Черная дыра и соцсети: что говорят о сенсационном открытии ученых
Автор фото, EPA
В среду 10 апреля ученые впервые обнародовали фотографию черной дыры — сверхмассивного коллапсара в далекой галактике Messier 87, находящейся в скоплении Девы. Этот факт захватил пользователей социальных сетей.
«Это одна из самых массивных черных дыр, которые в принципе могут существовать. Абсолютный монстр, чемпион Вселенной в сверхтяжелом весе», — рассказал профессор Университета Неймегена в Нидерландах Хейно Фальке на пресс-конференции, посвященной этой новости.
Многим показалось, что это открытие — хороший повод поупражняться в остроумии.
«Если вы не знали, как выглядит «черная дыра», то вот вам фото из Саратова», — публикуют острословы фотографию провалившегося асфальта в «ВКонтакте».
Другие же сравнили космическое явление с еще одним российским городом — Омском.
«Цифра дня. 6,5 миллиардов масс Солнца. Именно столько весит черная дыра, о фотографии которой все верещат. Настоящие врата ада», — не без трепета восторгается пользователь «Твиттера» TheBoozeen.
«Сверхмассивную черную дыру наконец-то увидели», — написал в «Твиттере» вокалист Muse Мэттью Беллами, вспоминая один из самых известных хитов своей группы — Supermassive Black Hole.
В треде под его записью поклонники разобрали текст построчно, переформулировав слова песни в вопросительные предложения. «Тают ли ледники глубокой ночью?», «Засосало ли суперзвезд в сверхмассивную?» — такими вопросами задаются пользователи.
Некоторые онлайн-ресурсы — например, «Яндекс» — поспешили изменить логотип на главной странице в честь по-настоящему эпохального события.
Один из пользователей «Твиттера» сравнил фотографию черной дыры с глазом Смауга, крылатого дракона из повести «Хоббит, или туда и обратно» Джона Толкина.
Для некоторых же фотография черной дыры лишь стала поводом подумать о насущных проблемах.
Отдельно пользователи порадовались за одну из тех, благодаря кому такая фотография стала возможной: британку Кейти Бауман. Она разработала алгоритм, с помощью которого из данных с телескопов удалось собрать тот самый снимок дыры.
Не «Интерстеллар» и не глобальное потепление
Впрочем, далеко не все восприняли обнаружение черной дыры как повод повеселиться.
Один из известных популяризаторов астрофизики Нил Деграсс Тайсон посчитал лицемерным восторг по поводу коллапсара, с учетом того, насколько у общества различны мнения по поводу глобального потепления.
«Ученые: «Мы сделали первый снимок сверхмассивной черной дыры в 55 млн световых лет от нас». — Ответ: «Оооо»! — Ученые: «Мы пришли к выводу, что люди катастрофически поднимают температуру на Земле». Ответ — «Это не совпадает с моими представлениями о правде, поэтому, должно быть, это неправда», — описывает логическое противоречие специалист.
Следует уточнить, что на фотографии не сама черная дыра, а ее «внешняя оболочка» — точка невозврата, также известная как горизонт событий: так называется граница пространства-времени, за которой гравитация черной дыры не дает телу вернуться во внешнее пространство.
С другой стороны границы у лучей еще есть возможность избежать притяжения.
Киноманы, разумеется, не упустили случая сравнить, как выглядит представленный в среду снимок с изображением черной дыры в фантастическом фильме «Интерстеллар».
По сценарию фильма, который вышел в 2014 году и завоевал «Оскар» за лучшие визуальные эффекты, главный герой Купер попадает в пятимерное пространство внутри черной дыры, в котором может подавать гравитационные сигналы в свое прошлое, предшествующее его вылету в космос.
Мнения ученых о достоверности с точки зрения науки показанного в фильме разные: одни говорят, что часть происходящего в кинокартине соответствует научным истинам, другие — что многое относится к обоснованным предположениям и даже домыслам.
То, как в фильме показана черная дыра, ученые в основном считают достоверным, за исключением того, что попавший в нее человек, вероятно, не выжил бы и оказался растянут на ультратонкие нити протоплазмы, считает космолог Брайан Грин.
Тем не менее, отмечает ученый, если дыра, в которую оказался затянут человек, достаточно большая, то это произошло бы не сразу.
«Нобель» по физике присужден за исследования черных дыр. Астрофизик — о том, почему это важно – Газета.uz
Нобелевскую премию по физике в этом году снова присудили за открытия в астрофизике. Между собой ее разделили трое ученых. Роджер Пенроуз получил ее за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности. Райнхард Генцель и Андреа Гез удостоились премии за открытие сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики. «Газета.uz» попросила астрофизика Пулата Тажимуратова объяснить, почему это важно.
О чём речь?
В 1915 году Альберт Эйнштейн предложил новую физическую теорию — общую теорию относительности. Она объясняла явление всемирного притяжения (гравитации) искривлением пространства-времени.
В качестве одного из доказательств своей теории Эйнштейн предложил свои расчеты для вращения орбиты Меркурия, которое в рамках теории Ньютона объяснить не получалось.
Уравнения теории Эйнштейна довольно сложные, и получить их точное решение можно только для нескольких простых случаев. Первое из таких решений, полученное немцем Карлом Шварцшильдом, указывало на возможность существования так называемых черных дыр: невероятно плотных объектов, которые настолько сильно искривляют пространство-время, что даже свет не может победить их притяжение.
Эйнштейн не обнаружил в решении Шварцшильда никаких ошибок, но считал их лишь математическим курьезом. Несмотря на то, что черные дыры математически верны, существовать в природе они, по мнению Эйнштейна, не могли.
Что выдающегося сделали лауреаты?
В 1965 году Роджер Пенроуз, используя математические методы, смог доказать, что если теория Эйнштейна верна, то массивные звезды в конце своей жизни просто обязаны превращаться в черные дыры.
Кроме того, Пенроуз смог подробно описать сами черные дыры и создать своеобразный научный «язык» для этого — диаграммы Пенроуза. Они по сей день остаются самым простым и наглядным способом описания черных дыр различных типов.
Райнхард Генцель и Андреа Гез с начала 1990-х независимо друг от друга вели наблюдения за областью в самом центре нашей галактики — А* Стрельца (произносится «Стрелец А со звёздочкой»).
Используя большие массивы телескопов, они смогли заглянуть в самое сердце Млечного пути сквозь огромные газопылевые облака и провести наблюдения. Результаты обработки этих наблюдений показали, что движение звезд вблизи центра галактики можно объяснить, только если в самом центре находится невероятно массивное тело (в 4,5 миллиона раз тяжелее нашего Солнца). Оно должно обладать огромным притяжением, которое заставляет близкие звезды совершать один оборот вокруг центра галактики всего лишь за десятки лет.
Единственными кандидатами на роль такого объекта являлись сверхмассивные черные дыры — особый вид черных дыр, которые образуются не из умирающих звёзд, а первичных скоплений материи.
Именно за эти открытия Пенроуз, Генцель и Гез получили Нобелевскую премию.
Почему так поздно?Пенроузу пришлось ждать своей награды больше полувека. Генцель и Гез ждали не так долго, но всё же немало. Почему? Всё дело в том, что до недавнего времени черные дыры оставались лишь теоретическими объектами. Открытия наших героев держались на одном большом «если»: это всё верно, если черные дыры действительно существуют.
Всегда оставался крохотный шанс, что в природе их нет, а теория Эйнштейна нуждается в дополнениях и уточнениях. Однако за последние пять лет произошло сразу два ярких события в физике: регистрация гравитационных волн проектами LIGO и VIRGO добавила ещё одно доказательство в копилку общей теории относительности.
Кроме того, успех Телескопа горизонта событий, получившего снимок сверхмассивной черной дыры в центре галактики Messier 87, доказал, что черные дыры действительно существуют в природе. И это естественным образом превратило условность (то самое «если») в уверенность.
Почему это важно для нас?
Действительно, что нам до далеких черных дыр? Как нас касается смерть больших звезд? Какая практическая польза нам от этих открытий? Прямой пользы от самих этих открытий для нас сейчас нет. Но для того, чтобы получить свои данные, командам Генцеля и Гез пришлось решать сложнейшие задачи, совершенствовать технологии получения изображений, разработать мощные алгоритмы обработки данных.
И именно вот эти косвенные результаты их работы имеют для нас огромную важность. Часть из них уже применяется в других, более «приземленных» работах, часть только начинает осваиваться. У открытия Пенроуза нет таких косвенных практических результатов. Но если бы именно не эта работа Пенроуза, могло бы не быть и исследований центра галактики, и Телескопа горизонта событий (который научил нас фотографировать очень далекие объекты).
Доказательство реальности черных дыр – Наука – Коммерсантъ
В Стокгольме назвали имена лауреатов Нобелевской премии по физике 2020 года. Это Роджер Пенроуз из Великобритании, Райнхард Генцель из Германии и Андреа Гез из США. Пенроуз получит половину денежного приза. Согласно официальной формулировке, он удостоился награды «за открытие, что образование черной дыры является надежным предсказанием общей теории относительности».
Оставшуюся часть суммы поровну разделят Генцель и Гез. Они получат премию «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей Галактики». Именно это небесное тело (Стрелец А*) стало первым известным человечеству объектом, который, вне всяких сомнений, является черной дырой.
Все три нынешних лауреата внесли решающий вклад в доказательство того, что черные дыры — не гипотетические объекты, а реально существующие небесные тела.
Напомним, что черные дыры — это объекты с невероятно мощным тяготением. На определенном расстоянии от центра черной дыры оно так сильно, что ничто, даже свет, не может противостоять ему.
Так что все, что подходит к такому монстру ближе этой дистанции невозврата, исчезает в черной дыре навеки без шансов вырваться.
Сама возможность существования черных дыр следует из общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. Но «может существовать» еще не значит «существует». При жизни великого физика не было известно ни одного процесса, который мог бы привести к образованию столь экзотического объекта.
