Вокруг Солнца вращается черная дыра?
Одна из неразрешимых пока загадок нашей Солнечной системы заключается в непонятных гравитационных воздействиях на самой ее границе. Астрономы выдвинули предположения о существовании далеко за орбитой Плутона еще одной, девятой планеты. Но до сих пор ее не удается обнаружить никакими способами.
В связи с этим была выдвинута другая гипотеза — таинственная Планета Девять может быть вовсе и не планетой, а крошечной черной дырой, некогда попавшей в сферу гравитационного притяжения Солнца.
Такая тяжелая черная дыра может иметь диаметр не больше пяти сантиметров, и ее обнаружение представляется еще менее результативным, чем предыдущие поиски планеты.
Новая идея, как можно найти доказательство существования черной дыры, принадлежит физику Эду Виттену из Института перспективных исследований в Принстоне. Он предложил отправить в далекое путешествие к краю Солнечной системы флот миниатюрных космических аппаратов. Образно говоря, предлагается выстрелить из дробовика. В роли дробовика выступает мощный лазер, а в роли дробинок — сотни или даже тысячи наноспейсеров.
Как цитирует Виттена журнал Discover, если один из таких мини-кораблей будет неожиданно сбит с курса неизвестным притяжением, это станет неопровержимым свидетельством существования черной дыры.
Идея, в отсутствие результатов от традиционных наблюдений, представляется заманчивой. Проблема состоит лишь в том, что таких нано-кораблей пока еще нет на вооружении космического флота землян. Идею их создания высказывали не раз и до Виттена, однако пока непонятно, как разместить в таком аппарате, вес которого измерялся бы считаными граммами, всю полезную аппаратуру для хронометража полета и передачи данных на Землю.
Источник
Три мифа о черных дырах
Журнал «Форбс» решил просветить своих читателей на тему черных дыр. Экспертом выступил Хоссам Али, профессор астрономии из Университета Лестера. В своем коротком, но очень информативном ликбезе ученый развенчивает три самых распространенных заблуждения о черных дырах.
1. Галактики вращаются вокруг черных дыр
Мы все знакомы с нашей Солнечной системой, где кучка планет и астероидов (и булыжников, дослужившихся до высоких званий, вроде Плутона) вращаются вокруг центрального небесного тела. Астрономы называют это системой Кеплера (то есть системой, следующей законам Кеплера). В таких системах центральный объект вносит наибольший вклад в общую массу, а все остальные тела могут считаться «пробными телами» — так называются малые заряды, которые не возмущают внешнее поле. Вращение по законам Кеплера происходит по эллиптическим орбитам с уменьшением средней орбитальной скорости по мере удаления от центра, и это уменьшение пропорционально корню от радиуса орбиты.
Многие считают, что по той же схеме построена галактика, где звезды и газовые облака вращаются вокруг центральной черной дыры. Это не так. Астрономы давно знают, что галактики — это не системы Кеплера, так как орбитальные скорости звезд, как правило, не зависят от радиуса орбит. Сегодня, когда в нашем распоряжении есть массы черных дыр, в том числе Стрельца A* в центре Млечного Пути, мы можем получить более точную картину.
Назовем сферой влияния черных дыр объем, внутри которого гравитационный потенциал черной дыры преобладает над потенциалом материнской галактики. Тогда для Стрельца A* сфера влияния будет иметь радиус около 3 парсеков. (1 парсек равен 3,26 световым годам. Астрономы редко используют световые годы как меру расстояния, разве что при общении с прессой.) В масштабе Галактики это крошечный объем. Настолько крошечный, что в него помещается всего около 100 звезд, а всего их в Млечном Пути порядка 200 миллиардов. И только про эти 100 звезд можно сказать, что они вращаются вокруг черной дыры. Солнечная система расположена более чем в 8000 парсеков от центра, и это только две трети пути до края Галактики.
Представление о том, насколько незначительна гравитация нашей черной дыры, можно получить, просто сравнив предполагаемые массы Стрельца A* и Млечного Пути. Стрелец A* весит примерно столько же, сколько 3,6 миллиона солнц. В то же время совокупный (звезды + газ + темная материя) вес Галактики составляет около 10 триллионов солнечных масс. Вторая цифра почти в миллион раз больше первой.
