Естествознание.ру
Черные дыры
Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, все миллиарды звезд нашей галактики также вращаются по эллиптическим орбитам вокруг своего центра. Центром Солнечной системы является массивный объект — Солнце. Значит, должен существовать такой же объект, только во много раз больший, вокруг которого вращается наша галактика. Большинство ученых склоняется к мысли, что в центре Млечного Пути (возможно, и каждой из галактик во Вселенной) находится черная дыра.
Черной дыре, предположительно находящейся в центре галактики Млечный Путь, присвоили название Стрелец А. Черные дыры, время от времени, выбрасывают поток излишней материи, и тогда из полюсов дыры «выстреливают» лучи космического вещества. Природа этого феномена пока не очень понятна.
Стрелец А
- Описание: черная дыра, предполагаемый центр галактики Млечный Путь.
- Масса: 4,3 млн солнечных масс.
- Радиус: 45 а. е. (6,25 светового часа).
- Расстояние от Солнца: 25 900 св. лет (7940 парсек).
Поглотители света и времени
Черной дырой называют космический объект, масса и гравитационное притяжение которого настолько велики, что он поглощает не только всю материю вокруг, но и само время! Притяжение черной дыры не могут преодолеть даже частицы света. Именно поэтому черная дыра невидима в световом диапазоне.
Разрушители и опорные точки
Оказавшиеся в поле притяжения черной дыры планеты или звезды рано или поздно станут ее «пищей», то есть послужат строительным материалом для ее увеличения. Механизм возникновения черных дыр не ясен до конца. По одной из версий, эти жуткие «создания» образуются после взрыва сверхмассивных звезд. Безусловно, черные дыры — это разрушители Вселенной, однако есть версия, что они являются ее же опорными точками. Вокруг них из-за их невероятно большой массы, скорее всего, и строится Вселенная.
Тоннели в пространстве и времени
С черными дырами связана весьма необычная теория кротовых нор во Вселенной. Кротовой норой называется предполагаемый тоннель в пространстве и времени, через который можно переместиться на многие тысячи лет и миллиарды километров вперед или назад. Согласно некоторым моделям устройства Вселенной, такими кротовыми норами как раз и являются черные дыры. Хорошая теория для писателей-фантастов, однако, ее пока что невозможно подтвердить с научной точки зрения.
«Маяки Вселенной»
Квазары излучают мощнейшие потоки света и газа. Это самые яркие объекты в мире, так что их еще называют «маяками Вселенной». Считается, что квазары представляют собой ядра будущих галактик на начальном этапе их развития. По мнению ученых, это, скорее, сверхмассивные черные дыры. Их гравитация в будущем притянет близлежащие звездные скопления, которые составят основу новых галактик. Потоки света и газа из квазаров — это отторжение ядром «излишней пищи», то есть поглощенной ранее материи.
Источник
Темная лошадка: ближайшую к Земле черную дыру нашли в созвездии Единорога
Автор фото, NASA
Ученые из Университета штата Огайо обнаружили уникальную черную дыру, побившую сразу два астрономических рекорда.
Во-первых, она расположена ближе всех прочих к нашей Солнечной системе — расстояние до нее почти втрое меньше, чем до предыдущего «рекордсмена».
Во-вторых, из всех когда-либо открытых подобных объектов этот — самый крошечный. Настолько, что не вписывается в существующую классификацию — для нее придется придумывать новую категорию.
Разумеется, назвать черную дыру «крошечной» можно только по космическим меркам: она все равно примерно втрое тяжелее Солнца, то есть почти в миллион раз превышает по массе нашу планету.
«Близко» — когда речь о расстояниях между астрономическими объектами — понятие тоже весьма относительное. Обнаруженная черная дыра расположена в одной с нами галактике Млечный путь, в созвездии Единорога, однако от Земли ее все равно отделяют примерно 1500 световых лет.
Впрочем, по космическим меркам это действительно почти что рукой подать. Для сравнения: расположенная в центре Млечного пути сверхмассивная черная дыра Стрелец A* находится дальше от Земли примерно в 18 раз.
А на единственной в своем роде фотографии, опубликованной учеными два года назад, запечатлен горизонт событий черной дыры (Мессье 87), откуда свет шел до Земли примерно в 36 тысяч раз дольше.