И вот в 1965 году Роджер Пенроуз опубликовал прорывную научную работу. Он предложил новые математические методы, которые значительно расширили возможности теоретиков, занимающихся ОТО. Используя свои математические наработки, лауреат пришел к важнейшему астрофизическому выводу. Он показал, что, когда очень массивная звезда взрывается как сверхновая, на ее месте образуется черная дыра массой в несколько солнц.
Позже астрономы обнаружили объекты, очень похожие на черные дыры звездной массы. Окончательно существование таких черных дыр было установлено несколько лет назад, с открытием гравитационных волн, порожденных их столкновениями.
Объявление лауреатов Нобелевской премии по физике
Фото: Reuters
Однако реальность существования черных дыр была установлена еще раньше. И в этом заслуга других двух лауреатов — Генцеля и Гез.
Каждый из них возглавлял собственную научную группу, исследовавшую любопытный объект в центре Млечного Пути — Стрелец А*. Это мощный источник радиоволн и других видов электромагнитного излучения. Но что он представляет собой? Это и старались выяснить лауреаты.
Чтобы определить массу и размеры небесного тела, астрономы отслеживали движение обращающихся вокруг него звезд. Это было очень трудной задачей, ведь центр Галактики закрыт шлейфом газа и пыли. Генцелю и Гез пришлось накопить огромное количество данных и изобрести инновационные методы их обработки, чтобы справиться с этой трудностью.
Их труд увенчался успехом: орбиты звезд, обращающихся вокруг Стрельца А*, были отслежены с нужной точностью. И обе группы во главе с нынешними лауреатами пришли к одному и тому же выводу. Центральный объект по размерам не больше Солнечной системы, но при этом имеет массу 4 млн солнечных. Такое тело может быть только черной дырой. В рамках известных физических законов просто не остается других вариантов.
Таким образом, работы Генцеля и Гез и их сотрудников предоставили первые неоспоримые доказательства, что черные дыры существуют в реальности, а не только у теоретиков на бумаге.
Член Королевской шведской академии наук Ульф Даниэльсон произносит речь во время церемонии объявления лауреатов Нобелевской премии по физике 2020 года
Фото: Reuters
Сегодня никто из профессионалов не сомневается, что в сердце Стрельца А* находится сверхмассивная черная дыра. Его мощное излучение испускается падающей на «хищницу» материей.
Заметим, что собственные «стрельцы А*» есть в центрах практически всех галактик. Считается, что все это сверхмассивные черные дыры, окруженные падающим на них веществом. А в 2019 году большая коллаборация астрономов предоставила настолько детальное радиоизображение центрального объекта галактики М87, что на нем можно было непосредственно разглядеть черную дыру (точнее, темное пятно, в центре которого она находится). Теперь на очереди наша собственная галактика. Прямое изображение ее центральной черной дыры астрономы надеются получить в ближайшие годы.
Анатолий Глянцев
Ольга Квашенкина, руководитель лаборатории «Самоорганизующиеся высокотемпературные наноструктуры», доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого:
— Исследования ближнего и дальнего космоса являются очень важной областью не только для развития общей астрономии и физической науки, но и для жизни человечества.
Нобелевская премия вручается за открытия, которые должны повлиять на судьбу всего мира, поэтому исследования и открытия в области астрономии соответствуют целям премии.
Ресурсы нашей планеты сильно ограниченны, поэтому исследования космоса являются перспективными для будущего комфортного жизнеобеспечения всего человечества. Изучение физических процессов, которые происходят в глубоком космосе и с теоретической, и с исследовательской точки зрения, важно для подтверждения теорий и результатов исследований, которые проводятся на Земле.
В рамках всевозможных исследований в области физики исследования по астрономии занимают особое место. С одной стороны, эти исследования пока напрямую не влияют на жизнь простых жителей планеты Земля. Однако без них невозможно дальнейшее развитие человечества как в ключе представлений об окружающей действительности, так и в ключе совершенствования технологий.
Подтверждением этого является первый полет человека в космос. Разве смогли бы в СССР или еще где бы то ни было отправить человека в полет на орбиту Земли, если бы в свое время ученые-астрономы не доказали, что у Земли вообще есть орбита и она эллипсоидная? Разве смогло бы человечество наладить спутниковую связь без исследования ближнего к Земле космического пространства и воздействия на космические объекты космического излучения? Ответы на эти и многие подобные вопросы — нет.
Без исследований и открытий в области астрономии дальнейшее развитие человечества сложно представить.
Сергей Кетов, профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета, профессор Токийского университета:
— Нобелевская премия по физике в этом году была присуждена за то, что ученые, ее получившие, доказали, что черные дыры — не фантастика, а реально существующие объекты. Это великое достижение.
Черные дыры были предсказаны более 100 лет назад в общей теории относительности Эйнштейна. И все это время никто не мог доказать, существуют они или нет. Было много ученых, которые считали, что их просто нет, что это выдумка. А вот примерно три года назад были обнаружены гравитационные волны, которые также были предсказаны более ста лет назад, они возникли в результате слияния черных дыр. Тогда были подтверждены два важных факта: существование самих гравитационных волн и, как следствие, существование черных дыр. И черные дыры перестали быть фантастикой. Также удалось подтвердить, что звезды в нашей галактике Млечный путь вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры в ее центре.
Премия присуждена за то, что все эти гипотезы подтвердились экспериментально. Роджер Пенроуз развил теорию черных дыр, а Райнхард Генцель и Андреа Гез подтвердили на основании гравитационного поля существование сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Пенроуз, кстати, математик и один из лучших в мире популяризаторов науки, что тоже очень важно.
Второй год премия по физике вручается за открытия в области космоса — это говорит о тренде. Если раньше всех интересовали ускорители, частицы, то теперь космос. Эта тема выходит на первый план, так как оказалось, что можно получать больше информации о нашем мире более дешевым способом — из космоса. Да, нужны спутники, детекторы на орбите, но это дешевле, чем строить ускорители на Земле. И да, пока это чистая наука, но через какое-то время эти новые знания обязательно повлияют на нашу с вами жизнь.
Александр Горохов, профессор кафедры общей и теоретической физики Самарского университета имени Королева:
— В 2019 году Нобелевская премия по физике тоже была вручена за работы по космологии. Возможно, что повторное присуждение связано с впечатляющим экспериментальным подтверждением общей теории относительности Эйнштейна (эксперимент LIGO 2016 года). Эта область физики — астрофизика и космология — остается одной из самых горячих. Есть очень интересные результаты и в других областях, но они пока на получили такого яркого подтверждения.
Пока прямой пользы от этих работ нет, но, возможно, в будущем экспериментальные методы, позволившие открыть сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики, найдут применение. Ведь сейчас, используя ГЛОНАСС для управления автомобилем, большинство не знает, что в основе подобных систем заложены эффекты общей теории относительности.
Работы Роджера Пенроуза широко известны научной общественности. Он автор не только очень важных работ по космологии и теории черных дыр, но и книг по проблемам квантовой теории поля (твисторы), квантовой информатики, теории познания.
Он также автор теории квазикристаллов Пенроуза (таких решеток, которые могут иметь локальную симметрию с углом поворота вокруг оси кратных 360 градусов, деленных на 5, 7 и т. п). Такие структуры казались совершенно невозможными, но также были экспериментально открыты. Пенроуз — один из немногих универсальных ученых, который инициировал исследования во многих областях современной физики и математики. Его награждение абсолютно заслужено.
Александр Герасимов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории сенсорики, доцент кафедры «Оптоинформатика» Института естественных и точных наук Южно-Уральского государственного университета:
— Начнем с того, что Нобелевская премия по физике в последнее время вручается исключительно нескольким физикам сразу, причем не всегда за исследования и работу над одной и той же проблемой. Последний раз Нобелевка в этой области вручалась «в одни руки» почти 30 лет назад — в 1992 году. Комитет каждый год пытается отметить сразу два-три направления, причем существует определенная «очередь», ведь во многих случаях премия была вручена чудом дожившим до этого высочайшего признания ученым через 30–40 лет после самого открытия.
Например, Хиггс за исследования и предсказания происхождения массы субатомных частиц, сделанные в 1960–1970-е годы, премию получил в 2013-м, только после экспериментального подтверждения своих «предсказаний» в ЦЕРНе на Большом адронном коллайдере. А тот же Стивен Хокинг, несмотря на удивительно долгую для людей с его недугом жизнь, получить премию не успел, хотя наверняка его неоднократно на нее выдвигали (формально список номинантов держится в секрете 50 лет).
Открытия в области астрономии и космологии поражают прежде всего своим масштабом и тем, сколько смысла может содержаться в одной формуле или фотографии черной дыры. Никакой закономерности в двух последних годах и «космических» Нобелевках на самом деле нет. За открытия в этой области и раньше вручалась премия (2015, 2011, 2006, 2002 и т. д.). А на месте комитета я бы тоже вручил премию в этом не слишком радужном 2020 году за что-то глобальное и загадочное.
В данном случае получивший премию Пенроуз, элегантно уложивший в общую теорию относительности математический вопрос образования черных дыр во вселенной, опять-таки получил премию за работы более чем 40-летней давности.
Открытие черной дыры в центре нашей Галактики, сделанное независимыми группами Андреа Гез и Рейнхарда Генцеля, отчасти является подтверждением теории Пенроуза и опирается на нее. Эти открытия важны абсолютно для каждого жителя Земли, и хотя из них, что называется, «не сварить на кухне суп», и практическое применение этим открытиям вряд ли найдется в ближайшие два-три десятилетия, но приятно думать, что есть умы, способные помыслить и доказать свои мысли так, что весь современный мир пока не в состоянии эти мысли воплотить во что-то осязаемое и практически значимое. Не успевает практическая наука за теоретической, и так было всегда. Не думаю, что Альфред Нобель обиделся бы на комитет за такое «расточительство».
Вопрос «выдачи» главной научной премии мира — это еще и политический вопрос. Количество лиц с американским гражданством в этой связи зашкаливает. И хотя формально Пенроуз — англичанин, а Генцель — немец, это лишь подтверждает некую избирательность по отношению к западным исследователям. Почему Нобелевскую премию не получают граждане Китая? Так ли слаба китайская наука? По многим показателям ее представители находятся далеко впереди западных коллег. Хотя тот Роджер Пенроуз точно премию заслужил — это современный аналог Леонардо да Винчи (достаточно посмотреть список дисциплин, в которых он отметился значимыми открытиями). А за спинами двух других лауреатов стоят возглавляемые ими коллективы не из одной сотни человек, обеспечившие эту победу.
