Черная дыра в профиль
Моделирование невращающейся черной дыры. Изображение Avery Broderick (CfA)
Обычно, рассказывая о черных дырах, говорят, что мы их никогда не сможем увидеть, потому что черную дыру ничто не в силах покинуть, - ни материальное тело, ни даже свет. Однако если в понятие феномена черной дыры включается также и космическое пространство, прилегающее к собственно центральной сингулярности, то можно сказать, что черные дыры все же "не абсолютно черны". Окружающий межзвездный газ втягивается в черную дыру, увлекаемый ее чудовищной силой притяжения, при этом газовые молекулы от взаимодействия друг с другом разогреваются и начинают излучать световые кванты - фотоны. Эта радиация определенным образом "высвечивает" черную дыру, как бы очерчивает ее контуры в пространстве.
Гигантская черная дыра, расположенная в центре нашей галактики Млечный путь (Sgr A*), в этом смысле представляет собой наилучшую цель для наблюдателей, поскольку охватывает самую обширную область неба среди всех других известных на сегодняшний момент кандидатов в черные дыры. Однако и в этом случае угловой размер интересующей нас области - десятки микроарксекунд - пока остается недоступным земным ученым, ведь требуемое разрешение в 10 тысяч раз превосходит возможности знаменитого космического телескопа "Хаббл" в видимом свете.
В течение нескольких последних лет астрономы старательно "охотятся" за сверхмассивной центральной черной дырой, изучая ее косвенными методами, и к настоящему моменту удалось зарегистрировать излучение от нескольких "горячих точек", находящихся за пределами вышеописанной "оболочки" черной дыры. А когда-нибудь мы сможем разглядеть и ее "очертания" - свечение в непосредственной близости от необратимой черты "горизонта событий". И пока современные технологии еще не достигли полной готовности для решающего "погружения", физики-теоретики Аверай Бродерик (Avery Broderick) и Ави Лёб (Avi Loeb) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра в Кембридже (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, США, штат Массачусетс - CfA) постарались смоделировать тот вид, который получат первые наблюдатели, рискнувшие изучить "утробу" монстров.
В этом им помогла компьютерная программа, моделирующая реалистический общий вид излучающей черной дыры, включающий также и поляризационную зависимость, связанную с компактной эмиссионной областью. Уже известно, что радиация, испускаемая центральной черной дырой нашей Галактики, имеет непостоянный характер (вероятно, это происходит в результате неравномерного прихода поглощаемого черной дырой материала). Исследователи моделировали подобный приход скоплений раскаленного газа и успешно предсказали наблюдаемый характер вспышек (новые данные хорошо вписались в эту концепцию). Бродерик и Лёб смогли также подсчитать суммарное количество радиации от "горячих точек" (hot spots), чтобы воспроизвести вид для наблюдений с низкой разрешающей способностью, совместимой с текущими технологиями.
Теперь же в самом ближайшем будущем следует ждать еще более интересных новостей на эту тему.
"Если наблюдатели смогут наконец разглядеть край центральной черной дыры нашего Млечного пути - этого "отверстия" диаметром 10 миллионов миль - на расстоянии свыше 25 000 световых лет, это станет действительно значимым достижением, - говорит Бродерик. - Мы сможем увидеть своеобразную "тень" черной дыры, поглощающей окружающий материал, и определить ее размеры и скорость вращения непосредственным образом... В конечном счете мы хотим проверить Общую теорию относительности Эйнштейна в условиях мощных полей - при предельных параметрах гравитационного поля, вроде тех, что встречаются у черных дыр".
Все, что для этого требуется, - это создать межконтинентальную базу из множества телескопов субмиллиметрового диапазона (Very Large Baseline Array of sub-millimetre telescopes) так, чтобы эффективность объединенной системы стала сопоставимой с работой одного-единственного телескопа размером с нашу Землю. Эта практически освоенная интерферометрическая технология уже используется для изучения длинноволновой части спектра, поступающей к нам из космоса. Улавливая коротковолновую радиацию субмиллиметровой части диапазона, астрономы смогут получить снимки высокого разрешения областей, непосредственно прилегающих к черной дыре.