2. Черные дыры засасывают всё вокруг себя
Мы уже выяснили, что звезды снаружи сферы влияния черной дыры не вращаются вокруг нее. Но что насчет тех 100 небесных тел в радиусе 3 парсеков от Стрельца A*? Стоит ли им волноваться, что их проглотят?
Вся штука с гравитацией черной дыры в том, что она ничем не отличается от гравитации любого другого объекта, обладающего массой. Сила тяготения не заставляет небесные тела падать друг на друга (это верно только в случае нулевой тангенциальной скорости в системе отсчета центрального объекта), она заставляет их обращаться друг около друга. По этой причине Земля 4,5 миллиарда лет вращается по орбите вокруг Солнца и не падает на него. Если бы Солнце было черной дырой той же массы, наша орбита осталась бы такой же. Этим простым фактом мы обязаны сохранению углового момента, которое следует из законов Ньютона.
О чем действительно стоит беспокоиться той сотне звезд, которые живут в 3 парсеках от Стрельца A* и ближе, так это о приливных силах черной дыры, прозванных астрономами спагеттификацией, или эффектом лапши. Как известно, сила тяготения между двумя массами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Когда звезда подлетает слишком близко к черной дыре, та ее сторона, что оказывается ближе к черной дыре, притягивается сильнее, чем противоположная сторона. В какой-то момент поле приливных сил оказывается сильнее, чем гравитация самой звезды, и начинается приливное разрушение. Черная дыра затем принимается высасывать газ, захваченный у разрушенной звезды.
Чтобы Солнце испытало приливное разрушение вблизи Стрельца A*, им нужно оказаться на расстоянии 100 миллионов километров друг от друга. Это меньше одной астрономической единицы, то есть среднего расстояние между орбитой Земли и Солнцем. Величина очень маленькая по сравнению с шириной сферы влияния — 3 парсеками. На самом деле, ни одна звезда в сфере влияния не находится так близко к Стрельцу A*. Ближайшее к черной дыре небесное тело — это звезда S0-2, и она подлетает к центру Галактики не ближе чем на 120 астрономических единиц.
3. Черные дыры имеют очень высокую плотность
Лишь маленькие черные дыры имеют высокую плотность. Массивные черные дыры, которые находятся в центрах галактик, совсем не такие плотные.
У черных дыр нет радиуса в собственном смысле слова, и потому не может быть строго определенного объема или плотности. Но если считать горизонт событий краем черной дыры, то ее плотность будет уменьшаться прямо пропорционально квадрату ее массы. Типичная черная дыра звездной массы (в Млечном Пути таких должно быть около 100 миллионов), которая весит в 10 раз больше Солнца, будет в 10 миллионов миллионов раз плотнее воды, то есть будет иметь плотность 10 16 килограммов на кубический метр.
Плотность Стрельца A* составляет около 10 6 кг/м 3 , что в 1000 раз больше, чем у воды. (Кстати, Стрелец A* — нетипично маленькая черная дыра для такой галактики, как Млечный Путь).
Типичная сверхмассивная черная дыра в приличной галактике весит в 100 миллионов раз больше Солнца. Это дает нам плотность примерно в 100 кг/м 3 — 10% от плотности воды.
Одна из самых тяжелых сверхмассивных черных дыр находится в центре галактики NGC1600 и весит столько же, сколько 17 миллиардов солнц. Плотность такой дыры составила бы примерно 0,01 кг/м 3 , что в 100 000 раз меньше плотности воды и составляет всего 1% от плотности земной атмосферы на уровне моря.
Источник
Вокруг Солнца может вращаться крошечная черная дыра, и физик хочет ее найти
В нашей свежей статье «Астрономы нашли ближайшую к Земле черную дыру» мы сделали предположение о том, что на окраине Солнечной системы может находиться очень спокойная черная дыра, которая вызывает гравитационные возмущения в Поясе Койпера.