Комментарии подготовлены при поддержке проекта «5-100»
Ученые продолжают разоблачать «чудовищную черную дыру» и исследовать двоичную систему LB1
В прошлом году ученые произвели фурор, объявив об открытии «чудовищной черной дыры», не похожей ни на что из виденного ранее. Но по мере того, как исследователи продолжают взвешивать, ясно одно: «монстра» не существует.
Черные дыры солнечной массы или черные дыры, которые образуются, когда звезда коллапсирует под действием собственной гравитации, обычно примерно в 20-30 раз больше массы нашего Солнца.
Это стало сенсацией, когда в ноябре 2019 года ученые под руководством Цзифэн Лю из Национальной астрономической обсерватории Китая (NAOC) Китайской академии наук сообщили об открытии черной дыры в 70 раз массивнее нашего Солнца.
Это была бы самая массивная черная дыра из когда-либо обнаруженных (на сегодняшний день) — новаторская находка, которая радикально изменила бы наше восприятие этих объектов. Однако после этой работы ряд ученых поставили под сомнение эти результаты, поскольку они казались неправдоподобными. Фактически, было проведено несколько исследований, в которых были найдены доказательства, полностью опровергающие возможность такой черной дыры.
Связанный: Самые странные черные дыры во Вселенной
В декабре 2019 года Карим Эль-Бадри, аспирант астрономии Калифорнийского университета в Беркли, соавтором статьи, опубликованной в Интернете на сервере препринтов arXiv доказывает, что это не черная дыра массой 70 солнечных.
(Эта статья была позже опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.)
Примерно в то же время на arXiv были опубликованы две дополнительные статьи, опровергающие открытие: одна от группы, возглавляемой Дж. Дж. Элдриджа, астронома-теоретика из Оклендского университета в Новой Зеландии, и другого под руководством Майкла Абдул-Масиха, аспиранта из Института астрономии им. К.Ю. Левена в Бельгии.
Художник изображает гигантскую черную дыру звездной массы, которая, по предположениям некоторых исследователей, находится в двойной системе LB1, аккрецирующей газ от близлежащей голубой звезды-компаньона.В ряде исследований исследователи опровергли вероятность того, что черная дыра в LB1 является сверхмассивной. (Изображение предоставлено Ю Цзинчуань, Пекинский планетарий, 2019 г.) В среду (29 апреля) статья Абдул Масиха была опубликована в журнале Nature. В этой статье команда глубоко проанализировала систему и пришла к выводу, что «нет доказательств существования массивной черной дыры», — написали они в сопроводительном комментарии.
В тот же день команда Лю ответила собственным комментарием о природе, в котором, хотя они не согласны с некоторыми пунктами, высказанными другими исследователями, они согласны с тем, что в системе нет черной дыры с массой 70 солнечных масс.
Первоначальное «открытие»
Группа Лю первоначально нашла рассматриваемый объект, когда они открыли двоичную систему или систему из двух объектов LS V +22 25 (или для краткости LB-1), которую они описали в рецензируемом исследование, опубликованное 27 ноября 2019 года в журнале Nature. Они описали систему с черной дырой в 70 солнечных масс и звездой в 8 солнечных масс, вращающихся вокруг друг друга. Звезду, поскольку она была яркой и очевидной, было легко заметить. Но предполагаемый монстр — черная дыра? Не так много.
Обычно в системах с черными дырами звездной массы из системы выходит яркое рентгеновское излучение, которое ученые могут использовать для его идентификации.Эта линия излучения создается, когда черная дыра аккрецирует или вытягивает материал из другого объекта (в данном случае звезды) в системе. Но поскольку черная дыра LB-1 не аккрецирует материал от своей звезды-партнера, она не создает линию рентгеновского излучения, как выяснила команда Лю. Из-за этого учиться было немного сложнее.
Итак, чтобы идентифицировать второй объект в системе, команде пришлось полагаться на более тонкую сигнатуру, известную как линия излучения H-альфа. Это спектральная линия или темная линия в наблюдаемом световом спектре объекта, по которой можно определить, какие молекулы или атомы составляют материал, из которого он исходит.
Команда Лю предположила, что эта эмиссионная линия H-альфа исходит от аккреционного диска или диска из газа и пыли, который черная дыра притягивает к другим объектам вокруг нее. Наблюдая за колебаниями этой эмиссионной линии, они определили орбитальное движение и размер черной дыры.
Но интерпретация этой тонкой сигнатуры колебания, этой эмиссионной линии H-альфа, которая привела команду Лю к определению существования и огромного размера черной дыры, является основным открытием, с которым другие исследователи столкнулись с проблемой.
Нет «чудовищной черной дыры»
Три статьи, первоначально опубликованные на сервере препринтов arXiv в 2019 году в ответ на предполагаемое открытие Лю, показали, что движение этой слабой линии излучения H-альфа на самом деле было своего рода оптической иллюзией, и что орбитальное движение, рассчитанное командой Лю для определения размера черной дыры, было неточным.
«Вместо колебания, исходящего от черной дыры, они обнаружили, что оно, скорее всего, было следствием орбитального движения субгиганта [его звезды], таким образом полностью уменьшив массу черной дыры», — Джеки Фээрти, старший научный сотрудник в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке и соведущий «StarTalk Radio», который не участвовал ни в одной из этих газет, рассказал Space.com в электронном письме.
В своей статье группа Абдул-Масиха использовала наблюдения, которые они сделали с помощью фламандского телескопа Меркатор в Ла-Пальме на Канарских островах за последние три месяца (или со времени их последней статьи по этому вопросу), и «обнаружила, что сигнал «То, что они используют для измерения массы черной дыры, на самом деле было подделкой», — сказал Space. com в электронном письме соавтор и доцент KU Leuven Хьюг Сана. Сана добавила, что в этой статье Абдул-Масих «показал, что такой же видимый сигнал создается движением спектральной линии видимого спутника B-звезды.«
Итак, — объяснила Сана, — как только мы учтем движение звездного спектра B-типа, сигнал, используемый для расчета большой массы (предполагаемой) черной дыры, исчезнет, и никаких признаков большой черной дыры». остается в данных ».
Подводя итог их основного открытия:« Мы показываем, что эта сложная линия излучения загрязнена линией поглощения, связанной со звездой, которую Лю и его команда не учли », — сказал Абдул-Масих Space .com в электронном письме
Но команда Абдул-Масиха не просто нашла больше доказательств того, что этот объект не является черной дырой с массой 70 солнечных.У них также есть лучшее представление о том, что на самом деле может быть в системе LB1.
«Анализируя эти новые данные с высоким разрешением, мы пришли к выводу, что двойная система LB1, вероятно, образована лишенной звездой и более массивной быстро вращающейся звездой Ве», — сказала Сана.
(Ве-звезды — это типы звезд со спектральными классами и эмиссионными линиями B-типа.) «Сильное H-альфа-излучение исходит от Ве-звезды», — сказала Сана. «Сигнатура звезды Be не была обнаружена в исходных данных, потому что спектральные линии очень широкие, очень мелкие и не сильно перемещаются (потому что звезда Be более массивна, чем B-звезда с полосой).Команда «
» Абдул-Масиха получила новые данные с высоким спектральным разрешением, которые помогают при анализе. «Читая этот документ, он кажется правильным и надежным», — добавил Фаэрти.
Сана пришла к выводу, что, хотя это означает, что LB1 выглядит совсем не так, как первоначально предполагала команда Лю, это все же чрезвычайно интересная система ». + Звездная система Be очень редка, поэтому мы все еще очень рады тому, что можно узнать из LB1 », — сказали они.
Согласие и опровержение
Команда Лю быстро ответила на новую статью Абдул-Масиха своей собственной комментарий опубликован в журнале Nature в тот же день.
В своем комментарии, который является прямым ответом команде Абдул-Масиха, Лю и его команда «пересматривают эти аргументы в свете более поздних спектроскопических наблюдений и дальнейшего анализа», — написали они в этой статье. Однако, хотя команда Лю не согласна со всеми аспектами нового анализа системы, они согласны по ряду пунктов.
Они согласны с тем, что возможность черной дыры массой 70 солнечных масс в LB1 полностью исключена. «Ответ не противоречит возможности интерпретации ранее отмеченных авторов», — сказал Фээрти.
«Я очень рад, что Лю и его команда восприимчивы к нашей интерпретации системы. Эта система действительно очень сложна, и я думаю, что их анализ новых данных в ближней инфракрасной области может быть очень информативным», — сказал Абдул-Масих. .
Однако, в отличие от Абдул-Масиха и других исследователей, которые ответили на исходную статью, команда Лю по-прежнему утверждает, что масса черной дыры в этой системе может составлять от 23 до 65 солнечных. «Но это связано со всеми их предостережениями», — сказал Фаэрти.
«Самым убедительным заявлением, которое они делают в письме, является:« Мы согласны с тем, что интерпретация профиля H-альфа более сложна, чем предполагалось изначально »», — сказал Фаэрти.
Она добавила, что, хотя система, вероятно, является тем, что команды Эль-Бадри и Абдул-Масиха описали, «как заявляют Лю и соавторы, жюри все еще отсутствует. Необходимы более подробные наблюдения, чтобы точно определить, что может включать эта система. » она сказала.
Подписывайтесь на Chelsea Gohd в Twitter @chelsea_gohd .Следуйте за нами в Twitter @Spacedotcom и на Facebook .
3 огромных вопроса, на которые изображение черной дыры не ответило
Международная сеть радиотелескопов создала первое в истории изображение тени черной дыры крупным планом, которое ученые обнаружили сегодня утром (10 апреля). Сотрудничество, получившее название Event Horizon Telescope, подтвердило десятилетия предсказаний того, как свет будет вести себя вокруг этих темных объектов, и подготовило почву для новой эры астрономии черных дыр.
