10 сюрпризов, которые нам преподнесли черные дыры
Черные дыры — это огромное количество материи, сжатой в небольшой области, и существует огромное гравитационное притяжение, не соответствующее размеру этой области. При коллапсе огромных звезд, которые умирают, образуется множество черных дыр.
Черная дыра — это огромное количество материи, сжатое в небольшой области, и огромное гравитационное притяжение, не соответствующее размеру этой области. Когда огромная умирающая звезда разрушается, образуется множество черных дыр. Во всех этих заливах существует настолько сильное гравитационное притяжение, что даже свет не может выйти за определенные границы дыры. Так считают ученые.
Представьте себе следующее. Если бы Земля превратилась в черную дыру (чего, конечно, не произойдет), ее вес был бы таким же, но меньше, чем вес глаза лампочки. Этот глаз будет иметь такое же гравитационное притяжение, и Луна будет находиться на орбите.
Ограничение вокруг матки (горизонт событий) препятствует возвращению света, поэтому черную дыру нельзя увидеть сразу. Однако невидимые ветры изгибают и колеблют деревья — мы знаем, что существует черная дыра, потому что она влияет на окружающую среду.
Не все ученые верят в существование черных дыр. Но те, кто это делает, не перестают удивляться.
Наши предки могли видеть черную дыру Млечного Пути
Около двух миллионов лет назад в центре нашей галактики появилась огромная черная дыра, озарившая все вокруг радиационным светом. В те времена люди только вставали на задние лапы и учились стоять прямо. Наши предки могли видеть луну с неба на юге — светлое место.
Наша черная дыра Стрелец А* теперь молчит. Однако она является ядром активной галактики и выделила энергию, которая скрыла все остальное. Это было вызвано «питанием» черной дыры. Его гравитационное притяжение притягивало и нагревало материал, образуя сияющий диск. Если диск состоит из огромного количества материала, то две высокоэнергетические частицы (потока) энергичных частиц выбрасываются черной дырой перпендикулярно ее вращению.
Астрономы разработали теорию активного галактического ядра в 2010 году, когда обнаружили два парообразных пузыря, простирающихся на 25 000 световых лет вверх и вниз по галактике. Ученые считают, что джеты в активном ядре галактики могли создать эти пузыри 1-3 миллиона лет назад. Наши далекие предки могли наблюдать свет от черных дыр на протяжении тысяч лет. Антрополог Крис Стрингер говорит, что это «было началом вида Homo». Каменные орудия уже начали изготавливать, но мозг начал расти». Если Стрелец a* снова станет активным галактическим ядром, он может иметь свою собственную яркую демонстрацию в ночном небе.
Не только черные дыры являются мощными источниками энергии
В течение многих лет многие ученые считали, что очень светлый источник Х — лучей Х, известный как Х — лучевые источники (ULX), образуется, когда черная дыра пожирает звезды и другой материал. Когда сильная гравитация черной дыры вытягивает газ из близлежащих звезд, газ закручивается в спираль и движется вокруг черной дыры. Когда вода закручивается вокруг него, прежде чем вырваться в трубы, газ сильно ускоряется и нагревается до чрезвычайно высоких температур и начинает испускать рентгеновские лучи во всех направлениях. Чем больше черная дыра питается, тем интенсивнее становится этот свет.
Это была теория. Однако позже астрономы обнаружили ложный источник ULX в соседней галактике M82. Он излучает рентгеновские лучи, которые, подобно маяку, падают на Землю каждые 1,37 секунды. Проблема в том, что черные дыры не пульсируют. Пульсары действительно пульсируют.
Пульсары — это вращающиеся нейтронные дыры (остатки умирающих звезд, которые недостаточно велики, чтобы стать черными дырами), излучающие рентгеновские лучи на своих магнитных полюсах. Однако пульсар галактики М 82 был в 100 раз ярче своей массы, что сделало возможным естественный предел Эддингтона. Он не мог быть источником ULX. Грубо говоря, Прасар обладал силой черной дыры с гораздо меньшей массой. Это эквивалент черной дыры на диете.
Астрономы должны рассмотреть другие источники ULX, чтобы выяснить, пульсируют ли они. Оказалось, что не все исходные ULX являются черными дырами.
Прожорливее, чем можно представить
До недавнего времени ученые считали, что размер черной дыры определяет максимальную скорость, с которой она может поглощать и производить свет (упомянутый выше предел Эддингтона). До открытия P13, черной дыры в галактике NGC7793, суперзвезды исключались из центра. Таким образом, P13 пожирает сопутствующий газ в десять раз быстрее, чем мог бы, по мнению астрономов.
Считается, что P13 в 15 раз меньше и в миллион раз ярче нашего Солнца. Она может поглотить своих спутников менее чем за миллион лет. Это очень быстро для светских данных. Эта крошечная черная дыра поглощает материальный эквивалент 10 миллиардов хороших сэндвичей или хот-догов каждую минуту. Астрономы шутят по этому поводу. Сория.