Наблюдения в инфракрасной части спектра, проведенные с использованием интерферометрических приборов (как уже существующих, так и готовящихся вступить в строй в самом ближайшем будущем) также дадут возможность получить отображение ядра нашей Галактики с невероятной точностью, с разрешениями, лучшими, чем одна миллиарксекунда. Данные субмиллиметровых и инфракрасных наблюдений естественным образом дополнят друг друга, и нужно использовать как те, так и другие для того, чтобы получить полную картину работы нашего галактического центра, а при сравнении с моделями - уточнить массу монстра и скорость его вращения.
"Когда астрономы преодолеют этот барьер, то первые изображения "тени" и внутреннего аккреционного диска черной дыры сразу же войдут в учебники, они позволят проверить наши современные взгляды на гравитацию в ситуации, когда пространство-время очень сильно искажено", - говорит Лёб.
На иллюстрации вверху:
Случай невращающейся черной дыры (в настоящее время доподлинно не известно, с какой скоростью вращается черная дыра в центре нашей Галактики, хотя некоторые данные и свидетельствуют о ее быстром вращении).
Мы видим теоретически предсказанное появление "горячей точки" на орбите вокруг ЧД в центре Млечного пути. Указанное пятно перемещается по круговой орбите с радиусом, в три раза превышающим размеры горизонта событий для невращающейся черной дыры. Шкала, нанесенная поверх этой структуры, состоит из блоков, соответствующих микроарксекундам (чтобы разглядеть такое, потребуется в 10 тысяч раз лучшее разрешение, чем доступно "Хабблу". Аккреционный диск, в состав которого входит эта "горячая точка", "рассматривается" под углом в 45 градусов.
Источники:
Black Holes Aren't So Black - CfA Press Release
Black Holes Aren't So Black (мультипликация для случаев невращающейся и быстровращающейся ЧД) - CfA Press Release
Imaging Bright Spots in the Accretion Flow Near the Black Hole Horizon of Sgr A* - arXiv
Frequency-Dependent Shift in the Image Centroid of the Black Hole at the Galactic Center as a Test of General Relativity - arXiv
Imaging Optically-Thin Hot Spots Near the Black Hole Horizon of Sgr A* at Radio and Near-Infrared Wavelengths - arXiv
Обсудить
Статьи по теме
Доказано существование массивной черной дыры в центре Галактики
Группе германских астрономов удалось показать, что в Галактическом центре расположен один-единственный сверхплотный и сверхмассивный объект - не что иное, как черная дыра. Определенность позволили внести наблюдения за движением звезды, которую исследователи условно обозначили как S2.
Очаг, лишившийся дома
Группа европейских астрономов изучила очень необычное явление: одинокий яркий квазар, лишенный сколько-нибудь заметной окружающей его галактики. Для объяснения феномена предлагаются даже совершенно немыслимые вещи.
Черные дыры объявляют голодовку
Используя новую компьютерную модель, описывающую рождение и слияние галактик, астрофизики сумели показать, что активный рост центральных сверхмассивных черных дыр вызывает к жизни процессы взрывного высвобождение энергии, которые не только управляют развитием галактик, но и накладывают существенные ограничения на дальнейший рост самой центральной черной дыры.
"Чандра": Выявлено местонахождение потерянной материи
Удалось выявить местонахождение двух обширных облаков горячего межзвездного газа, которые могут быть связаны с некоторой частью таинственной скрытой материи. Компьютерное моделирование показывает, что эта невидимая материя должна формировать паутинообразную структуру из газовых облаков, внутри которых образуются скопления галактик. Эти облака до сих пор никто не мог обнаружить из-за их чрезвычайно низкой плотности.
