Черные дыры прячутся от астрономов

[Monopole]

Черные дыры прячутся от астрономов
31.07.06 | Александр Козловский



Черная дыра за газопылевым облаком (в представлении художника). Изображение ESA с сайта www.universetoday.com


Европейские и американские ученые провели глобальный поиск сверхмассивных черных дыр, которые, согласно современным теоретическим выкладкам, должны находиться в центре каждой галактики. Современные технологии позволяют выявить наличие этих коллапсаров в соседних галактиках, но обнаружить их удалось совсем немного. Значит, либо черные дыры просто скрываются в плотных газопылевых облаках в центральной части галактик, либо они находятся в более отдаленных уголках Вселенной.

О черных дырах, то есть существующих, но невидимых объектах, упоминал еще Пьер Симон Лаплас в конце XVIII века. Он представлял их массивными звездами с колоссальной силой тяготения. В современной науке черной дырой принято называть область пространства-времени, в которой гравитационное поле столь сильно, что ни один объект (даже излучение) не может вырваться из нее. Название «черная дыра» ввел в обиход в 1968 году американский физик Джон Уилер (John A. Wheeler) в своей статье об этих удивительных небесных объектах. Новый термин сразу стал популярен, заменив собой использовавшиеся до того названия «коллапсар» и «застывшая звезда».

Поскольку из черной дыры не может вырваться никакое излучение, то обнаружить такой одиночный объект почти невозможно (лишь по косвенным признакам). Одним из лучших мест для поиска черных дыр являются двойные звезды. Еще в 1964 году Яков Зельдович (1914–87) и Эдвин Солпитер (Edwin Ernest Salpeter, р. 1924; статья "Accretion of Interstellar Matter by Massive Objects") независимо предсказали мощное рентгеновское излучение в результате аккреции на черные дыры в тесной двойной системе. Это излучение образуется при падении вещества на черную дыру во время достижения горизонта событий, то есть той границы тяготения дыры, от которой еще может исходить излучение. Впервые эту границу описал Карл Шварцшильд (Karl Schwarzschild, 1873–1916), который нашел решение уравнений Эйнштейна для бесконечно малого сферически симметричного тела. Сфера вокруг черной дыры, где сила притяжения возрастает до бесконечности, называется сферой Шварцшильда, а поверхность этой сферы и есть горизонт событий.

Итак, черные дыры можно обнаружить по рентгеновскому излучению, испускаемому во время аккреции вещества на них, и чтобы произвести перепись подобных источников, в околоземное комическое пространство были запущены спутники с рентгеновскими телескопами на борту. Занимаясь поиском источников Х-лучей, космические обсерватории «Чандра» (Chandra) и «Росси» (Rossi) обнаружили, что небо заполнено фоновым рентгеновским излучением, и является в миллионы раз более ярким, чем в видимых лучах. Значительная часть этого фонового рентгеновского излучения неба должна исходить от черных дыр.

Обычно в астрономии говорят о трех типах черных дыр. Первый — черные дыры звездных масс (примерно 10 масс Солнца). Они образуются из массивных звезд, когда в тех заканчивается термоядерное горючее. Второй — сверхмассивные черные дыры в центрах галактик (массы от миллиона до миллиардов солнечных). И наконец, первичные черные дыры, образовавшиеся в начале жизни Вселенной, массы которых невелики (порядка массы крупного астероида). Таким образом, большой диапазон возможных масс черных дыр остается незаполненным.
Но где эти дыры? Заполняя пространство рентгеновскими лучами, они, тем не менее, не желают показывать свое истинное «лицо». Но чтобы построить четкую теорию связи фонового рентгеновского излучения с черными дырами, необходимо знать их количество. На данный момент космическим телескопам удалось обнаружить лишь небольшое количество сверхмассивных черных дыр, существование которых можно считать доказанным. Косвенные признаки позволяют довести количество наблюдаемых черных дыр, ответственных за фоновое излучение, до 15%. Приходится предполагать, что остальные сверхмассивные черные дыры просто прячутся за толстым слоем пылевых облаков, которые пропускают только рентгеновские лучи высокой энергии или же находятся слишком далеко для обнаружения современными средствами наблюдений.


Сверхмассивная черная дыра (окрестности) в центре галактики M87 (рентгеновское изображение). Виден выброс (джет) от горизонта событий. Изображение с сайта www.college.ru/astronomy


Поиск скрытых черных дыр — одна из главных задач современной рентгеновской астрономии. Последние прорывы в этой области, связанные с исследованиями при помощи телескопов «Чандра» и «Росси», тем не менее охватывают лишь низкоэнергетический диапазон рентгеновского излучения — приблизительно 2000–20 000 электрон-вольт (для сравнения, энергия оптического излучения — около 2 электрон-вольт). Существенные поправки в эти исследования может внести европейский космический телескоп «Интеграл» (Integral), который способен проникнуть в еще недостаточно изученную область рентгеновского излучения с энергией 20 000–300 000 электрон-вольт.