Прошло два дня и выяснилось, что некоторые ученые на самом деле рассматривают идею, описывающую захват крошечной черной дыры гравитацией нашего Солнца.
Журнал Discover сообщает , что физик Эд Виттен из Института перспективных исследований планирует найти эту гипотетическую черную дыру.
Гравитационная аномалия
Нечто искажает орбиты множества объектов Пояса Койпера. Что это? Девятая планета, ждущая своего открытия или же черная дыра? Если гипотетическая черная дыра имеет массу, приписываемую Девятой Планете, то ее диаметр около пяти сантиметров, а значит найти ее практически невозможно.
Эд Виттен понимает, что наблюдения при помощи телескопов не дадут результатов, а значит самое рациональное решение — отправить гигантский флот крошечных космических аппаратов. Виттен говорит, что если хотя бы один из зондов неожиданно сойдет с курса, то это будет признаком гравитационного притяжения черной дыры.
Умение планировать
К сожалению, космические запуски остаются дорогим удовольствием. Кроме этого, нанокосмические аппараты, предлагаемые Виттеном, до сих пор находятся на стадии «активной разработки». Однако это не ставит крест на его планах.
«Если дальнейшее изучение пояса Койпера укрепит аргумент в пользу существования Девятой Планеты, но телескопические поиски не позволят обнаружить объект, то о крошечной черной дыре начнут говорить многие. Придется прибегнуть к прямому поиску, а значит к флоту нанокосмических зондов», — заявил Виттен.
В настоящее время Эд Виттен занимается детальным планированием миссии и верит, что в обозримом будущем реализует задуманное. Это, стоит признать, разумное решение, потому что руководителями миссий NASA нередко становились те, кто предлагал решение задолго до старта.
Источник
Могут ли планеты вращаться вокруг сверхмассивной черной дыры вместо звезды?
Мы привыкли к планетам, вращающимся вокруг звезд. Однако оказывается, что они также могут вращаться вокруг сверхмассивных черных дыр.
Уже были предположения, что планеты могут вращаться вокруг небольших черных дыр, но редко упоминаются сверхмассивные черные дыры, которые были в миллионы раз массивнее Солнца. Кейити Вада из Университета Кагосима в Японии и его команда применили модели формирования планет, чтобы посмотреть, к чему это приведет.
«Это первое исследование, в котором была обнаружена возможность непосредственного образования планетарных объектов, которые не связаны ни с какими звездами, а вращаются вокруг сверхмассивных черных дыр», — говорит Вада.
Процесс образования планет обычно начинается в пыле-газовом диске, окружающем звезду. Постепенно материя сливается в локальные плотности, и затем их гравитация притягивает еще больше материи, что приводит к образованию планет.
Вада и его команда исследовали поведение подобных дисков, которые, как мы знаем, окружают и сверхмассивные черные дыры, и показали, что в них могут происходить похожие процессы. «По сути, такие диски могут образовывать планеты так же, как и протопланетные у звезд», — говорит Вада.
Из-за своей огромной массы и гравитации сверхмассивные черные дыры искривляют пространство-время особым образом. Тем не менее, планеты, вращающиеся вокруг них, могут не испытывать каких-либо странных эффектов, таких как замедление времени. Вада признает, что такие планеты будут вращаться вокруг черной дыры, на расстоянии около 10-30 световых лет, где экстремальные явления, связанные с общей теорией относительности, будут незначительными.
Однако планетные системы вокруг сверхмассивных черных дыр могут не напоминать те, которые сформировались вокруг звезд. «Общее количество пыли на таком диске огромно», — говорит Вада. Это означает, что типичные планеты будут иметь массу, в десять раз превышающую массу Земли, и до 10000 таких планет могут вращаться вокруг одной сверхмассивной черной дыры.
Шон Рэймонд из Университета Бордо признает, что выводы исследователей логичны. Однако, по его словам, формирование планет также может быть возможно ближе к сверхмассивной черной дыре. «Теоретически возможно, что миллионы планет вращаются вокруг одной черной дыры. Однако для этого необходимо идеальное соответствие многих условий», — добавляет он.
