Газ разорванный черной дырой нашей галактики – все о космосе

10 удивительных фактов о чёрных дырах • Фактрум

Большинство полагает, что открытие существования чёрных дыр — заслуга Альберта Эйнштейна.

Однако Эйнштейн закончил свою теорию к 1916-му году, а Джон Митчелл обдумывал эту идею ещё в далёком 1783-м. Она не нашла применения потому, что этот английский священник просто не знал, что с ней делать.

Митчелл начал разрабатывать теорию чёрных дыр, когда принял идею Ньютона, согласно которой свет состоит из маленьких материальных частиц, называемых фотонами.

Он размышлял о движении этих световых частиц и пришёл к выводу, что оно зависит от гравитационного поля звезды, которую они покидают.

Он пытался понять, что произойдёт с этими частицами, если гравитационное поле будет слишком большим, чтобы свет мог его покинуть.

Митчелл также является основателем современной сейсмологии. Он предположил, что землетрясения распространяются в земле подобно волнам.

2. Они действительно притягивают пространство вокруг себя

Попробуйте представить космос в виде резинового листа. Представьте, что планеты — это шарики, которые давят на этот лист. Он деформируется и больше не имеет прямых линий. Это создаёт гравитационное поле и объясняет, почему планеты движутся вокруг звёзд.

Если масса объекта возрастёт, то деформация пространства может стать ещё больше. Эти дополнительные возмущения увеличивают силу притяжения и ускоряют движение по орбите, заставляя спутники двигаться вокруг объектов всё быстрее и быстрее.

Например, Меркурий движется вокруг солнца со скоростью 48 км/с, в то время как орбитальная скорость звёзд неподалёку от чёрной дыры в центре нашей галактики достигает 4800 км/с.

Если сила притяжения достаточно сильна, то спутник сталкивается с большим по размеру объектом.

3. Не все чёрные дыры одинаковы

Мы обычно думаем, что всё чёрные дыры по сути одно и то же. Однако астрономы недавно выяснили, что их можно разделить на несколько разновидностей.

Есть вращающиеся чёрные дыры, черные дыры с электрическим зарядом и чёрные дыры, включающие черты первых двух. Обычные чёрные дыры возникают путём поглощения материи, а вращающаяся чёрная дыра образуется путём слияния двух таких дыр.

Эти чёрные дыры расходуют намного больше энергии из-за возросшего возмущения пространства. Заряженная вращающаяся чёрная дыра действует как ускоритель частиц.

Чёрная дыра, названная GRS 1915+105, находится на расстоянии около 35 тысяч световых лет от Земли. Она крутится со скоростью 950 оборотов в секунду.

4. Их плотность невероятно высока

Чёрным дырам необходимо быть чрезмерно массивными при невероятно маленьких размерах, чтобы создавать достаточно большую силу притяжения для сдерживания света. К примеру, если сделать чёрную дыру массой равной массе Земли, то получится шарик с диаметром всего 9 мм.

Чёрная дыра, масса которой в 4 миллиона раз превышает массу Солнца, может уместиться в пространство между Меркурием и Солнцем. Чёрные дыры в центре галактик могут иметь массу, превышающую массу Солнца от 10 до 30 миллионов раз.

Такая большая масса на таком маленьком пространстве означает, что чёрные дыры имеют невероятно большую плотность и силы, действующие внутри них, также очень сильны.

5. Они достаточно шумные

Всё, что окружает чёрную дыру, затягивается в эту бездну и одновременно с этим ускоряется. Горизонт событий (граница области пространства-времени, начиная с которой информация не может достичь наблюдателя из-за конечности скорости света; прим. mixstuff) разгоняет частицы почти до скорости света.

Во время пересечения материей центра горизонта событий возникает булькающий звук. Этот звук является преобразованием энергии движения в звуковые волны.

В 2003-м году астрономы с помощью космической рентгеновской обсерватории Чандра зафиксировали звуковые волны, исходящие от сверхмассивной чёрной дыры, находящейся на расстоянии 250 миллионов световых лет.

6. Ничто не может ускользнуть от их притяжения

Когда что-либо (это может быть и планета, и звезда, и галактика, и частица света) проходит достаточно близко от чёрной дыры, то этот объект неизбежно будет захвачен её гравитационным полем. Если что-то ещё воздействующее на объект, скажем, на ракету, сильнее силы притяжения чёрной дыры, то он сможет избежать поглощения.