«По шкале от нуля до удивительного, это было потрясающе», — сказала Эрин Боннинг, астрофизик и исследователь черных дыр из Университета Эмори, которая не принимала участия в создании изображений.
«Тем не менее, это было то, что я ожидала», — сказала она Live Science.
Объявление, которое дразнили примерно за полторы недели вперед, получилось одновременно невероятно захватывающим и почти полностью лишенным удивительных деталей или новой физики. Физика не сломалась. Никаких неожиданных особенностей черных дыр обнаружено не было.Само изображение почти идеально подходило для иллюстраций черных дыр, которые мы привыкли видеть в науке и поп-культуре. Большая разница в том, что это намного более размыто. [9 странных фактов о черных дырах]
Тем не менее, было несколько важных вопросов, связанных с черными дырами, которые остались нерешенными, сказал Боннинг.
Как черные дыры производят огромные струи горячей и быстрой материи?
Все сверхмассивные черные дыры обладают способностью пережевывать близлежащую материю, поглощать большую ее часть за пределами горизонта событий и выплевывать оставшуюся часть в космос со скоростью, близкой к световой, в пылающих башнях, которые астрофизики называют «релятивистскими джетами».
«
А черная дыра в центре Девы А (также называемая Мессье 87) известна своими впечатляющими струями, извергающими материю и излучение по всему космосу. Ее релятивистские струи настолько огромны, что могут полностью покинуть окружающую галактику.
Изображение Хаббла 1998 года показывает релятивистский джет, покидающий Деву A. (Изображение предоставлено: JA Biretta et al., Hubble Heritage Team (STScI / AURA), NASA)И физики в общих чертах знают, как это происходит: материал ускоряется до экстремальных скоростей, когда он падает в гравитационный колодец черной дыры, затем часть его ускользает, сохраняя эту инерцию.Но ученые расходятся во мнениях относительно деталей того, как это происходит. Это изображение и связанные с ним документы пока не содержат никаких подробностей.
Чтобы понять это, сказал Боннинг, нужно будет связать наблюдения телескопа Event Horizons, которые охватывают довольно небольшой объем пространства, с гораздо более крупными изображениями релятивистских джетов.
Хотя у физиков еще нет ответов, сказала она, есть большая вероятность, что они скоро появятся, особенно после того, как коллаборация создаст изображения своей второй цели: сверхмассивной черной дыры Стрельца A * в центре нашей собственной галактики. , который не производит струи, как у Девы А.По ее словам, сравнение двух изображений может внести некоторую ясность.
Как сочетаются общая теория относительности и квантовая механика?
Каждый раз, когда физики собираются вместе, чтобы поговорить о действительно захватывающем новом открытии, вы можете ожидать, что кто-то предложит, что это могло бы помочь объяснить «квантовую гравитацию».
Это потому, что квантовая гравитация — великое неизвестное в физике. Около века физики работали, используя два разных набора правил: общая теория относительности, которая охватывает очень большие вещи, такие как гравитация, и квантовая механика, которая охватывает очень маленькие вещи.Проблема в том, что эти два свода правил прямо противоречат друг другу.
Квантовая механика не может объяснить гравитацию, а теория относительности не может объяснить квантовое поведение.
Когда-нибудь физики надеются объединить их в одну великую единую теорию, вероятно, включающую некую квантовую гравитацию.
И до сегодняшнего объявления было предположение, что он может включать в себя какой-то прорыв в этой области. (Если бы предсказания общей теории относительности не подтвердились на изображении, это сдвинуло бы мяч вперед.Во время брифинга Национального научного фонда Эвери Бродерик, физик из Университета Ватерлоо в Канаде и соавтор проекта, предположил, что такие ответы могут появиться.
Но Боннинг скептически отнесся к этому утверждению. Это изображение было совершенно неудивительным с точки зрения общей теории относительности, поэтому оно не предлагало новой физики, которая могла бы сократить разрыв между двумя областями, сказал Боннинг.
Тем не менее, это не безумие, что люди надеются на ответы от такого рода наблюдений, сказала она, потому что край тени черной дыры переносит релятивистские силы в крошечные пространства квантового размера.
«Мы ожидаем увидеть квантовую гравитацию очень, очень близко к горизонту событий или очень, очень рано в ранней Вселенной [когда все было упаковано в крошечное пространство]», — сказала она.
Но при все еще размытом разрешении Event Horizons Telescope, по ее словам, мы вряд ли сможем найти такого рода эффекты, даже с планируемыми обновлениями.
Были ли теории Стивена Хокинга так же верны, как и теории Эйнштейна?
Величайшим вкладом физика Стивена Хокинга в физику на раннем этапе его карьеры была идея «излучения Хокинга» — что черные дыры на самом деле не являются черными, но со временем излучают небольшое количество излучения.Результат был чрезвычайно важен, потому что он показал, что как только черная дыра перестанет расти, она начнет очень медленно сокращаться из-за потери энергии.
Но телескоп Event Horizons не подтвердил и не опроверг эту теорию, сказал Боннинг, хотя никто этого не ожидал.
Гигантские черные дыры, подобные той, что есть в Деве А, по ее словам, излучают лишь минимальное количество излучения Хокинга по сравнению с их общим размером.
В то время как наши самые продвинутые инструменты теперь могут обнаруживать яркие огни своего горизонта событий, мало шансов, что они когда-либо дразнят ультра-тусклое свечение поверхности сверхмассивной черной дыры.
Эти результаты, по ее словам, скорее всего, будут получены от мельчайших черных дыр — теоретических недолговечных объектов, настолько малых, что вы можете заключить их весь горизонт событий в свои руки. Имея возможность для близких наблюдений и доступного гораздо большего количества излучения по сравнению с их общими размерами, люди могут в конечном итоге выяснить, как произвести или найти его и обнаружить его излучение.
Итак, что мы на самом деле узнали из этого изображения?
Сначала физики снова узнали, что Эйнштейн был прав.Край тени, насколько может видеть телескоп Event Horizons, представляет собой идеальный круг, как и предсказывали физики 20-го века, работавшие с уравнениями общей теории относительности Эйнштейна.
«Я не думаю, что кто-то должен удивляться, когда проходит еще один тест общей теории относительности», — сказал Боннинг.
«Если бы они вышли на сцену и сказали, что общая теория относительности нарушена, я бы упал со стула».
Результатом, имеющим более непосредственное практическое значение, по ее словам, стало то, что изображение позволило ученым точно измерить массу этой сверхмассивной черной дыры, которая находится в 55 миллионах световых лет от нас в самом сердце галактики Дева А.Это в 6,5 миллиардов раз массивнее нашего Солнца.
Это большое дело, сказал Боннинг, потому что это может изменить способ взвешивания физиками сверхмассивных черных дыр в сердцах других, более далеких или меньших галактик.
Прямо сейчас у физиков есть довольно точные измерения массы сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, сказал Боннинг, потому что они могут наблюдать, как ее гравитация перемещает отдельные звезды в ее окрестностях.
Но в других галактиках наши телескопы не могут видеть движения отдельных звезд, сказала она.Поэтому физики вынуждены делать более грубые измерения: как масса черной дыры влияет на свет, исходящий от разных слоев звезд в галактике, или как ее масса влияет на свет, исходящий из разных слоев свободно плавающего газа в галактике.
Но эти расчеты несовершенны, сказала она.
«Вы должны моделировать очень сложную систему», — сказала она.
И эти два метода в конечном итоге дают несколько разные результаты в каждой галактике, наблюдаемой физиками. Но, по крайней мере, для черной дыры в Деве А теперь мы знаем, что один метод верен.
«Наше определение 6,5 миллиардов солнечных масс заканчивается тем, что приземляется прямо на вершине определения более тяжелой массы из [света, исходящего от звезд]», — сказала Сера Маркофф, астрофизик из Амстердамского университета и соавтор проекта. брифинг.
Это не означает, что физики сразу перейдут к такому подходу для измерения масс черных дыр, сказал Боннинг. Но он предлагает важные данные для уточнения будущих расчетов.
Первоначально опубликовано на Live Science .
новостей о черных дырах — ScienceDaily
О импульсе пульсаров и полярном свете
16 апреля 2021 г. — Столкнувшись с трагической потерей обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико и зачастую непомерно высокой стоимостью спутниковых миссий, астрономы ищут разумные альтернативы, чтобы продолжить отвечать . ..
Радиовспышки с задержкой после разрушения звезды черной дырой
23 февраля 2021 г. — Группа исследователей обнаружила свидетельства радиовспышек, излучаемых спустя долгое время после того, как звезда была уничтожена черным…
Swift от НАСА помогает привязать нейтрино к черной дыре, уничтожающей звезды
22 февраля 2021 г. — Только второй раз астрономы связали неуловимую частицу, называемую нейтрино высокой энергии, с объектом за пределами нашей галактики. С помощью наземных и космических средств отследили нейтрино …
Первая обнаруженная черная дыра оказалась более массивной, чем мы думали
18 февраля 2021 г. — Новые наблюдения первой из когда-либо обнаруженных черной дыры заставили астрономов усомниться в том, что они знают о самых загадочных объектах Вселенной.Исследование показывает систему, известную как Cygnus …
Хаббл обнаруживает концентрацию маленьких черных дыр
11 февраля 2021 г.
— Ученые ожидали найти черную дыру промежуточной массы в центре шарового скопления NGC 6397, но вместо этого они нашли доказательства концентрации скрывающихся черных дыр меньшего размера …
В центре Млечного Пути обнаружены останки редкого взрыва
8 февраля 2021 г. — Астрономы, возможно, обнаружили в нашей Галактике первый пример необычного звездного взрыва.Это открытие помогает понять, как некоторые звезды раскалываются и засевают вселенную …
Впервые наблюдается обратная реакция при моделировании черной дыры в резервуаре для воды
1 февраля 2021 г. — Ученые раскрыли новое понимание поведения черных дыр с помощью исследований, которые демонстрируют, каким может быть явление, называемое обратной реакцией …
Когда галактики сталкиваются
25 января 2021 г. — Ранее считалось, что столкновения между галактиками обязательно увеличат активность массивных черных дыр в их центрах.Однако исследователи выполнили наиболее точные .