Непосредственное обнаружение таких планет было бы чрезвычайно трудным из-за расстояния. Тем не менее, потенциально возможно получить косвенные доказательства их присутствия на основе исследования протопланетного диска в инфракрасном диапазоне.
Источник
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
Science (США): может ли обитаемая планета вращаться вокруг черной дыры?
Считается, что сверхмассивные черные дыры поедают все, что только можно, включая газовые облака и целые планетные системы, вроде солнечной. Интересно, а может ли вокруг такой космической хищницы вращаться какая-нибудь обитаемая планета? Вы удивитесь, но ученые считают, что это в принципе возможно, хотя существует множество причин, по которым жизнь вряд ли смогла бы укорениться в таком месте. Но если бы это произошло, жить на такой планете было бы очень странно: черная дыра заслоняла бы собой почти полнеба и, сконцентрировав оставшиеся после большого взрыва фотоны, формировала бы этакое подобие солнца.
Сам этот вопрос был навеян фильмом 2014 года «Интерстеллар» (Interstellar). Там показано, как астронавты летят через кротовую нору по направлению к гигантской черной дыре, попутно посещая несколько планет, вращающихся вокруг этой самой дыры. Астрофизик Павел Бакала (Pavel Bakala) из Силезского университета в городе Опава вместе с коллегами решил подойти к этой задаче, рассмотрев физику подобных планетных систем с точки зрения термодинамики. Чтобы жизнь развивалась, планете необходим источник энергии (например, для Земли — это Солнце) и теплоприемник для избыточного тепла (для нас его роль выполняет холод космического пространства). Разница между ними двумя управляет процессами, порождающими жизнь.
Однако в фильме ситуация обратная: «солнце» холодное, а космическое пространство горячее. Ученые полагают, что черная дыра является идеальным теплоприемником, а полезная энергия может порождаться реликтовым излучением. Это излучение, пронизывающее космическое пространство, является отголоском большого взрыва. Реликтовое излучение — слабое, его температура всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, однако мощнейшая гравитация сверхмассивной черной дыры перевела бы его в оптический диапазон, сфокусировав в виде узкого луча. И, как утверждают ученые, на одной из этих причудливых планет реликтовое излучение появилось бы в виде яркой звезды, сияющей на краю черной дыры.
Впервые об этой идее ученые поведали в 2017 году. И теперь они подкрепили свою гипотезу цифрами. Чтобы получить достаточно сильный свет от реликтового излучения, планета должна была бы вращаться на очень близком расстоянии от горизонта событий черной дыры. Но, как известно, любой объект, приближающийся к ней на близкое расстояние, в конечном итоге будет ею поглощен. Однако если черная дыра достаточно быстро вращается, то возможно появление на близком расстоянии устойчивых орбит. Как сообщают ученые в The Astrophysical Journal, для того, чтобы планета приблизилась на достаточно близкое расстояние, поверхность черной дыры должна вращаться со скоростью, меньше чем на стомиллионную долю процента уступающей скорости света.
Кроме того, согласно расчетам ученых, масса черной дыры должна как минимум в 163 миллиона раз превосходить массу нашего Солнца. Это потому, что сверхмассивная черная дыра малых размеров и весом в 4 миллиона солнечных масс (одна из таких обнаружена в Млечном Пути) с помощью приливных сил способна уничтожать звезды или планеты по мере приближения последних к ней. А вот рядом с более крупными черными дырами такого приливного разрушения не происходит до тех пор, пока какая-нибудь звезда или планета не окажется внутри горизонта событий; поэтому все, что находится снаружи, этому разрушению не подвержено.
Для того чтобы планета успешно эволюционировала, центр галактики также должен быть неподвижен (как выразился Бакала, «старая галактика» с «почти пустым пространством», окружающим черную дыру). Ведь если черная дыра будет засасывать какую-нибудь другую случайно оказавшуюся рядом материю, то процесс гибели этой материи будет сопровождаться мощной вспышкой излучения, способной погубить любое проявление жизни на соседней планете. В любом случае, как сказал Бакала, «вряд ли какая-то жизнь появится в таких условиях».