До тех пор, конечно, пока оно не достигнет горизонта событий. Точки, после которой покинуть чёрную дыру уже невозможно. Для того, чтобы покинуть горизонт событий, необходимо развить скорость, большую чем скорость света, а это невозможно.

Это тёмная сторона чёрной дыры — если уж свет не может её покинуть, то мы никогда не сможем заглянуть внутрь.

Учёные полагают, что даже маленькая чёрная дыра разорвёт вас на куски задолго до того, как вы проскочите через горизонт событий. Сила притяжения тем больше, чем вы ближе к планете, звезде или чёрной дыре. Если вы летите к чёрной дыре вперёд ногами, то сила притяжения в ваших ступнях будет намного больше, чем в голове. Это и разорвёт вас на части.

7. Они замедляют время

Свет огибает горизонт событий, но, в конечном счете, он захватывается в небытие, когда проникает внутрь.

Можно описать то, что произойдёт с часами, если они попадут внутрь чёрной дыры и уцелеют там. По мере приближения к горизонту событий, они будут замедляться и в конце концов полностью остановятся.

Эта заморозка времени происходит вследствие гравитационного замедления времени, которое объясняется теорией относительности Эйнштейна. Сила притяжения в чёрной дыре настолько велика, что она может замедлять время.

С точки зрения часов, всё идёт нормально. Часы пропадут из поля зрения, в то время как свет от них будет ещё растягиваться.

Свет будет становиться всё более красным, длина волны будет увеличиваться и в итоге он выйдет за пределы видимого спектра.

8. Они являются совершенными производителями энергии

Чёрные дыры засасывают всю окружающую массу. Внутри чёрной дыры всё это прессуется настолько сильно, что пространство между отдельными элементами атомов сжимается, и в результате образуются субатомные частицы, способные вылетать наружу. Эти частицы вырываются из чёрной дыры благодаря линиям магнитного поля, пересекающим горизонт событий.

Выделение частиц создаёт энергию довольно эффективным способом. Преобразование массы в энергию этим путём в 50 раз намного более эффективно, нежели ядерный синтез.

9. Они ограничивают количество звёзд

Однажды известный астрофизик, Карл Саган, сказал: во Вселенной больше звёзд, чем песчинок на пляжах всего мира. Но похоже, что во Вселенной всего 1022 звезды.

Это число определяется количеством чёрных дыр. Потоки частиц, выпускаемые чёрными дырами, расширяются до пузырей, которые распространяются сквозь области формирования звёзд. Области формирования звёзд — это участки газовых облаков, которые могут охлаждаться и образовывать звёзды. Потоки частиц нагревают эти газовые облака и предотвращают появление звёзд.

Это означает, что существует сбалансированное соотношение между количеством звёзд и активностью чёрных дыр. Очень большое количество звёзд расположенных в галактике сделает её слишком горячей и взрывоопасной для развития жизни, однако слишком маленькое количество звёзд также не способствует возникновению жизни.

10. Мы состоим из одного и того же материала

Некоторые исследователи полагают, что чёрные дыры помогут нам при создании новых элементов, потому что они разбивают материю на субатомные частицы.

Эти частицы участвуют в образовании звёзд, что в свою очередь ведёт к созданию элементов тяжелее гелия, таких как железо и углерод, необходимых для образования твёрдых планет и жизни. Эти элементы входят в состав всего, что имеет массу, а значит и нас с вами.

Источник: www.mixstuff.ru

Источник: https://www.factroom.ru/facts/25727

6 удивительных фактов о чёрных дырах

Чёрные дыры, пожалуй, одно из самых удивительных и пугающих явлений в нашей Вселенной. Они возникают, когда термоядерное топливо в звёздах огромной массы полностью выгорает и реакция прекращается.

Звёзды начинают остывать, что приводит к уменьшению внутреннего давления и сжатию тела под действием гравитации, а потом этот объект начинает притягивать и другие объекты, помельче.

Эксперты полагают, что с чёрными дырами связано множество самых поразительных эффектов и явлений, многие из которых мы даже не можем себе вообразить.

Сила гравитации внутри чёрной дыры настолько велика, что оттуда не может вырваться даже свет, следовательно, дыра должна быть вообще неразличима на небе.

Но не стоит забывать, что кроме «горизонта событий», границы, после пересечения которой свет вырваться обратно уже не может, вокруг есть ещё много непоглощённых объектов.

Когда вращающаяся чёрная дыра поглощает облако межзвездного газа, вещество приближается к ней по спирали, закручиваясь, как вода, стекающая в сливное отверстие. И тогда эти объекты начинают светиться.

