се определи физически процес, което по някакъв начин свързва рентгеновото излъчване от акреционния поток с радиопроизводствения регион“, обяснява Дехей Пашам.
От същите данни учените изчисляват, че размерът на областта, произвеждаща рентгенови лъчи, е около 25 пъти по-голям от размера на Слънцето, докато регионът на радиоизлъчване е около 400 000 пъти по-голям от радиуса на Слънцето. Екипът предполага, че радиовълните се излъчват от струя частици високи енергии, който започна да изтича от черната дупка малко след като погълна материал от разрушената звезда.
Тъй като областта на струята, в която са генерирани радиовълните, е невероятно гъсто опакована с електрони, по-голямата част от радиацията веднага се абсорбира от други електрони. Само когато електроните се движат през струята, се освобождават радиовълните. Това беше сигналът, който изследователите в крайна сметка откриха. По този начин мощността на струята се контролира от скоростта на натрупване, с която черната дупка абсорбира излъчващи рентгенови лъчи звездни отломки.
Случайното приближаване твърде много до черна дупка ще ви разтегне като спагети.
Мощната радиация ще ви изпържи, преди да станете спагетиран
Преди дори да се усетите, черна дупка ще погълне Земята.
И в същото време черна дупка може да създаде холограма на цялата планета
Черните дупки отдавна са източник на голямо вълнение и интриги.
След откриване гравитационни вълни, интересът към черните дупки със сигурност ще се увеличи сега.
Един въпрос остава непроменен - какво ще се случи с планетата и човечеството, ако теоретично приемем, че черна дупка ще бъде близо до Земята?
Най-известната последица от близостта на черна дупка ще бъде феноменът, наречен "спагетификация". Накратко, ако се приближите твърде много до черна дупка, ще се разтегнете като спагети. Този ефект се дължи на гравитацията, действаща върху тялото ви.
Представете си, че краката ви са първи в посоката на черната дупка.
Тъй като краката ви са по-близо до черната дупка, те ще почувстват по-силно придърпване от главата ви.
Дори по-лошо, ръцете ви, тъй като не са в центъра на тялото ви, ще бъдат изпънати в различна посока от главата ви. Ръбовете на тялото ви ще се изтеглят навътре. В крайна сметка тялото ви не само ще се разтегне, но и ще стане тънко в средата.
Следователно всяко тяло или друг обект, като Земята, ще прилича на спагети много преди да попадне в центъра на черна дупка.
Какво би се случило, хипотетично, ако черна дупка внезапно се приближи до Земята?
Същото гравитационни ефекти, което може да доведе до „спагетизиране“, веднага ще започне да действа. Към страната на Земята, която ще бъде по-близо до черната дупка, гравитационни силище действа по-силно, отколкото на противоположната страна. Така смъртта на цялата планета би била неизбежна. Щеше да бъде разкъсан.
Ако планетата беше в обсега на свръхмощна черна дупка, нямаше дори да имаме време да забележим нищо, тъй като тя щеше да ни погълне за миг.
Но преди гръмът да удари, все още имаме време.
Ако се случи такова нещастие и попаднем в черна дупка, може да се окажем върху холографско подобие на нашата планета.
Интересното е, че черните дупки не са непременно черни.
Квазарите са ярки ядра на далечни галактики, които се хранят с енергията на радиация от черни дупки.
Те могат да бъдат толкова ярки, че да надхвърлят мощността на излъчване на всички звезди в собствените си галактики.
Такова излъчване възниква, когато черна дупка се храни с нова материя.
За да бъде ясно, това, което все още можем да видим, е материя извън радиуса на черната дупка. Няма нищо в обсега му на действие, дори светлина.
При поглъщането на материята се отделя колосална енергия. Именно това сияние се вижда при наблюдение на квазари.
Следователно, обекти, уловени в непосредствена близостдо черна дупка, ще бъде много горещо.
Много преди "спагетификацията" мощно излъчванеще те изпържи.
За тези, които са гледали „Интерстелар“ на Кристофър Нолан, перспективата за планета, обикаляща около черна дупка, може да бъде привлекателна само по един начин.
За да се развие живот, е необходим източник на енергия или температурна разлика. И черна дупка може да бъде такъв източник.
Има обаче едно условие.
Черната дупка трябва да спре да абсорбира каквато и да е материя. В противен случай той ще излъчва твърде много енергия, за да поддържа живота в съседните светове. Какъв би бил животът в такъв свят (ако не е твърде близък, иначе ще се „спагетира“), но това е друг въпрос.
Количеството енергия, което планетата ще получи, вероятно ще бъде малко в сравнение с това, което Земята получава от Слънцето.
И местообитанието на такава планета ще бъде доста странно.
Ето защо, когато прави Interstellar, Торн се консултира с учени, за да гарантира, че изображението на черната дупка е точно.
Всички тези фактори не изключват живота, просто той има доста сурови перспективи и е много трудно да се предвиди как ще изглежда.