Авторы открытия уже успели окрестить карликовую черную дыру Единорогом — за ее уникальность и расположение. А поскольку в английском языке созвездия носят традиционные латинские названия, заголовок опубликованной по этому поводу статьи (A Unicorn in Monoceros) представляет собой игру слов и переводится как «Единорог в Единороге».
«То, что такую черную дыру удалось найти в нашей галактике — потрясающая новость, — заявил Би-би-си Оливер Йенрих, возглавляющий в Европейском космическом агентстве департамент астрофизических исследований. — Тем более что метод, с помощью которого она была обнаружена, может помочь найти и другие черные дыры звездной массы, которые пока не удавалось обнаружить традиционными методами».
Что такое черная дыра?
Автор фото, ESA/Hubble, M. Kornmesser
Обычно черные дыры выявляют благодаря их взаимодействию с другими космическими телами — например, когда она пожирает близлежащую звезду
- Черная дыра — это область пространства-времени, сила гравитации в которой настолько велика, что покинуть ее не могут никакие объекты или волны, в том числе свет
- Несмотря на название, черная дыра на самом деле не пуста изнутри. Напротив, она заполнена огромной массой материи, сжатой в небольшом объеме, что создает огромную силу притяжения
- Вокруг черной дыры располагается область, называемая горизонтом событий. Это воображаемая граница в пространстве, «точка невозврата», после пересечения которой вырваться из гравитационной ловушки уже невозможно.
Карлики и переростки
Черные дыры — самые загадочные и непостижимые астрономические объекты.
Их физические свойства, предсказанные Альбертом Эйнштейном еще в 1915 году, настолько отличаются от привычного нам мира, что не укладываются в голове.
Черную дыру сложно даже вообразить — ведь там перестают действовать все известные нам законы физики. Любые попытки рассчитать характеристики таких объектов при помощи уравнений в результате либо дают бесконечность, либо вообще теряют всякий смысл.
В теории черные дыры могут быть самого разного размера — от совсем крохотных, образовавшихся на заре существования Вселенной (их называют первичными), до настоящих исполинов, масса которых превышает солнечную в десятки миллиардов раз.
Таких сверхмассивных черных дыр (СМЧД) известно немало: они расположены в центре многих галактик, включая и наш Млечный путь. Однако до настоящего времени ученым не удавалось найти черную дыру массой меньше, чем пять солнечных.
«Открытие любой черной дыры небольшого размера — это всегда волнительно, — говорит доктор Фил Саттон, преподающий астрофизику в Университете Линкольна. — Они куда более интересны, чем их собратья-переростки, расположенные в центрах галактик, — в первую очередь за счет механизма их формирования».
Автор фото, Science Photo Library
Массивные объекты искривляют вокруг себя пространство и время
Учитывая относительную «легкость» открытого объекта, скорее всего, когда-то Единорог был крупной звездой, объясняет астрофизик. Особенно интересно то, что ее масса — всего втрое больше солнечной — находится буквально на грани минимально возможной для того, чтобы по окончании своего жизненного цикла звезда смогла превратиться в черную дыру.
Обычно дело обстоит так. Когда запасы топлива в недрах звезды подходят к концу, термоядерные процессы там начинают затухать — и в какой-то момент она, как выброшенный на сушу кит, перестает выдерживать собственный вес. Тогда под действием собственной гравитации звезда резко «схлопывается», как бы проваливаясь внутрь себя, и превращается во что-то другое — а вот во что именно, зависит от ее размера и массы.
«Будь она еще меньше — и в результате бы образовалась нейтронная звезда, — продолжает доктор Саттон. — По массе такие звезды уступают черным дырам совсем немного, но при коллапсе не схлопываются до минимума, а уменьшаются примерно до размеров города. Учитывая близость к нам открытого объекта и наличие у него звезды-компаньона, с которой они образуют двойную систему, мы можем многое узнать об их эволюции».
Впрочем, эксперт призывает не делать поспешных выводов: единственный параметр обнаруженного небесного тела, в котором ученые могут быть относительно твердо уверены, — это его масса.
Рябь по Вселенной
Однако именно масса Единорога — его самая удивительная характеристика, настаивает доктор Даррен Баскилл, преподающий астрономию в университете Сассекса.