..
Галактики поражают одиночные, двойные и тройные (растущие черные дыры)
14 января 2021 г. — Что произойдет при столкновении трех галактик с огромными черными дырами в центре каждой? Новое исследование с использованием рентгеновской обсерватории Чандра НАСА и нескольких других телескопов раскрывает новую информацию …
Можем ли мы использовать энергию черных дыр?
13 января 2021 г. — Физики нашли новый способ извлечения энергии из черных дыр путем разрыва и воссоединения силовых линий магнитного поля вблизи события…
Quasar Discovery установил новый рекорд расстояния
12 января 2021 г. — Астрономы обнаружили самый далекий квазар из когда-либо обнаруженных. Яркий квазар, питаемый сверхмассивной черной дырой в ядре галактики, виден таким, каким он был всего через 670 миллионов лет после Большого …
Активная «старая верная» галактика: черная дыра вырывается у звезды
12 января 2021 г. — Гейзер Old Faithful в Йеллоустонском национальном парке регулярно выпускает струю кипящей воды высоко в воздухе.
Теперь международная группа астрономов открыла космический эквивалент, далекий …
Обсерватория размером с галактику видит потенциальные признаки гравитационных волн
11 января 2021 г. — Ученые считают, что планеты, подобные Земле, колеблются в море гравитационных волн, которые распространяются по всей Вселенной. Теперь международная команда подошла ближе, чем когда-либо прежде, к обнаружению этих …
Первобытные черные дыры и поиски темной материи из Мультивселенной
Декабрь28 февраля 2020 г. — Астрономы изучают черные дыры, которые могли образоваться в ранней Вселенной, еще до рождения звезд и галактик. Такие первичные черные дыры (ПЧД) могут составлять всю или часть темноты …
Блазар в ранней Вселенной
22 декабря 2020 г. — Наблюдения с помощью системы очень длинных базовых линий (VLBA), охватывающей весь континент, выявляют ранее невидимые детали в струе материала, выброшенной из ядра галактики, видимой таким, каким он был, когда была только Вселенная.
..
Колебания сжатия тепловых ионов в космической плазме
18 декабря 2020 г. — Новое моделирование, проведенное частично на суперкомпьютере ATERUI II в Японии, показало, что ионы существуют при более высоких температурах, чем электроны в космической плазме, потому что они лучше способны …
Исследователи определили, где гигантские струи из черных дыр разряжают свою энергию
15 декабря 2020 г. — Ученые разошлись во мнениях относительно того, где мощные струи черных дыр выделяют свою энергию.В новом исследовании используются стандартные статистические методы и очень мало предположений, чтобы определить, что …
Метод отсеивания первых гравитационных волн Вселенной
9 декабря 2020 г. — Новый метод может отсеивать самые первые гравитационные волны во Вселенной. Выявление первичной ряби будет ключом к пониманию условий раннего …
Исследования показывают, что самая яркая двойная система гамма-излучения в нашей галактике может работать от звезды-магнитара
Декабрь2 февраля 2020 г.
— Исследовательская группа пролила новую ночь на массивную звезду и ее спутницу — нейтронную звезду, которые, как считается, находятся в центре двойной гамма-системы LS …
Земля быстрее, ближе к черной дыре, на новой карте галактики
30 ноября 2020 г. — Земля «только что стала» на 7 км / с быстрее и примерно на 2000 световых лет ближе к сверхмассивной черной дыре в центре Галактики Млечный Путь. Но не волнуйтесь, это не значит, что наш …
Пятница, 16 апреля 2021 г.
23 февраля 2021 г., вторник
Понедельник, 22 февраля 2021 г.
Четверг, 18 февраля 2021 г.
Четверг, 11 февраля 2021 г.
понедельник, 8 февраля 2021 г.
Понедельник, 1 февраля 2021 г.
Понедельник, 25 января 2021 г.
Четверг, 14 января 2021 г.
13 января 2021 г., среда
12 января 2021 г., вторник
11 января 2021 г., понедельник
понедельник, 28 декабря 2020 г.
Вторник, 22 декабря 2020 г.
18 декабря 2020 г., пятница
15 декабря 2020 г., вторник
9 декабря 2020 г., среда
2 декабря 2020 г., среда
Понедельник, 30 ноября 2020 г.
23 ноября 2020 г., понедельник
Четверг, 12 ноября 2020 г.
10 ноября 2020 г., вторник
9 ноября 2020 г., понедельник
пятница, 6 ноября 2020 г.
среда, 28 октября 2020 г.
27 октября 2020 г., вторник
Четверг, 15 октября 2020 г.
13 октября 2020 г., вторник
12 октября 2020 г., понедельник
6 октября 2020 г., вторник
Четверг, 1 октября 2020 г.
23 сентября 2020 г., среда
8 сентября 2020 г., вторник
2 сентября 2020 г., среда
1 сентября 2020 г., вторник
31 августа 2020 г., понедельник
Четверг, 27 августа 2020 г.
среда, 26 августа 2020 г.
пятница, 21 августа 2020 г.
19 августа 2020 г., среда
понедельник, 17 августа 2020 г.
среда, 12 августа 2020 г.
Понедельник, 3 августа 2020 г.
Четверг, 16 июля 2020 г.
14 июля 2020 г., вторник
Воскресенье, 12 июля 2020 г.
1 июля 2020 г., среда
30 июня 2020 г., вторник
1 июля 2020 г., среда
Четверг, 25 июня 2020 г.
23 июня 2020 г., вторник
пятница, 19 июня 2020 г.
среда, 17 июня 2020 г.
понедельник, 15 июня 2020 г.
среда, 3 июня 2020 г.
2 июня 2020 г., вторник
среда, 27 мая 2020 г.
пятница, 22 мая 2020 г.
пятница, 15 мая 2020 г.
среда, 6 мая 2020 г.
вторник, 28 апреля 2020 г.
Четверг, 16 апреля 2020 г.
14 апреля 2020 г., вторник
7 апреля 2020 г., вторник
31 марта 2020 г., вторник
27 марта 2020 г., пятница
18 марта 2020 г., среда
вторник, 3 марта 2020 г.
среда, 15 января 2020 г.
14 января 2020 г. , вторник
13 января 2020 г., Понедельник
пятница, 10 января 2020 г.
6 января 2020 г., понедельник
Четверг, 19 декабря 2019 г.
Четверг, 12 декабря 2019 г.
понедельник, 25 ноября 2019 г.
Четверг, 21 ноября 2019 г.
18 ноября 2019 г., Понедельник
13 ноября 2019 г., среда
12 ноября 2019 г., вторник
8 ноября 2019 г., пятница
Четверг, 31 октября 2019 г.
23 октября 2019 г., среда
Четверг, 17 октября 2019 г.
15 октября 2019 г., вторник
пятница, 11 октября 2019 г.
6 октября 2019 г., воскресенье
Четверг, 3 октября 2019 г.
понедельник, 30 сентября 2019 г.
Четверг, 26 сентября 2019 г.
25 сентября 2019 г., среда
18 сентября 2019 г., среда
доказательств наличия черных дыр | Астрономия
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Опишите, на что обращать внимание при поиске и подтверждении наличия звездной черной дыры
- Объясните, почему черная дыра по своей природе черная, но может ассоциироваться со светящейся материей
- Как отличить звездные черные дыры от черных дыр в центрах галактик
Теория рассказывает нам, на что похожи черные дыры.
Но существуют ли они на самом деле? И как мы можем искать что-то, что находится на расстоянии многих световых лет от нас, всего в несколько десятков километров в поперечнике (если это звездная черная дыра) и полностью черное? Оказывается, уловка состоит не в том, чтобы искать саму черную дыру, а в том, чтобы выяснить, что она делает с ближайшей звездой-компаньоном.
Как мы видели, когда очень массивные звезды коллапсируют, они оставляют свое гравитационное влияние. Что, если член двойной звездной системы станет черной дырой, а ее спутнику удастся пережить смерть массивной звезды? Пока черная дыра исчезает из поля нашего зрения, мы можем определить ее присутствие по тому, что она делает со своим спутником.
Требования к черной дыре
Итак, вот рецепт для поиска черной дыры: начните с поиска звезды, движение которой (определенное по доплеровскому сдвигу ее спектральных линий) показывает, что она является членом двойной звездной системы. Если видны обе звезды, ни одна из них не может быть черной дырой, поэтому сосредоточьтесь только на тех системах, где видна только одна звезда из пары, даже с помощью наших самых чувствительных телескопов.
Однако быть невидимым недостаточно, потому что относительно слабую звезду может быть трудно увидеть рядом с ярким спутником или если она покрыта пылью.И даже если звезда действительно невидима, это может быть нейтронная звезда. Следовательно, у нас также должно быть свидетельство того, что невидимая звезда имеет слишком большую массу, чтобы быть нейтронной звездой, и что это коллапсировавший объект — чрезвычайно маленький звездный остаток.
Мы можем использовать закон Кеплера (см. Орбиты и гравитация) и наши знания о видимой звезде, чтобы измерить массу невидимого члена пары. Если масса больше, чем примерно 3 M Sun , то мы, вероятно, видим (или, точнее, не видим) черную дыру — если мы можем убедиться, что объект действительно является коллапсирующей звездой.
Если вещество падает на компактный объект с высокой гравитацией, материал ускоряется до высокой скорости. Вблизи горизонта событий черной дыры материя движется со скоростью, приближающейся к скорости света. Когда атомы хаотически кружатся к горизонту событий, они трутся друг о друга; внутреннее трение может нагреть их до температуры 100 миллионов К и более. Такое горячее вещество испускает излучение в виде мерцающих рентгеновских лучей. Таким образом, последняя часть нашего рецепта — это поиск источника рентгеновских лучей, связанного с двойной системой.Поскольку рентгеновские лучи не проникают в атмосферу Земли, такие источники необходимо искать с помощью рентгеновских телескопов в космосе.