Раз в 10 000 лет Земля купается в темной материи
Солнечная система в своем движении через космическое пространство может регулярно сталкиваться с чрезвычайно разреженными скоплениями экзотических элементарных частиц, сохранившимися со времен раннего детства Вселенной. Об этом свидетельствуют вычисления швейцарских физиков.
Впервые удалось отыскать место рождения бродячего микроквазара
Впервые удалось проследить путь по Галактике и найти место рождения так называемого микроквазара - пары объектов, обращающихся вокруг общего центра масс, один из которых является компактным остатком взрыва сверхновой - нейтронной звездой или черной дырой. Ученые пришли к выводу, что бинарная система LSI +61 303 сформировалась когда-то в звездном скоплении IC 1805 и была вышвырнута из него примерно 1,7 миллиона лет назад.
Настоящие монстры питаются пончиками
Международная группа ученых нашла новые свидетельства того, что массивные черные дыры окружены газовыми облаками, имеющими форму пончика (тора), которые в зависимости от своего расположения на линии визирования к Земле могут блокировать от нас "вид" черной дыры, находящейся в центре.
"Трилистник" позволил достать сердце монстра
Тщательный анализ наблюдений редкого "учетверенного" квазара, осуществленных космической рентгеновской обсерваторией "Чандра", позволил получить свидетельства того, что отдельная звезда в расположенной между нами и этим квазаром галактике смогла резко увеличить рентгеновское излучение, доходящее от этого квазара до нас. Это открытие дает в руки астрономам новый и чрезвычайно точный инструмент для изучения газовых потоков вокруг сверхмассивных черных дыр, наблюдаемых как квазары.
Квазары порождают новые загадки
Квазары - самые яркие объекты во Вселенной - сформировались в относительно небольших галактиках. Согласно новому исследованию, эти сверхмассивные черные дыры появились вскоре после Большого взрыва и набрали свой вес на удивление быстро - быстрее, чем галактики, окружающие их. Астрономы попытались "вычесть" из общего излучения древнейших источников интенсивный свет их центрального квазара, чтобы непосредственно разглядеть "родительские" галактики, в которых развился тот или иной "монстр".
Обвинения в "изменах" с постоянной тонкой структуры пока не сняты
Современные теории, которые призваны объединить эйнштейновскую относительность с квантовой механикой и тем самым решить одну из сверхзадач всей современной физики, привели к шокирующему предсказанию: фундаментальные константы не только могут, но даже обязаны изменяться в пространстве и времени. Однако теперь с помощью исследования спектров отдаленных квазаров удалось наложить строгие ограничения на возможные вариации во времени одной из важнейших физических констант - постоянной тонкой структуры.
Гравитационная линза показывает сердце отдаленной галактики
В настоящее время известно уже множество примеров наблюдений галактик, действующих подобно "гравитационным линзам". Лучи света, проходя рядом с ними, отклоняются мощным гравитационным полем. За счет такого "линзирования" на небе появляется несколько дополнительных видимых изображений какого-нибудь отдаленного объекта, расположенного за такой галактикой - например, это может быть яркий квазар. Теперь астрофизики раскрыли важную тайну, связанную с этим феноменом.
Ученые нашли "звезду-спринцовку", подражающую черным дырам
Астрономы наблюдали нейтронную звезду Circinus X-1, испускающую струи вещества со скоростью, очень близкой к скорости света. Это самый быстрый поток вещества, когда-либо наблюдаемый от объекта в нашей Галактике, скорость сравнима со скоростью самых быстрых джетов, исторгаемых ядрами других галактик. Однако в тех галактиках струи порождаются сверхмассивными черными дырами, масса которых составляет миллионы и даже миллиарды солнечных масс.
Черных дыр рождается все больше и больше
Это открытие подтверждает давние подозрения астрофизиков насчет того, что действие черных дыр, скрытых от нас, обитающих на нашем так сказать космическом "заднем дворе", является едва ли не определяющим для всей структуры общегалактического "дома", это вовсе не какие-то экзотические древние мастодонты, давно отыгравшие свою роль в те времена, когда галактики только начали формироваться.