Важность изучения этого типа рентгеновских лучей состоит в том, что хотя рентгеновский фон неба имеет низкую энергетику, но на этом фоне проявляются множественные пики (точки) излучения с энергией около 30 000 электрон-вольт. Ученые еще только приоткрывают завесу тайны того, что порождает эти пики, а «Интеграл» — первый достаточно чувствительный телескоп, способный найти подобные источники рентгеновских лучей.

По предположению астрономов, лучи высокой энергии порождают так называемые Комптон-объекты (Compton-thick), то есть сверхмассивные черные дыры, окутанные пылевой оболочкой. Именно Комптон-объекты ответственны за пики рентгеновского излучения в 30 000 электрон-вольт на поле фонового излучения. Но, продолжая исследования, ученые пришли к выводу, что Комптон-объекты составляют лишь 10% от того числа черных дыр, которые должны создавать пики высоких энергий. Это — серьезное препятствие для дальнейшего развития теории.

Значит, недостающие рентгеновские лучи поставляют не Compton-thick, а обычные сверхмассивные черные дыры? Тогда как быть с пылевыми завесами для рентгеновских лучей низкой энергии.? Ответ, похоже, кроется в том, что многие черные дыры (Комптон-объекты) имели достаточно времени, чтобы поглотить весь газ и пыль, которые окутывали их, но до этого имели возможность заявить о себе рентгеновским излучением высокой энергии. После поглощения всего вещества такие черные дыры уже оказались неспособными генерировать рентгеновское излучение на горизонте событий. Становится понятно, почему эти черные дыры нельзя обнаружить, и появляется возможность отнести недостающие источники фонового излучения на их счет, так как хотя черная дыра уже не излучает, но ранее созданное ей излучение продолжает путешествие по Вселенной.

Тем не менее, вполне возможно, что недостающие черные дыры более скрыты, чем предполагают астрономы, то есть то, что мы не их видим, вовсе не значит, что их нет. Просто пока у нас не хватает мощности средств наблюдений, чтобы увидеть их.

Тем временем ученые из NASA планируют расширить диапазон поиска скрытых черных дыр еще дальше во Вселенную. Именно там находится подводная часть айсберга, считают они. В течение нескольких месяцев исследования будут проводиться в рамках миссии «Свифт» (Swift). Проникновение в глубокую Вселенную позволит обнаружить прячущиеся черные дыры, найти недостающее звено для фонового излучения и пролить свет на их активность в раннюю эпоху Вселенной.

[CyberJoe]

a gde mojno prochitat' pro izvestnie fiziceskie svoystva Chernoy diri?
skajem esli logicheski to Xtutyun u nee doljen bit ochen bolshim,
s drugoy storoni ya tak i ne ponyal, esli u chernoy diri takaya bolshaya gravitaciya i ona naxoditsya v centre gallaktiki to pochemu vse obekti etoy galaktiki ne vertyatsya vokrug chernoy diri a spokoyno sosushestvuyut?

eshe vopros: esli ona postoyanno pogloshaet obyekti to vixodit ee massa postoyannorastet, a znachit gravitaciya stanovitsyasilnee, i v itoge onadoljna stat takoy silnoy chtobi vse taki prityanut vseblizlejashie ( i daje dal'lijashie) objekti?

kto nibud v kurse pro Fiziku kollapsarov?

[TigrOm]

Originally Posted by CyberJoe

eshe vopros: esli ona postoyanno pogloshaet obyekti to vixodit ee massa postoyannorastet, a znachit gravitaciya stanovitsyasilnee, i v itoge onadoljna stat takoy silnoy chtobi vse taki prityanut vseblizlejashie ( i daje dal'lijashie) objekti?

Насколько я понимаю ЧД ничего не поглащают на самом деле. Все "поглащенные" обьекты остаются на горизонте событий и пространство-время там течет бесконечно медленно. По определнию некоторых ученых никакая материя попасть внутрь ЧД не может.
Поправьте меня если я не прав.

[Monopole]

Originally Posted by CyberJoe

a gde mojno prochitat' pro izvestnie fiziceskie svoystva Chernoy diri?
skajem esli logicheski to Xtutyun u nee doljen bit ochen bolshim,
s drugoy storoni ya tak i ne ponyal, esli u chernoy diri takaya bolshaya gravitaciya i ona naxoditsya v centre gallaktiki to pochemu vse obekti etoy galaktiki ne vertyatsya vokrug chernoy diri a spokoyno sosushestvuyut?

eshe vopros: esli ona postoyanno pogloshaet obyekti to vixodit ee massa postoyannorastet, a znachit gravitaciya stanovitsyasilnee, i v itoge onadoljna stat takoy silnoy chtobi vse taki prityanut vseblizlejashie ( i daje dal'lijashie) objekti?

kto nibud v kurse pro Fiziku kollapsarov?