Как и Пельсар M82, P13 является очень ярким рентгеновским источником, который также разрушает предел Эддингтона. Астрономы пытаются выяснить, существует ли предел того, сколько может съесть черная дыра.
Сверхмассивных черных дыр может быть больше, чем мы думали
Черные дыры бывают разных размеров, от первобытных (например, размером с человека) до массивных (с более чем миллионом солнц, что соответствует размеру Солнечной системы). Там могут быть даже необычные гиганты — огромные черные дыры. Раньше считалось, что только крупные галактики могут иметь огромную черную дыру. Однако в начале 2014 года астрономы обнаружили более 100 карликовых галактик с огромными черными дырами в центре. По сравнению с галактиками с 20-40 миллиардами звезд, галактики с d-звездами имеют всего несколько миллиардов звезд.
В сентябре 2014 года астрономы обнаружили огромную черную дыру в очень компактной галактике M60-UCD1, самой плотной из известных на сегодняшний день галактик. Если бы вы жили в M60-UCD1, вы бы увидели миллион звезд на ночном небе (видимых невооруженным глазом на Земле).
Черная дыра в центре нашей галактики имеет массу около 4 миллионов Солнц, но составляет менее 0,01% от общей массы галактики. Для сравнения, дыра в центре M60 -UCD1 является монстром с массой 21 миллион Солнц — 15% от общей массы галактики. Основываясь на этих выводах, некоторые астрономы считают, что это может быть остаток более крупной галактики, которая была разрушена в результате конкуренции со стороны других галактик. Поэтому центр может содержать много больших черных дыр.
Юные пожиратели массы
Квазары — это яркие центры наиболее удаленных галактик, видимых во Вселенной. Считается, что квазары — это сверхмассивные черные дыры с аккреционными дисками, которые излучают невероятно яркий рентгеновский свет. И они могут находиться на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Увидеть квазар — все равно что посмотреть на фотографию детского квазара.
Ученые давно считают, что черные дыры могут начинаться с 10 солнечных масс и быстро расти до миллиарда солнечных масс вскоре после Большого взрыва. При нормальных условиях газ движется по спирали к черной дыре, образуя аккреционный диск. Часть газа поступает внутрь, и этот процесс обычно замедляет рост черной дыры.
Ученые считают, что в молодой Вселенной поток газа был плотнее и холоднее, чем сегодня. Молодая черная дыра могла бы двигаться быстрее, постоянно меняя направление, как малыш Пакман, пожирая молодые звезды вокруг себя. Быстрое изменение направления может не замедлить ее рост, поскольку черная дыра поглощает материю непосредственно из потока плотного газа. Чем больше черная дыра, тем быстрее она насыщается. За относительно короткий период в 10 миллионов лет черная дыра может вырасти до массы, в 10 — 10 000 раз превышающей массу Солнца. После этого рост замедляется. Но дорога к миллиарду солнечных масс уже была проложена.
Черные дыры мешают образованию звезд
Ученые обнаружили, что гигантские черные дыры в зрелых галактиках могут замедлять рост молодых звезд, выплевывая частицы, излучающие радиоволны. Эти нагретые струи, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, действуют как выключатель, не давая газу в галактике остыть и сконденсироваться в новые звезды. Ученые не знают, почему черные дыры в центрах старых и часто эллиптических галактик начинают испускать эти частицы.
До недавнего времени ученые считали, что центральная черная дыра ответственна за «красные, мертвые галактики», состоящие только из старых звезд. Однако с тех пор было обнаружено несколько компактных, молодых галактик, которые преждевременно погибли. Эти молодые галактики сжимаются в регионах нашей галактики с относительно небольшой массой.
На основании своих исследований группа астрономов определила, что эти звезды ответственны за включение собственных выключателей в молодых галактиках. Взрыв звездообразующей активности начался, когда две богатые газом галактики столкнулись, в результате чего большое количество холодного газа попало в компактный центр сливающейся галактики. Энергия бешеной активности нейтрализовала весь оставшийся газ, потенциально отменив будущее звездообразование. Возможно также, что газ в этих галактиках просто стал слишком горячим, чтобы охладиться и сконденсироваться в новые звезды.
«Глаз Саурона» показал, что черные дыры весят больше
Астрономы теперь считают, что сверхмассивные черные дыры в центрах галактик весят на 40% больше, чем считалось ранее. Это также может объяснить, почему предел Эддингтона не работает в некоторых расчетах массы.