В нашем примере падающий газ, который производит рентгеновское излучение, исходит от звезды-компаньона черной дыры. Как мы видели в «Смерти звезд», звезды в тесных двойных системах могут обмениваться массой, особенно когда один из членов расширяется до красного гиганта. Предположим, что одна звезда в двойной звездной системе превратилась в черную дыру, а вторая звезда начинает расширяться. Если две звезды не слишком далеко друг от друга, внешние слои расширяющейся звезды могут достичь точки, в которой черная дыра оказывает на них большую гравитационную силу, чем внутренние слои красного гиганта, которому принадлежит атмосфера.
Затем внешняя атмосфера проходит через точку невозврата между звездами и падает в сторону черной дыры.
Взаимное вращение гигантской звезды и черной дыры заставляет вещество, падающее к черной дыре, вращаться вокруг нее по спирали, а не течь прямо в нее. Падающий газ кружится вокруг черной дыры в блинчике материи, называемом аккреционным диском. Именно во внутренней части этого диска вещество вращается вокруг черной дыры с такой скоростью, что внутреннее трение нагревает ее до температур, излучающих рентгеновские лучи.
Еще один способ сформировать аккреционный диск в двойной звездной системе — получить мощный звездный ветер, исходящий от спутника черной дыры. Такие ветры характерны для нескольких этапов жизни звезды. Часть выброшенного ветром газа затем потечет достаточно близко к черной дыре, чтобы попасть в диск (рис. 1).
Рис. 1. Бинарная черная дыра: На этом изображении художника изображены черная дыра и звезда (красная). Когда материя течет от звезды, она образует диск вокруг черной дыры.
Часть закрученного вещества вблизи черной дыры выталкивается наружу перпендикулярно диску двумя узкими струями. (кредит: модификация работы ESO / L. Calçada)
Следует отметить, что, как это часто бывает, обсуждаемые нами измерения не так просты, как их описывают во вводных учебниках. В реальной жизни закон Кеплера позволяет нам рассчитать только совокупную массу двух звезд в двойной системе. Мы должны узнать больше о видимой звезде пары и ее истории, чтобы определить расстояние до двойной пары, истинный размер орбиты видимой звезды и то, как орбита двух звезд наклонена к Земле, что мы редко можем измерить. .А у нейтронных звезд также могут быть аккреционные диски, излучающие рентгеновские лучи, поэтому астрономы должны тщательно изучить свойства этих рентгеновских лучей, пытаясь определить, какой объект находится в центре диска. Тем не менее, в настоящее время обнаружен ряд систем, явно содержащих черные дыры.
Открытие черных дыр звездных масс
Поскольку рентгеновские лучи являются очень важными индикаторами черных дыр, у которых на обед некоторые из их звездных спутников, поиску черных дыр пришлось ждать запуска в космос сложных рентгеновских телескопов.
Эти инструменты должны иметь разрешение, позволяющее точно определять местонахождение источников рентгеновского излучения и, таким образом, позволять нам сопоставлять их с положением двойных звездных систем.
Первая открытая двойная система черной дыры называется Лебедь X-1. Видимая звезда в этой двойной системе относится к спектральному классу O. Измерения доплеровских сдвигов спектральных линий звезды O показывают, что у нее есть невидимый компаньон. Рентгеновские лучи, мерцающие от него, убедительно указывают на то, что спутник — это небольшой свернувшийся объект.Масса невидимого свернувшегося спутника примерно в 15 раз больше массы Солнца. Поэтому спутник слишком массивен, чтобы быть белым карликом или нейтронной звездой.
Ряд других двойных систем также удовлетворяет всем условиям для содержания черной дыры. В таблице 1 перечислены характеристики некоторых из лучших примеров.
Таблица 1. Некоторые кандидаты в черные дыры в двоичных звездных системах | |||
|---|---|---|---|
| Наименование / Обозначение по каталогу 1 | Товарищ Звездный призрак Тип | Орбитальный Период (сутки) | Черная дыра Оценки массы ( M вс ) |
| LMC X-1 | О великан | 3.9 | 10,9 |
| Лебедь X-1 | О сверхгигант | 5,6 | 15 |
XTE J1819. 3-254 (V4641 Sgr) | B гигант | 2,8 | 6–7 |
| LMC X-3 | B главная последовательность | 1,7 | 7 |
| 4U1543-475 (IL Lup) | Основная последовательность | 1,1 | 9 |
| GRO J1655-40 (V1033 Sco) | F субгигант | 2.6 | 7 |
| ГРС 1915 + 105 | К гигант | 33,5 | 14 |
| GS202 + 1338 (V404 Cyg) | К гигант | 6,5 | 12 |
| XTE J1550-564 | К гигант | 1,5 | 11 |
| A0620-00 (V616 Mon) | K основная последовательность | 0,33 | 9–13 |
| h2705-250 (Nova Oph 1977) | K основная последовательность | 0. 52 | 5–7 |
| GRS1124-683 (Nova Mus 1991) | K основная последовательность | 0,43 | 7 |
| GS2000 + 25 (QZ Vul) | K основная последовательность | 0,35 | 5–10 |
| GRS1009-45 (Нова Вел 1993) | К карлик | 0,29 | 8–9 |
| XTE J1118 + 480 | К карлик | 0,17 | 7 |
| XTE J1859 + 226 | К карлик | 0. 38 | 5,4 |
| GRO J0422 + 32 | M карлик | 0,21 | 4 |
Кормление черной дыры
После того, как изолированная звезда или даже одна в двойной звездной системе станет черной дырой, она, вероятно, не сможет стать намного больше. В пригородных районах Галактики Млечный Путь, где мы живем (см. Галактика Млечный Путь), звезды и звездные системы находятся слишком далеко друг от друга, чтобы другие звезды могли обеспечить «пищу» голодной черной дыре.В конце концов, материал должен подойти очень близко к горизонту событий, прежде чем гравитация станет отличной от гравитации звезды, прежде чем она станет черной дырой.
Но, как мы увидим, центральные области галактик сильно отличаются от их внешних частей.
Здесь звезды и исходный материал могут быть довольно тесно связаны друг с другом, и они могут гораздо чаще взаимодействовать друг с другом. Следовательно, у черных дыр в центрах галактик может быть гораздо лучшая возможность найти массу, достаточно близкую к их горизонту событий, чтобы втянуться.Черные дыры не разборчивы в том, что они «едят»: они с удовольствием поглощают другие звезды, астероиды, газ, пыль и даже другие черные дыры. (Если две черные дыры объединятся, вы получите черную дыру с большей массой и большим горизонтом событий.)
В результате черные дыры в густонаселенных регионах могут расти, в конечном итоге поглощая массы в тысячи или даже миллионы раз больше массы Солнца. Наземные наблюдения предоставили убедительные доказательства того, что в центре нашей Галактики есть черная дыра с массой примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца (мы обсудим это далее в главе, посвященной Галактике Млечный Путь). .Наблюдения с помощью космического телескопа Хаббла показали убедительные доказательства существования черных дыр в центрах многих других галактик.
Эти черные дыры могут содержать более миллиарда солнечных масс. Безумие подпитки таких сверхмассивных черных дыр может быть причиной некоторых из самых энергичных явлений во Вселенной (см. Активные галактики, квазары и сверхмассивные черные дыры). Свидетельства недавних рентгеновских наблюдений также начинают указывать на существование «средних» черных дыр, масса которых в десятки или тысячи раз превышает массу Солнца.Переполненные внутренние области шаровых скоплений, которые мы описали в книге «Звезды от подросткового возраста до старости», могут быть подходящими рассадниками для таких черных дыр промежуточной массы.
За последние десятилетия было проведено множество наблюдений, особенно с помощью космического телескопа Хаббла и рентгеновских спутников, которые можно объяснить, только если черные дыры действительно существуют. Более того, экспериментальные проверки общей теории относительности Эйнштейна убедили даже самых скептически настроенных ученых, что его картина искривленного или искривленного пространства-времени действительно является нашим лучшим описанием эффектов гравитации вблизи этих черных дыр.
Ключевые концепции и резюме
Лучшее доказательство существования черных дыр звездной массы дают двойные звездные системы, в которых (1) одна звезда из пары не видна, (2) мерцающее рентгеновское излучение характерно для аккреционного диска вокруг компактного объекта и (3) орбита и характеристики видимой звезды указывают на то, что масса ее невидимого спутника больше 3 M Sun . Обнаружен ряд систем с такими характеристиками.Черные дыры с массами от миллионов до миллиардов солнечных масс находятся в центрах больших галактик.
Глоссарий
аккреционный диск:
диск из газа и пыли, вращающийся вокруг новорожденных звезд, а также компактных звездных остатков, таких как белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры, когда они находятся в двойных системах и достаточно близки к своим двойным компаньонам, чтобы поглощать материал
Нобелевская премия по физике отмечает открытия о черных дырах | Наука
Двое из трех лауреатов Нобелевской премии по физике помогли открыть сверхмассивные черные дыры, содержащие миллионы или даже миллиарды солнечных масс.
Автор: Адриан Чо, Дэниел Клери,
Нобелевская премия по физике в этом году присуждается за новаторские исследования природы черных дыр, включая открытие гигантской дыры, скрывающейся в самом сердце нашей Галактики Млечный Путь.
Половина премии достается Роджеру Пенроузу, математику из Оксфордского университета, за его работу 1960-х годов по образованию и стабильности черных дыр.Вторую половину делят два астронома: Рейнхард Гензель из Института внеземной физики Макса Планка и Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. С 1990-х годов они возглавляли конкурирующие исследовательские группы, которые отслеживали звезды в центре Млечного Пути и показали, что их орбиты искривляются из-за так называемой сверхмассивной черной дыры (SMBH).
Концепция черной дыры — объекта настолько массивного, что его сила тяжести препятствует выходу света — возникла по частям в течение десятилетий.
Альберт Эйнштейн опубликовал свою теорию гравитации, общую теорию относительности, в 1915 году. В ней говорится, что гравитация возникает, когда масса и энергия деформируют ткань пространства и времени, заставляя траектории свободно падающих объектов изгибаться, как эллиптическая орбита Земли вокруг Солнца. . Всего год спустя немецкий физик Карл Шварцшильд разработал форму ямы в пространстве-времени, которую создаст точечная масса, и показал, что она предсказывает горизонт событий. Это отмечает край сферы вокруг точечной массы, из которой все еще может выходить свет.