Микроквазар ворвался в нашу Галактику из соседнего шарового скопления
Астрономы проследили путь нейтронной звезды и ее спутника, звезды-компаньона, вещество которой нейтронная звезда активно поглощает (Скорпион X-1). В настоящее время эта парочка мчится через нашу Галактику, но ученые считают, что она присоединилась к Млечному пути около 30 миллионов лет назад, а до этого была выброшена из удаленного звездного кластера.
Мерцающие квазары и кокон вокруг Солнечной системы
Эффект мерцания квазаров происходит благодаря тонкому слою межзвездного материала, расположенному в 70 световых годах от Земли. В этот своеобразный пузырь или кокон помещена не только вся Солнечная система, но и несколько ближайших звезд. Возможно, это давний остаток некой вспыхнувшей в этом районе сверхновой. Этот гигантский космический "пузырь" поляризует радиоволны, идущие от квазара к Земле.
Найдена пара гигантских черных дыр, обреченных слиться в межгалактическом катаклизме
Ядро галактики NGC 6240 представляет собой систему из двух супермассивных коллапсаров, и в будущем ей грозят серьезные потрясения. Это доказали немецкие астрономы из Института внеземной физики имени Макса Планка с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории "Чандра". Открытие подтверждает теории формирования супермассивных черных дыр.
Вниз по "кротовой норе"
Гипотетическая субстанция с отрицательным давлением, необходимая для изготовления "червоточин" (то есть особых каналов в пространственно-временном континууме, по которым можно почти мгновенно перемещаться во времени и пространстве), похожа на недавно открытую темную энергию, благодаря которой космическое пространство расширяется с возрастающей скоростью.
Рябь пространства-времени может объяснить феномен "темной энергии"
Разработана новая теория, способная объяснить ускоряющееся расширение Вселенной, причиной которого ныне считается загадочная "темная энергия". Другой возможный кандидат - это "рябь" в пространстве и времени, возникшая на самых ранних этапах развития нашего космоса. Зона этой "ряби" простирается далеко за пределы той области окружающего нас мира, которую мы можем наблюдать с помощью любых телескопов.
Найден таинственный новый компаньон Млечного пути
С помощью программы Слоановского цифрового обзора неба удалось выявить ранее никем не замеченную группу звезд. Эти данные могут пролить новый свет на историю формирования звездного ореола Млечного пути, а также разрешить загадку с предсказанием модели преобладания во Вселенной так называемого "холодного темного вещества".
Черные дыры разрушили теорию призрачных частиц
Недавно появилась интересная теория, которая претендует ни много ни мало, как на раскрытие всех основных тайн современной космологической науки. Эта теория "призрачного конденсата" появилась в прошлом году. Предполагается, что межзвездный вакуум заполнен своеобразной "жидкостью" или "флюидом" из призрачных частиц. Однако согласно последним вычислениям, черные дыры, населяющие нашу Вселенную, могли бы очень быстро "выхлебать" любую подобную "жидкость".
"Чандра" открывает новый этап в исследованиях темной энергии
Полученные космической рентгеновской обсерваторией "Чандра" снимки ионизированного газа в скоплениях галактик позволили астрономам применить новый метод определения массы и энергии, содержащихся в нашей Вселенной. Было получено независимое подтверждение небывалого явления: примерно 6 млрд лет назад стадия замедляющегося расширения Вселенной прекратилась и сменилась стадией ускоренного расширения, продолжающегося до сих пор.