Ученые использовали земные технологии для измерения расстояния до галактики NGC 4151. Его активное ядро называется «Око Саурона». Это объясняется его сходством с одноименным объектом из фильма «Властелин колец». Предыдущие измерения расстояния Земли от NGC 4151, или, более точно, от ее центральной черной дыры, оценивались в 13-95 миллионов световых лет. С помощью телескопа Кек на Гавайях ему удалось достичь 90% точности. Черная дыра NGC 4151 активна, поглощает близлежащий газ и испускает рентгеновские лучи. Ультрафиолетовые лучи нагревают пыль вокруг черной дыры. Через 30 дней пыль начинает испускать инфракрасное излучение. Исходя из этого времени и скорости света, ученые рассчитали расстояние от черной дыры до пылесборника. Дальнейшие расчеты показали, что глаз Саурона находится на расстоянии примерно 62 миллионов световых лет. Основываясь на этих расчетах и методах, ученые теперь могут более точно рассчитать массу огромных черных дыр.
Объяснить полет шмелей
До недавнего времени исследователи гравитации в основном предполагали, что пространство-время не турбулентно. Однако это мнение оказалось ошибочным, когда ученые решили проверить, может ли гравитация вести себя как жидкость. Жидкости турбулентны при определенных условиях. Они могут крутиться и вертеться.
Ученые решили проверить этот случай на примере быстро вращающейся черной дыры. Пространство-время вокруг такой дыры менее вязкое, что увеличивает вероятность завихрений, как в случае с оптической жидкостью. Результаты удивили всех.
‘В последние годы у нас были серьезные сомнения в том, является ли гравитация турбулентной.
Вскоре новый детектор сможет обнаруживать рябь в космосе — волнообразные волны, которые ведут себя подобно океанским волнам, когда корабль плывет. В космосе гравитационная жидкость может пульсировать из-за мощных секулярных событий, таких как слияние двух черных дыр. Исследования могут также помочь изучить такие камешки на Земле, как физика ураганов, влияние ветра на аэропланы и полет слабых на первый взгляд пчел.
Криминальный секрет галактического центра
Некоторые астрономы считают, что в том, что пульсары превращаются в крошечные черные дыры в космосе, есть криминал. Они называют это «проблемой пропавшего пульсара». Как мы помним, пульсары — это нейтронные звезды (остатки звезд, слишком маленькие, чтобы стать черными дырами), которые испускают излучение от своих магнитных полюсов, как маяки. При таком обилии звезд в нашей галактике, по крайней мере, 50 мертвых звезд должны быть пульсарами в центре нашей галактики. Однако астрономам удалось найти только одну.
Существуют различные объяснения, но наиболее интересным является проблема черной материи. Как и черные дыры, темная материя невидима и может быть обнаружена только по ее гравитационному воздействию на другие объекты в пространстве.
Многие ученые предполагают, что гравитация плазы может притягивать определенные частицы темной материи, заставляя пульсар «расширяться» до таких размеров, что он коллапсирует в черную дыру. Пульсар становится настолько большим, что исчезает, оставляя дыру в организации пространства-времени.
Темная материя не может концентрироваться так плотно или так быстро в центре обычной звезды, — говорит ученый Джозеф Браманте. — Однако в пульсарах темная материя может скапливаться в двухметровый шар. Эти пули схлопываются в черную дыру, засасывая находящуюся в них пасту».
Некоторые виды темной материи могут также объединять материю и антиматерию в частицы. Эти частицы разрушаются вместе во время контакта. Ученые считают, что только асимметричные частицы темной материи (содержащие только материю или антиматерию) могут со временем накапливаться в ядре гранулы. Это может объяснить, почему пульсары не существуют в центрах наших галактик, поскольку галактические ядра содержат большие концентрации темной материи.
Вселенная могла родиться из четырехмерной черной дыры
Одна из основных проблем теории Большого взрыва заключается в том, что наша научно предсказуемая Вселенная возникла из уникальности, бесконечно плотной точки, где эти правила научной предсказуемости не работают. Физики просто не понимают уникальности. Они также не могут объяснить, что вызвало большой взрыв. Некоторые физики вообще не видят возможности того, что такой смешанный отический принцип мог бы породить Вселенную с относительно равномерной температурой.
Трое ученых из Института Периметра предложили новую теорию, которая математически верна и хорошо поддается проверке. Они утверждают, что наша Вселенная является результатом бурного запуска материала при гибели четырехмерной звезды, внутренний слой которой схлопнулся в черную дыру. В нашей вселенной трехмерная черная дыра имеет двухмерный горизонт событий и точку невозврата для того, что попадает в черную дыру.
Во вселенной с четырьмя пространственными измерениями четырехмерная черная дыра имеет трехмерный горизонт событий. Наша Вселенная — это материал, запущенный сверхновой звездой, который образует трехмерную мембрану вокруг трехмерного горизонта событий. Эта мембрана растет, и такое развитие называется секулярной экспансией. Наша трехмерная вселенная унаследовала бы однородность своей родительской четырехмерной вселенной, если бы последняя существовала в течение длительного времени. Если вы считаете эту теорию иррациональной, ученые в ответ уверяют вас, что они просто не понимают четырехмерную Вселенную. Возможно, дело в том, что наше трехмерное мышление — это лишь вершина айсберга реальности.