Однако представление о том, что сгоревшие звезды могут на самом деле привести к этим странным пустотам в космосе, появилось только в 1939 году. Именно тогда физики Роберт Оппенгеймер и Джордж Волков подсчитали, что если нейтронная звезда станет слишком массивной, она должна схлопнуться. под собственным весом до бесконечно малой точки, оставляя после себя только сверхсильное гравитационное поле. Их работа предвосхитила нынешнее понимание астрофизиками черных дыр звездных масс, которые образуются, когда сгорают достаточно массивные звезды и их ядра разрушаются.
Оппенгеймер и его коллеги не доказали, что взрывающаяся звезда должна образовывать горизонт событий. Можно было предположить, что материя каким-то образом могла улететь прочь — или что гравитационное поле мертвой звезды могло не сохраняться. В 1960-х Пенроуз с чрезвычайной математической строгостью показал, что образование черной дыры по существу неизбежно и что она будет неразрушимой и будет расти по мере поглощения все большей массы. «Не имело значения, что вы делали, горизонт всегда был рядом», — говорит Клиффорд Уилл, эксперт по общей теории относительности из Университета Флориды.«Он не развалится, он будет только расти».
Уилл предполагает, что награду можно рассматривать как своего рода приз Стивена Хокинга, который умер в 2018 году и с которым сотрудничал Пенроуз. Фактически, ключевые предсказания Пенроуза сформулированы в так называемых теоремах Пенроуза Хокинга. Пенроуз отмечает, что Хокинг взял свои идеи относительно образования горизонтов вокруг черных дыр и применил их к космологии и рождению Вселенной.
«Это был явный прогресс по сравнению с тем, что я сделал», — говорит Пенроуз.
Короче говоря, Пенроуз показал, что общая теория относительности подразумевает, что черная дыра будет реальным, стабильным астрофизическим объектом, говорит Ульф Даниэльссон, физик-теоретик из Упсальского университета и член Нобелевского комитета по физике. «Пенроуз заложил теоретическую основу, чтобы мы могли сказать:« Да, эти объекты существуют, мы можем ожидать их найти, если выйдем и поищем их »».
Роджер Пенроуз (слева) доказал, что черные дыры — реальные объекты.Андреа Гез (в центре) и Рейнхард Гензель (справа) показали, что в сердце нашей галактики скрывается человек, который весит в 4 миллиона раз больше Солнца.
(слева направо): TOMMASO BONAVENTURA / CONTRASTO / Redux; Кристофер Диббл / Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе / Сипа США / Newscom; Маттиас Балк / picture-alliance / dpa / AP Images Со времени достижений Пенроуза астрономы обнаружили множество свидетельств существования черных дыр.
Они обнаружили звезды, вращающиеся вокруг невидимых спутников, и смогли увидеть, как пылающие горячие газы исчезали в предполагаемых черных дырах.Детекторы гравитационных волн стали решающим аргументом для таких черных дыр звездных размеров, но не для галактических гигантов.
Тот, что находится в центре Млечного Пути, известный как Стрелец A * (Sgr A *), весит миллионы солнечных масс и находится всего в 26 000 световых лет от нас. Но помимо того, что он черный, он довольно мал: его горизонт событий соответствует орбите Меркурия. Вдобавок к этому центр Галактики скрыт от посторонних телескопов газом и пылью.
Используя методы наблюдений до предела, спарринговые группы Геза и Гензеля провели очень простое исследование: они составили карту движения одиночной звезды, когда она вращалась вблизи Sgr A *, и с помощью простой ньютоновской механики показали, что объект они должны были иметь колоссальную массу на орбите.«Изучая физику в средней школе, вы можете пройти долгий путь к пониманию того, что там должно быть что-то сверхмассивное, чего мы не можем увидеть», — говорит Сельма де Минк, астрофизик-теоретик из Гарвардского университета.
Их исследования проводились с помощью инфракрасных детекторов. Длины волн около 2 микрометров оказались приятным местом: эти инфракрасные фотоны могли проникать сквозь дымку и не слишком беспокоились из-за турбулентности в атмосфере Земли. Длины инфракрасных волн были также достаточно малы, чтобы относительно точно определять местонахождение звезд.
В 1990-х годах группы Гензеля и Геза зацепились за одну звезду, известную обеими командами как S2 или S0-2, которая является ближайшей к галактическому центру звездой, которую когда-либо обнаруживали. «У Андреа и Рейнхарда на протяжении многих лет было легендарное соревнование, которое поддерживало развитие этой области», — говорит астрофизик Хейно Фальке из Университета Радбауд. Чтобы точно определить точку S2, командам потребовались самые большие из имеющихся телескопов: четыре 8-метровых телескопа Европейского очень большого телескопа в случае Гензеля и два 10-метровых телескопа Кека для Геза.
В 2002 году эллиптическая орбита S2 приблизилась к точке, ближайшей к Sgr A *. Он пролетел в пределах 20 миллиардов километров или 17 световых часов и двигался со скоростью 5000 километров в секунду, что составляет 3% скорости света. После этого у групп было достаточно орбиты, чтобы сделать выводы о невидимом объекте. Они подсчитали, что он должен весить эквивалент 4 миллионов Солнц и быть концентрированным объектом: это могла быть только черная дыра. «Они доказали посредством наблюдений то, что Пенроуз предсказал с помощью теории, что черные дыры действительно существуют», — говорит Джерри Гилмор из Кембриджского университета.
Команды продолжили следить за S2 через его первую полную орбиту в 2008 году и ее второй близкий подход в 2018 году. Они использовали эти данные, чтобы подвергнуть общую теорию относительности еще более строгим проверкам. «Они заложили основы сверхмассивных черных дыр», — говорит Фальке.
Какими бы хорошими ни были результаты S2, исследователи хотят еще более прямых доказательств существования сверхмассивных черных дыр. А в 2019 году телескоп Event Horizon (EHT) удалось обнаружить тень еще более крупного монстра в центре M87, одной из соседних галактик Млечного Пути.
Эта черная дыра содержит миллиарды солнечных масс. Коллаборация EHT попыталась получить изображение Sgr A *, но пока не удалось представить убедительные результаты.
Гез — четвертая женщина, получившая Нобелевскую премию по физике, и вторая за последние 3 года. «Это очень много значит для меня», — говорит де Минк. В последние годы Нобелевские премии по науке подвергались критике за отсутствие разнообразия.
В свои 55 лет Гез тоже относительно молодой лауреат. 89-летний Пенроуз — один из самых старых.Но Пенроуз говорит, что не жалеет о том, что так долго ждал, чтобы получить приз. «Я знаю некоторых людей, которые слишком рано получили Нобелевскую премию, и это разрушило их науку», — говорит он. «Я думаю, что я достаточно взрослый».
Связанный контент из
Science Мейер и др. , «Самая короткая из известных периодов звезды, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры нашей галактики», Science 338 , 6103 (5 октября 2012 г.
)
Tacchella и др. , «Доказательства зрелых выпуклостей и фазы закалки наизнанку через 3 миллиарда лет после Большого взрыва», Science 348 , 6232 (17 апреля 2015 г.)
До и др. ., «Релятивистское красное смещение звезды S0-2, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры Галактического центра», Science 365 , 6454 (16 августа 2019 г.)
Связанный контент из News from
ScienceА. Хаммонд, «Звездная старость: белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры», Science (12 марта 1971 г.)
А. Хаммонд, «Звездная старость (III): черные дыры и гравитационный коллапс», Science (26 марта 1971 г.)
Вт.Мец, «Астрофизика: открытие и повсеместность черных дыр», Science (21 января 1977 г.)
Дж. Гланц, «Грядущая тьма», Science (24 января 1997 г.)
Э. Стокстад, «В логово зверя», Science (7 января 2000 г.
)
Р. Ирион, «Млечный Путь, тьма, голодная яма», Science (30 мая 2003 г.)
Дж. Клинг, «Меняющиеся лица астрономии», Science (20 января 2006 г.)
Р. Ирион, «Удивительный звездный питомник», Science (2 июня 2006 г.)
р.Зельковиц, «Гении года», Science (23 сентября 2008 г.)
К. Кросвелл, «Предупреждение: впереди черная дыра!» Наука
Д. Клери, «Астрономы определили загадочный объект в сердце Млечного Пути», Science (4 ноября 2014 г.)
Д. Клери, «Темная лаборатория», Science (06 марта 2015 г.)
Д. Клери, «Встреча звезды с черной дырой подвергает испытанию теорию гравитации Эйнштейна», Science (26 июля 2018 г.)
Связанное содержание
Тухилл и др. ., «Brevia: Pinwheels in the Quintuplet Cluster», Science 313 , 5789 (18 августа 2006 г.
)
Эйнштейн показал, что Ньютон ошибался насчет гравитации. Теперь за Эйнштейном идут ученые.
Альберт Эйнштейн многое может объяснить, но, возможно, не черные дыры. Ученые полагают, что в чернильных глубинах этих массивных небесных объектов законы Вселенной складываются сами по себе, и элегантная модель гравитации, изложенная в общей теории относительности Эйнштейна, не работает.
Они не знают точно, как и где это происходит, но новое исследование приближает их к ответу.
Исследование, которое будет опубликовано 16 августа в журнале Science, показывает, что гравитация работает так, как предсказывал Эйнштейн, даже на самом краю черной дыры — в данном случае Стрельца A *, сверхмассивной черной дыры в центре нашей Млечный путь. Но это исследование — всего лишь первый залп в далеко идущих попытках найти точку, в которой модель Эйнштейна разваливается.
Первое изображение черной дыры, темный круг, окруженный клубящимся облаком горячего газа. Event Horizon Telescope Collaboration«Теперь у нас есть технологический потенциал для проверки теории гравитации способами, которые мы никогда не могли сделать раньше», — сказала соавтор исследования Джессика Лу, астрофизик из Калифорнийского университета в Беркли. «Теория Эйнштейна. гравитации определенно находится в нашем прицеле «.