Контекст
Каково это — упасть в черную дыру? (Forbes)
Science: как выглядит черная дыра
Грандиозный прорыв: первые фото черной дыры (Telegraph)
Такая планета, разумеется, будет очень странным местом. Кромешная темнота горизонта событий, закрывшего собой почти полнеба, — все это выглядит угрожающе. Кроме того, из-за релятивистского замедления времени по канонам теории гравитации Альберта Эйнштейна, известной как общая теория относительности, один год на такой планете приравнивается к тысячелетию на планете, вращающейся вокруг обычной звезды.
И даже если бы в подобных условиях появилась жизнь, то мы вряд ли бы смогли ее обнаружить, так как если планета будет проходить по диску черной дыры, то ее нельзя будет заметить на его фоне. Подобное прохождение планеты можно было бы наблюдать на любом из радиотелескопов, взять хотя бы тот, с помощью которого мы впервые в истории получили изображение черной дыры. Впрочем, по словам Бакалы, такой транзит могли бы обнаружить многие из радиотелескопов, подобных тому, который использовался в прошлом году, чтобы впервые в истории получить изображение черной дыры. «С технической точки зрения это сделать не так просто, но с теоретической — это возможно».
К этим вопросам часто обращается физик-теоретик из Гарвардского университета Ави Лёб. В прошлом году он размышлял о «некоторых забавных вещах, которые, как представляется, могут происходить поблизости от черной дыры», таких как, скажем, использование ее аккреционного диска для сжигания мусора и производства полезной энергии или полет с помощью фотонных парусов на релятивистских струях, исходящих из полюсов черной дыры. И хотя, по мнению Лёба, подобные теоретические упражнения полезны для иллюстрации гравитационных явлений и для понимания сути экстремальных условий, возникающих в пространстве вокруг черной дыры, все же ученый готов высказать множество доводов, по которым любая планета, расположенная рядом с черной дырой, не пригодна для жизни.
Во-первых, говорит ученый, необходимая высокая скорость вращения черной дыры должна быть близка к максимально возможной (с точки зрения физики). При этом какого-то известного механизма для быстрого вращения черной дыры не существует.
Еще одна проблема: как планета может выйти на такую орбиту? В прошлом году японские ученые утверждали, что холодные планеты могут образоваться из газа и пыли, которыми пропитано пространство на некотором расстоянии вокруг галактического центра. Но, по словам Лёба, трудно представить, каким образом планета может переместиться на орбиту, расположенную буквально над самой поверхностью черной дыры.
И еще важное замечание: по расчетам, проведенным Лёбом и его коллегами в прошлом году, большинство звезд во внутренних частях галактик, по всей видимости, лишатся своей атмосферы в результате мощных вспышек экстремального ультрафиолетового излучения, исходящего из центральной области черной дыры по мере ее роста, обусловленного поглощением газа и пыли. Понято, что у планеты, расположенной близко к ее поверхности, вообще не было бы никаких шансов.
Сам Бакала признает, что его исследование было всего лишь интеллектуальным упражнением, цель которого отчасти состояла в том, чтобы заинтересовать студентов термодинамикой. Однако даже эта игра ума побудила Бакалу вместе с его коллегами перейти к задаче обнаружения небольших небесных тел вблизи галактических центров. Астрономам удается наблюдать большие яркие солнца, известные как звезды S-типа, однако Бакала полагает, что более старые и тусклые объекты, такие как нейтронные звезды, способны заявить о своем существовании посредством гравитации.
По словам Лёба, его идеи возникли в результате недавно прочитанного курса. Однажды Лёб спросил своих студентов, что они предпочли бы — прокатиться на инопланетном космическом корабле или отправиться в черную дыру? Большинство захотели встретиться с инопланетянами и рассказать об этом в интернете, если, конечно же, будет к нему доступ. А вот путешествие в черную дыру никого не привлекло, ведь Instagram там не работает — даже он не в силах преодолеть ее притяжение.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Источник