Если нейтронная звезда образуется при коллапсе светила, масса которого превышает солнечную в 1,5-3 раза, а самые легкие черные дыры тяжелее Солнца по меньшей мере в пять раз, то что же происходит с телом промежуточной массы? Ученые склоняются ко второму варианту, но найти экспериментальное подтверждение этой гипотезы пока не удавалось.
«Наша галактика буквально напичкана черными дырами, которые образовались в результате смерти тяжелых звезд, — уверен Баскилл. — И лучший способ их обнаружить — это вести наблюдения за такими двойными системами. От черной дыры свет убежать не может — но многое мы можем узнать, наблюдая за ее звездой-компаньоном».
Это мнение разделяет и его коллега, профессор гравитационной астрофизики Мартин Хендри.
«Уже довольно долгое время астрономы задавались вопросом — действительно ли существует такой «зазор массы»? — объясняет Хендри, возглавляющий в Университете Глазго Школу физики и астрономии. — Ведь это означало бы, что у звездных «останков» есть еще какой-то, пока неизвестный вид».
Профессор Хендри — один из сотрудников международного проекта LIGO, которым в сентябре 2015 года удалось экспериментально подтвердить существование гравитационных волн, предсказанных еще Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. В 2017-м это открытие было удостоено Нобелевской премии по физике.
Представьте себе гладкое как зеркало озеро, в которое прямо на ваших глазах кто-то решил швырнуть приличных размеров булыжник. Ударившись о воду, камень, конечно, тут же пойдет ко дну, а по поверхности озера от места падения начнут кругами расходиться волны.
Автор фото, NASA
Увидеть гравитационные волны невозможно, но так они выглядят в представлении иллюстраторов НАСА
Гравитационные волны — точно такая же «рябь», расходящаяся по ткани пространства-времени при столкновении объектов огромной массы, вроде двух черных дыр.
За прошедшие с тех пор пять с лишним лет ученым удалось зафиксировать десятки случаев, когда в результате слияния двух черных дыр Вселенную пронизывали гравитационные колебания. Но сигнал, обнаруженный в июне прошлого года, по словам профессора Хендри, поставил физиков в тупик.
Один из столкнувшихся объектов совершенно точно был компактной черной дырой, а вот о природе второго ученые спорят до сих пор: то ли это была самая тяжелая из когда-либо обнаруженных нейтронных звезд, то ли — самая легкая из когда-либо обнаруженных черных дыр. Обнаруженный по соседству Единорог дает астрономам надежду, что в этом вопросе удастся поставить точку.
Впрочем, загадывать пока рано. Не далее как в прошлом году ученые уже заявляли, что обнаружили похожий объект — причем находящийся даже еще ближе к нашей планете, на расстоянии всего 1000 световых лет.
Однако уже через несколько месяцев одна за другой были опубликованы сразу четыре работы, оспаривающие это открытие и предлагающие убедительные альтернативные объяснения сделанных измерений.
Источник
Как открывали Стрелец А* – чёрную дыру в центре Млечного Пути
В центре нашей галактики располагается черная дыра. Она в четыре миллиона раз массивнее Солнца, и весь Млечный Путь вращается вокруг неё. Её изучение обещает нам гигантские научные прорывы, вроде понимания природы гравитации. Однако практически всю историю астрономии никто не был уверен в том, что она существует. Черные дыры не излучают свет, а имевшееся оборудование было недостаточно чувствительным, чтобы «разговорить» радиоволны, излучающиеся окружающей их материей. Лишь в 1974 году группе учёных удалось предоставить убедительные доказательства её существования. Сегодня эта черная дыра называется Стрелец А*, а её обнаружение считается одним из крупнейших открытий в истории астрономии.
Эта история началась в 30-х годах прошлого века в недрах одной всемирно известной телефонной компании. Физик по имени Карл Янский работал на “Bell Labs”, и перед ним стояла довольно сложная задача – искать источники помех в трансатлантической телефонной связи. Он добросовестно выполнял свои функциональные обязанности, но по большей части засекал лишь отголоски гроз и других вполне земных явлений. Однако в какой-то момент он обнаружил ещё один источник, который, как казалось, находился где-то в межзвездном пространстве – в центре Млечного Пути, в области, именовавшейся Стрелец А.