Есть очень хорошая полупопулярная книжка Нарликара "Неистовая Вселенная", там подробно рассказывается и о черных дырах и о многих других вещах.
А вообще, если коротко, то, согласно теории тяготения Эйнштейна, которая на сегодняшний день не встратила ни одного серьезного расхождения в наблюдательными данными, если радиус любого сферически симметричного тела массы m станет меньше определенной величины, котороя называется радиусом Шварцшильда, то его тяготение станет настолько сильным, что проихойдут качественные изменения в структуре создаваемого им гравитационного поля, появиться так называемыц горизонт событий, из за которого не может вырваться ни одно материально етело и даже свет. Грубо говоря первая космичесая скорость для такого тела будет равно скорости света в вакууме.
Сейчас есть много оснований пологать, что в центрах галактик находятся именночерные дыры, которые активно засасывают в себя окружающую материю, межзвездную пыль, газ и даже целые звезды, которые страшным образом деформируются, разрушаются, превращаются в потоки раскаленной до миллионов грвдусов плазмы, которые с чудовищным ускорением устремляются к черной дыре, образую вокруг нее такие области светящейся и бешенно вращающейся плазмы, акреционные диски. Именно их и наблюдают астрономы, после чего заключают, что в центре всего этого дела находится черная дыра. Но прямых доказательств нет.

[Monopole]

Originally Posted by TigrOm

Насколько я понимаю ЧД ничего не поглащают на самом деле. Все "поглащенные" обьекты остаются на горизонте событий и пространство-время там течет бесконечно медленно. По определнию некоторых ученых никакая материя попасть внутрь ЧД не может.
Поправьте меня если я не прав.

С точки зрения стороннего наблюдателя, падение на черную дыру занимает конечное время, но с точки зрения падающего объекта оно длится бесконечно долго.

[Davka]

С точки зрения стороннего наблюдателя, падение на черную дыру занимает конечное время, но с точки зрения падающего объекта оно длится бесконечно долго.

nel'zya li kak-to izmenit' podxod i ne nazyvat' eto delo "chyornoi dyroi". Ved' eto otkrytaya propoganda rassizma i fsyachiskai imansipatsyya !!!
Pravdu nizatknyosh i slov iz pesni ne vykinesh.

[Monopole]

Originally Posted by Davka

nel'zya li kak-to izmenit' podxod i ne nazyvat' eto delo "chyornoi dyroi". Ved' eto otkrytaya propoganda rassizma i fsyachiskai imansipatsyya !!!
Pravdu nizatknyosh i slov iz pesni ne vykinesh.

В таком случае и черную икру придется переименовывать !!!

А вообще, я тебя по дружески прошу, прекарти флуд или занимайся этим в подходящем месте ! Не прибавляй мне работы, у меня и так жизнь не сахар, а ты заставляешь меня за тобой потом убирать !

[TigrOm]

А вот зачастую говорят о понятии сингулярность в контексте ЧД. А кроме как математически, есть способ понять или провести аналогию как все это обстоит физически и практически?

[Monopole]

Originally Posted by TigrOm

А вот зачастую говорят о понятии сингулярность в контексте ЧД. А кроме как математически, есть способ понять или провести аналогию как все это обстоит физически и практически?

Сингулярность это, грубо говоря, когда какая-либо характеристика становится экстремальной, обращается в бескоечность. Применительно к черным дырам, можно сказать, что на радиусе Шварцшильда метрика обращается в бесконечность. но это усранимая бесконечность, если выбрать подходящие координаты, но она устраниться. Поэтому и выходит, что падающий на черную дыру материальный объект все-таки ее остигнет. А вот в центре дыры имеется неустранимая сингулярность, по крайей мере формально так выходит.
Можно сказать, что пространство вокруг черной дыры настолько сильно искривляется, что величина этой кривизны достигает бесконечности на радиусе Шварцшильда.

[Margo]

А кто-нибудь смотрит Farscape?

[Monopole]

Originally Posted by Margo

А кто-нибудь смотрит Farscape?

А что это ?

[Margo]

О-о... Это совершенно прекрасный трэшноц на добрую сотню серий про чувака, которого занесло фиг пойми куда через черную как раз-таки дыру. И все время на арене без намордника присутствуют эти самые черные дыры...

[STone]

Ниасилил патамушта многа. Но название весьма эротишн

[STone]

Речь о Наоми Кэмпбелл??

[TigrOm]

Originally Posted by Monopole

Сингулярность это, грубо говоря, когда какая-либо характеристика становится экстремальной, обращается в бескоечность. Применительно к черным дырам, можно сказать, что на радиусе Шварцшильда метрика обращается в бесконечность. но это усранимая бесконечность, если выбрать подходящие координаты, но она устраниться. Поэтому и выходит, что падающий на черную дыру материальный объект все-таки ее остигнет. А вот в центре дыры имеется неустранимая сингулярность, по крайей мере формально так выходит.
Можно сказать, что пространство вокруг черной дыры настолько сильно искривляется, что величина этой кривизны достигает бесконечности на радиусе Шварцшильда.

Сингулярность устраняется введением таких понятий как теория суперструн и суперсимметрии? И вообще как думаешь, будет ли теория суперструн решать в будущем?