Загораются настоящие метеоры, потому что тонкий слой газа сжимается от резкого падения и неимоверно быстрого движения космических твёрдых тел и дополнительно нагревается от трения. Когда облако газа падает непосредственно в чёрную дыру, все частицы сжимаются и несутся к её центру, всё больше нагреваясь за счёт трения.

Частицы становятся настолько горячими, что не просто светятся ярким белым светом: они уже излучают в рентгеновском диапазоне, и 10% от их массы преобразуется в чистую энергию. Для сравнения: при взрыве боеголовки только 0,5% от их её массы конвертируется в энергию.

Понимаете? Чёрная дыра — это область, при попадании в которую даже мельчайших частиц выделяется в 20 раз больше энергии, чем при ядерном взрыве.

Чёрные дыры могут светиться настолько ярко, что побеждают собственную гравитацию. Сверхмассивная чёрная дыра может достигать предела Эддингтона, когда сила непрерывного излучения побеждает непреодолимое притяжение.

Излучение становится настолько интенсивным, что возникает настоящий звёздный ветер, за счёт чего часть притягивающего материала отталкивается.

Да-да: свет может быть настолько интенсивным, что вытолкнет себя даже из чёрной дыры.

Чёрные дыры создают самое мощное гравитационное ускорение. Кроме того, они — самые тяжёлые объекты во Вселенной. Соедините одно с другим — и получите мощнейший взрыв. Кстати, такое уже случалось, и не где-нибудь, а в нашей галактике.

Благодаря этим двум космическим взрывам в пространство устремилось колоссальное количество «пузырей», состоящих из частиц с высоким зарядом энергии. Средняя величина такого «пузыря» — 25 000 световых лет в поперечнике.

Пройдя через середину галактики, они стали больше похожи на «чешуйку», то есть, приобрели плоскую форму. Сейчас эти пузыри видны в большей части известного нам космоса и, вероятно, расширяются в течение уже миллионов лет.

Учёные полагают, что это космическое светопреставление было вызвано столкновением карликовой галактики с нашим Млечным Путём. В этот момент её центральная чёрная дыра столкнулась с нашим Стрельцом, А и была частично поглощена вместе, впрочем, со всей галактикой.

Правда, прежде чем быть окончательно «съеденной» местным сверхгигантом, чёрная дыра могла по спирали промчаться через нашу галактику.

Сейчас учёные ищут последствия этого столкновения — например, звёзды, вытолкнутые с нормальных орбит, или любые другие следы происшедшего.

Вышеупомянутые яркие чёрные дыры также известны как активные ядра галактик и квазаров. Они не просто яркие объекты — они могут быть в тысячи раз ярче, чем все остальные объекты галактики вместе взятые, поскольку эти объекты являются для них потенциальной «пищей». Они настолько яркие, что раньше мы ошибочно принимали их за звёзды.

Маленькую чёрную дыру может снабжать массой соседняя звезда, пойманная гравитационным полем дыры, но ещё не разобранная на мельчайшие частицы, чтобы быть поглощённой своей дырой окончательно.

Светящиеся чёрные дыры чрезвычайно полезны при создании карты Вселенной, поскольку благодаря им на небольших участках пространства концентрируется огромная энергия, и такие энергетические выбросы позволяют создать так называемые пространственные маркеры.

Разумеется, понять, что происходит за пределами видимого в наши телескопы космоса, мы не можем, и до недавнего времени предполагалось, что чёрные дыры — явление довольно редкое. Однако недавно выяснилось, что почти каждая галактика имеет в центре сверхмассивную чёрную дыру.

Читайте также:  Как найти созвездие и туманность ориона на небе - все о космосе

Получается, что на сегодняшний день нам известно 25 млн чёрных дыр.

В 1974-м году Стивен Хокинг описал гипотетический процесс испускания разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов, чёрной дырой. Процесс получил название «излучение Хокинга».

Идея в том, что Вселенная постоянно порождает пары вида «частица-античастица». Они получают энергию для существования и сразу же аннигилируют друг с другом в результате взрыва гамма-излучения, которое возвращает энергию обратно. Весь процесс происходит настолько быстро, что принцип неопределенности Гейзенберга не может его учитывать.

Но если эти виртуальные пары частица-античастица возникают на краю горизонта событий, то одна из них поглощается чёрной дырой, а другая может продолжать свободно существовать.

Излучение Хокинга подразумевает, что горизонт событий состоит из смеси 50/50 материи и антиматерии, что, согласитесь, добавляет Вселенной некоторой взрывной красоты.