Компанию “Bell Labs” данный источник помех не заинтриговал, так как был явно неустраним, однако астрономы проявили к нему самый живой интерес. В течение нескольких десятилетий они исследовали регион, пытаясь понять, что излучает эти радиоволны. Но, несмотря на то, что сигналы были довольно сильными, у них не было телескопов, которые могли бы выделить то, что их испускает. Это было похоже на попытку нарисовать картину неба очень большими пикселями. При этом источник волн находился в пикселе, в котором было множество других объектов.
Чтобы решить эту проблему, была использована радиоинтерферометрия. Интерферометр представляет группу из двух или нескольких радиотелескопов, принимающих сигнал от одного-единственного объекта. Все они вращаются вместе с Землёй, и когда планета завершает свой дневной оборот, образуют что-то вроде гигантской виртуальной тарелки телескопа. Чтобы синхронизировать сигналы разных радиообсерваторий, требуется сложнейшая компьютерная обработка, но оно того стоит. Так как в данной системе разрешение зависит от расстояния между телескопами, а не от диаметра одной тарелки. Это означает, что с её помощью при желании можно получить очень детальную картину.
У первых исследователей Стрельца А такой возможности не было, но уже к концу 60-х астрономы начали сужать круг кандидатов на роль источника радиосигнала. Именно в это время учёные-теоретики предположили, что столь мощной энергией может обладать черная дыра. В 1971 году группа английских исследователей увидела некую структуру, но разрешения “изображения” всё равно не хватило, чтобы выделить конкретный объект. Наконец, в 1974 году два астронома объединили интерферометр в Грин-Бэнк, Западная Виргиния, с телескопом в соседнем городке Хантерсвилл в одну виртуальную систему, имеющую разрешение 35-километровой тарелки. Благодаря этому они выделили единственный источник сигнала, который, по их мнению, действительно был черной дырой. В статье, описывающей свои исследования, они предположили, что она не только находится в центре Млечного Пути, но и полностью определяет всё то, что там происходит.
Это было настолько значительное открытие, что Боб Браун, один из этих двух учёных, почувствовал себя вправе дать обнаруженному объекту наименование. Так как это был типичный ботаник, мышление которого отличалось неординарностью, он решил, что наиболее подходящим будет Стрелец A*. На фоне других космических объектов, которые нарекаются такими же оригиналами, оно вроде бы выделяется не очень сильно, но тут надо понимать ход мыслей Брауна. Его вдохновили физики-ядерщики, которые используют “звездочку” для указания, что атом находится в возбужденном состоянии. Здесь же она обозначала, что открытие было “захватывающим”. Мило, не правда ли?
Но какой бы очаровательной ни была данная история к этому моменту, до её завершения было ещё неблизко. Так как далеко не у всех ученых хватало решимости признать, что Стрелец A* – это черная дыра. В принципе, это было более чем объяснимо – в тот момент не были известны ни масса, ни радиус этого объекта, что могло бы устранить все сомнения. Потребовались десятилетия дальнейших исследований, чтобы подтвердить открытие и добиться приемлемого представления об этом массивном объекте и его окрестностях. Над этим работали десятки ученых по всему миру, и к началу нулевых картина стала выглядеть более или менее отчётливо.
В 2002 году учёные из Калифорнийского университета отследили движение звезд в непосредственной близости от черной дыры. Использовав информацию об их орбитах, они определили массу и радиус Стрельца А*, показав раз и навсегда, что ничем иным, кроме как черной дырой, он быть не может. Ничто другое не могло быть в 4 миллиона раз массивнее нашей звезды, умещаясь при этом в радиус системы Меркурий-Солнце. Науке неизвестны другие объекты подобной плотности. Таким вот замысловатым образом статические помехи на линиях телефонной компании привели к одному из величайших открытий в астрономии – сверхмассивной черной дыры, находящейся на расстоянии 26000 световых лет от нас.
Впрочем, эта история еще не закончилась. Средства наблюдения, поступающие в распоряжение учёных, становятся все более мощными и чувствительными, и объём наших знаний о Стрельце А* будет становиться только больше. Возможно, наблюдения за ним и другими черными дырами позволят подтвердить или опровергнуть теоретические построения Эйнштейна о гравитации и свойствах пространства-времени. Исследователи уже в ближайшее время постараются сфотографировать его, как это уже сделано со сверхмассивной чёрной дырой в соседней с нами галактике M87. Когда это произойдет, мы сможем воочию увидеть объект, который ученые нащупывали в полной темноте в течение почти полувека.
Источник