Мюоны указывают путь к невидимой вселенной
Международная группа физиков из Брукхэвенской лаборатории сообщила о том, что в экспериментах с элементарными частицами удалось обнаружить серьезные отклонения от теоретических предсказаний, даваемых Стандартной моделью. Измерялось колебание мюонов в магнитном поле. Нарушение Стандартной модели - это уже вполне ожидаемое событие, многие ученые полагают, что благодаря этому откроются горизонты новой физики элементарных частиц.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Столкновение двух безумных гигантских колес на скорости 10 млн км в час
На этой выразительной фотографии, полученной с помощью космического телескопа "Хаббл", запечатлена пыльная спиральная галактика, которая, вращаясь, проходит через другую большую яркую галактику NGC 1275. Рентгеновское и радиоизлучение с большой вероятностью указывают на наличие черной дыры в центре этой яркой галактики. NGC 1275 находится от нас на расстоянии примерно 235 млн световых лет в созвездии Персея.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
"Интеграл" нашел новый класс астрономических объектов
Речь идет о бинарных звездных системах, составной частью которых является черная дыра или нейтронная звезда, заключенных в плотный кокон из холодного газа. Из-за подобного кокона эти объекты остаются невидимыми для традиционных телескопов, однако "Интеграл" как раз и был задуман так, чтобы изучать подобные скрытые высокоэнергетичные явления во Вселенной, выдающие себя только посредством потоков гамма-излучения (недаром его окрестили "охотником за черными дырами").
Вселенная взрывается чаще, чем ожидалось
Космический телескоп Swift, запущенный NASA в ноябре 2004 года, "открыл" свои глаза и теперь успешно проводит наблюдения за самыми мощными взрывами во Вселенной. Менее чем за месяц ему уже удалось определить точные параметры 9 гамма-всплесков - это даже больше, чем ожидали сами астрономы.
Кокон вокруг миллисекундного пульсара Черная Вдова
Изображение таинственного пульсара Черная Вдова, полученное "Чандрой", позволило разглядеть удлиненный "кокон" из высокоэнергетических частиц вокруг этого объекта. Таким образом, подтверждается теория, согласно которой даже относительно слабо намагниченные старые нейтронные звезды могут производить мощные электромагнитные поля и ускорять частицы до высоких энергий, если они вращаются достаточно быстро.
Датчик гравитационных волн уходит под землю
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Жизнь в Галактике сберегли звездные мятежники
Группа европейских астрономов выяснила, что многие звездные соседи нашего Солнца движутся по очень необычным маршрутам между спиральными рукавами Млечного пути. Согласно новому исследованию, наши звездные окрестности - это перекресток звездных дорог, где сливаются различные потоки звезд, прибывающих с разных направлений. Некоторые из этих звезд, содержащих свои планетные системы, могут на самом деле оказаться иммигрантами из бурного центрального региона нашей Галактики.
Взрывающаяся галактика загрязняет Вселенную
Галактика, обозначаемая как M82, когда-то опасно сблизилась со своим соседом, и их "страстные объятия" вылились в серию взрывов и активизацию процессов формирования новых звезд, при этом факелы из раскаленного газа были выброшены на десятки тысяч световых лет в окружающее межгалактическое пространство. Теперь группа британских и американских астрономов сумела рассмотреть эти газовые облака - они выглядят как мощный поток пены, исторгнутый из какого-нибудь пожарного брандспойта.
Десятисекундный армагеддон
Американские исследователи считают, что случаи массовой гибели живых существ на Земле можно объяснить, если использовать информацию о мощнейших звездных взрывах, получивших наименование гамма-всплесков. Удалось составить возможный сценарий подобного армагеддона.
Выяснилось, что мы живем в гигантском межзвездном дымоходе
Первая детальная 3D-карта области космического пространства, окружающего нашу Солнечную систему (размером примерно в 1 тыс световых лет), показывает, что мы находимся посреди большой "норы" или полости, вырезанной в диске Галактики. Скорее всего, эта полость была "пробита" некой взорвавшейся 1-2 млн лет назад звездой.
Удалось провести самые детальные наблюдения рождения черной дыры
Обнаруженный в глубоком космосе сверхмощный кратковременный выброс энергии, о котором удалось быстро оповестить 33 обсерватории во всем мире, позволил не только получить надежное свидетельство в пользу теории происхождения черных дыр в результате звездных взрывов, но и провести самые детальные на сегодняшний момент наблюдения таинственных явлений, получивших название GRB (всплеск гамма-излучения).
Новости по теме