Это означает, что мы можем быть ближе к тому дню, когда теория относительности Эйнштейна будет вытеснена какой-нибудь еще не описанной новой теорией гравитации.
Сопутствующие
«Ньютон долгое время прекрасно провел время со своим описанием [гравитации], а затем в какой-то момент стало ясно, что это описание нечеткое по краям, а затем Эйнштейн предложил более полную версию», сказала Андреа Гез, астрофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соруководитель нового исследования.«И поэтому сегодня мы снова находимся в той точке, где мы понимаем, что должно быть что-то более полное, что позволяет нам описывать гравитацию в контексте черных дыр».
Изменение представлений о гравитации
С точки зрения Ньютона, все объекты — от его не столь апокрифического яблока до планет и звезд — обладают силой, которая притягивает другие объекты. Этот универсальный закон всемирного тяготения очень хорошо работал для предсказания движения планет, а также объектов на Земле — и он до сих пор используется, например, при проведении расчетов для запуска ракеты.
Но взгляд Ньютона на гравитацию не работал в отношении некоторых вещей, таких как своеобразная орбита Меркурия вокруг Солнца. Орбиты планет меняются со временем, а орбита Меркурия меняется быстрее, чем предсказывал Ньютон.
Эйнштейн предложил другой взгляд на гравитацию, который объясняет Меркурий. Он рассуждал, что вместо того, чтобы оказывать силу притяжения, каждый объект изгибает ткань пространства и времени вокруг себя, образуя своего рода колодец, в который попадают другие объекты — и даже лучи света.Представьте солнце как шар для боулинга на матрасе. Это создает депрессию, которая сближает планеты.
Эта новая модель решила проблему Меркурия. Он показал, что Солнце настолько искривляет пространство, что искажает орбиты близлежащих тел, в том числе Меркурия. По мнению Эйнштейна, Меркурий может выглядеть как мрамор, вечно кружащийся над дном водостока.
Как и все массивные объекты, Земля искривляет ткань космоса. NASA’s Imagine the UniverseТеория Эйнштейна была подтверждена более чем столетними экспериментами, начиная с одного, связанного с солнечным затмением 1919 года, в котором путь света от далеких звезд был сдвинута интенсивной гравитацией Солнца — как раз на величину, предсказанную Эйнштейном.
Но Гез и ее коллеги хотели подвергнуть Эйнштейна более строгому тесту. Поэтому они наблюдали, что произошло, когда свет от звезды S0-2 прошел мимо Стрельца A *, который в четыре миллиона раз массивнее Солнца.
Telltale изменение цвета
Для нового исследования Лу, Гез и их сотрудники использовали три гигантских телескопа на Гавайях, чтобы наблюдать, как голубоватая звезда по имени S0-2 приближается к Стрельцу A * на своей 16-летней орбите.
вокруг черной дыры.
Если Эйнштейн был прав, черная дыра искривила бы пространство и время таким образом, что увеличила бы длину волны света от S0-2. Короче говоря, волны будут вытягиваться, когда интенсивная гравитация черной дыры истощит их энергию, в результате чего цвет звездного света изменится с синего на красный. Если бы звезда продолжала светиться синим, это подтвердило бы модель гравитации Ньютона, которая не учитывает кривизну пространства и времени. Если бы он стал другим цветом, это бы вообще намекнул на какую-то другую модель гравитации.
Как и предсказывал Эйнштейн, звезда светилась красным светом.
«Вы можете сказать:« Кому какое дело? »Но на самом деле никто туда не заглядывал», — сказал Гез. «Таким образом, мы смогли сделать большой шаг вперед в изучении режима, который ранее не исследовался … Вы знаете, что есть обрыв, и вы хотите приблизиться к этому обрыву, но вы не знаете, где падение -выкл.
»
Что будет дальше
Ученые знают, что в какой-то момент в черной дыре теория Эйнштейна перестает работать.«Кривизна пространства-времени настолько велика, что общая теория относительности Эйнштейна не работает, — сказал Кип Торн, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института, лауреат Нобелевской премии, который не участвовал в новом исследовании. — Мы не понимаем, как это работает, когда вы имеете дело с экстремальными ситуациями ».
Этот эксперимент немного приближает ученых к пониманию.
«Это определенно захватывающе», — сказал Золтан Хайман, астрофизик из Колумбийского университета, не участвовавший в новом исследовании.«Это раздвигает границы. Так мы попадаем в такое место, где мы обнаруживаем, что теория [Эйнштейна] больше не работает».
Хаймайн сказал, что он «в восторге» от работы, проделанной исследователями, сравнив отслеживание S0-2 из обсерватории на Земле с изучением дерева в Париже с балкона в Нью-Йорке.
«Этот тест — только начало», — сказал Лу. Исследователи планируют использовать новое поколение мощных инструментов для проведения дополнительных испытаний гравитации вокруг черных дыр. Например, они будут следить за SO-2, чтобы увидеть, идет ли его орбита так, как ожидал Эйнштейн, или он пойдет по другому пути вокруг Стрельца A *, предлагая альтернативную модель гравитации.
В следующие 10 лет, сказал Лу, «мы сумеем довести теорию гравитации Эйнштейна до ее пределов и, будем надеяться, начнем видеть трещины».
Что это будет значить для науки?
«Очень трудно предсказать, как новые открытия в фундаментальной физике повлияют на нашу повседневную жизнь», — сказал Лу. «Но новая теория гравитации может помочь нам понять, как родилась наша собственная Вселенная, и как мы попали туда, где мы находимся сегодня, 13,5 миллиардов лет спустя».
Хотите больше историй о науке?
ПОДПИСАТЬСЯ НА НОВОСТНОЙ БЮЛЛЕТЕНЬ MACH И ПОДПИСАТЬСЯ НА NBC NEWS MACH В TWITTER, FACEBOOK И INSTAGRAM.
Астрономы впервые обнаружили сверхредкий тип черной дыры
Ученые обнаружили то, что они считают самым мощным, самым массовым и самым удаленным слиянием двух черных дыр в истории Вселенной, высвобождая энергию восемь солнц. И в результате этого события они обнаружили нечто еще более особенное — сверхредкий тип черной дыры.
В результате столкновения образовалась черная дыра «промежуточной массы», масса которой в 100-1000 раз больше массы Солнца.Ученые заявили, что это первый объект, который когда-либо был обнаружен.
Некоторые черные дыры, называемые «звездными», относительно малы, в 10 раз больше массы Солнца, образуются, когда звезда взрывается и умирает. Другие черные дыры, называемые «сверхмассивными», непостижимо велики, в миллиарды раз превышающие массу Солнца, такие как Стрелец A *, в центре Млечного Пути.
«Средний» размер этой новой черной дыры — не слишком большой и не слишком маленький — делает ее аномалией.
Численное моделирование слияния тяжелых черных дыр (GW1Ученые считают, что две черные дыры, масса которых примерно в 85 и 66 раз превышает массу Солнца, столкнулись, чтобы произвести сигнал, что стало самым массовым из когда-либо обнаруженных слияний.Сигнал, получивший название GW1
Исследователи говорят, что это событие создало еще более массивную черную дыру, примерно в 142 раза больше массы Солнца. Он также выпустил огромный «взрыв» оставшейся энергии, эквивалентной примерно восьми солнечным массам, в виде гравитационных волн, которые можно обнаружить на Земле.
Актуальные новости
Актуальные новости Более
Международная группа ученых обнаружила GW1
«Это не очень похоже на чириканье, которое мы обычно обнаруживаем», — сказал в пресс-релизе исследователь Девы Нельсон Кристенсен из Французского национального центра научных исследований (CNRS). «Это больше похоже на то, что звучит как« взрыв », и это самый мощный сигнал, который когда-либо видели LIGO и Дева».
В черных дырах гравитация настолько сильна, что свет не может ускользнуть, что делает их полностью невидимыми.Таким образом, гравитационные волны, которые они излучают, имеют решающее значение для исследования событий такого типа.
Представление художника о столкновении двойных черных дыр. Марк Майерс, Центр передового опыта ARC по открытию гравитационных волн (OzGrav)GW1
Но обнаружение GW1
Не только образовавшаяся в результате столкновения черная дыра является первой в своем роде, обнаруженной, но ученые также подозревают, что черные дыры, породившие ее, уникальны по своим размерам. Большинство черных дыр звездной массы образуются из коллапсирующих звезд, но в этом случае вес одной из черных дыр означает, что она не должна была участвовать в таком событии, что заставляет ученых задаться вопросом, как она возникла.
«Тот факт, что мы видим черную дыру в этом разрыве массы, заставит многих астрофизиков почесать затылки и попытаться выяснить, как были созданы эти черные дыры», — сказал Кристенсен.
Концепция этого художника иллюстрирует иерархическую схему слияния черных дыр. LIGO и Virgo недавно наблюдали слияние черных дыр с конечной массой в 142 раза больше массы Солнца, что сделало их крупнейшими в своем роде, наблюдаемыми в гравитационных волнах на сегодняшний день. Ученые считают, что эти черные дыры могли образоваться в результате более раннего слияния двух меньших черных дыр, как показано на рисунке.ЛИГО / Калтех / Массачусетский технологический институт / Р. Hurt (IPAC)Ученые выдвигают гипотезу о двух исходных черных дырах, образовавшихся в результате слияния еще меньших черных дыр. В этом случае четыре черные дыры танцевали друг вокруг друга, пока не превратились в две, а затем и в одну.
«Это событие вызывает больше вопросов, чем дает ответов», — сказал исследователь LIGO Алан Вайнштейн, профессор физики Калифорнийского технологического института. «С точки зрения открытий и физики это очень захватывающая вещь.»
Ученые полагают, что гравитационные волны возникли в результате слияния двоичных систем. Но они также допускают альтернативные возможности — возможно, волны были испущены коллапсирующей звездой или космической струной сразу после создания Вселенной.
» С тех пор, как мы впервые включились LIGO, все, что мы наблюдали с уверенностью, было столкновением черных дыр или нейтронных звезд, — сказал Вайнштейн.