Теория звучала бы как бред, если бы не была создана одним из умнейших людей на планете: Стивен Хокинг продолжает работать над обнаружением этих частиц и подтверждением своей гипотезы.

По закону сохранения энергии за всё рано или поздно приходится платить, даже если «должником» является чёрная дыра, которая должна как-то компенсировать получаемую извне энергию.

Для больших чёрных дыр это не проблема: излучение Хокинга слишком незначительно по сравнению с поглощаемым ими количеством космического вещества.

А вот малые чёрные дыры вполне могут излучать энергии больше, чем потребляют.

Если же чёрная дыра потребляет меньше материи, чем испускает, это в конечном счёте может означать её гибель: в итоге она просто взорвётся. Но не волнуйтесь — такая чёрная дыра слишком мала, чтобы её взрыв мог нанести галактике серьёзный ущерб.

Все знают, что чёрные дыры поглощают любое вещество, попадающее в их гравитационное поле. Однако мало кому известно, что они могут ещё и испускать гигантские лучи энергии, похожие на выстрел из космической пушки. Эта струя энергии размером сопоставима с галактикой M 87 — одной из крупнейших и ближайших галактик к нам. То есть, такой луч — это струя плазмы длиной 5 000 световых лет.

В то время как чёрная дыра поглощает вещество, она также выстреливает поляризованными протонными пучками со скоростью, близкой скорости света. Причины явления пока находятся на стадии изучения, но уже известно, что процесс осуществляется с помощью поворотного электромагнетизма и звёздной гидродинамики, что способствует «пробиванию» отверстий в ткани пространства-времени.

На фотографии вы видите парную галактику 3C321, откуда вырывается плазменный луч. В левой нижней галактике розового цвета чёрная дыра в центре расположена таким образом, что струя из неё попадает в синий радиоволновой спектр.

Это означает, что космические гамма-лучи, рентгеновские лучи и релятивистские частицы отбросило на расстояние 20 000 световых лет от галактик.

Розово-синее яркое пятно — это место, где струя нанесла галактике крупный ущерб, уничтожив на своём пути те планеты и звёзды, которые могли там находиться.

Эту чёрную дыру называют «Звездой смерти» потому что, даже если вы учёный, привыкший относиться к звёздным взрывам как к рядовым событиям, когда такое происходит в реальности, а не в фантастическом фильме, то поражает воображение намного больше.

Источник: https://www.publy.ru/post/503

Черная дыра в центре Млечного Пути уснула 6 миллионов лет назад

В настоящее время сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути дремлет, лишь изредка прихлебывая маленькими глотками водород. Но так было не всегда.

Новое исследование показывает, что 6 миллионов лет назад, когда первые предки человека ходили по Земле, ядро нашей Галактики в одно мгновение разразилось яркой вспышкой.

Доказательство этой активной фазы пришло в процессе поиска пропавшей массы Млечного Пути.

Измерения показывают, что наша Галактика имеет массу около 1-2 триллионов Солнц. Примерно пять шестых присутствует в виде невидимой таинственной темной материи.

Оставшаяся одна шестая, или 150-300 миллиардов солнечных масс, составляет нормальная материя. Однако, если подсчитать все звезды, газ и пыль мы получим только около 65 миллиардов солнечных масс.

Остальная часть нормальной материи –  вещества из нейтронов, протонов и электронов – казалось, отсутствует.

«Мы играли в космические прятки, пытаясь понять, где же прячется недостающая масса? Проанализировав архивные рентгеновские наблюдения космического телескопа «XMM-Newton», мы обнаружили, что отсутствующая масса пронизывает нашу Галактику в виде тумана, разогретого до миллионов градусов. Этот туман поглощает рентгеновские лучи от более далеких фоновых источников», – говорит Фабрицио Никастро, ведущий автор исследования из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США).

Астрономы использовали величину поглощения, чтобы подсчитать, сколько нормальной материи находилось там и как она была распределена.

Применив компьютерное моделирование, ученые выяснили, что в центре нашей Галактики есть «пузырь» из разреженного горячего газа, который простирается на две третьи расстояния от центра до Земли.

 Массы этого газа и других скоплений горячей материи над и под Галактикой как раз хватает для того, чтобы покрыть разницу между наблюдениями и расчетами.

Для создания такого пузыря требуется огромное количество энергии, которая, по мнению ученых, пришла из центральной черной дыры.

В то время как некоторый падающий газ дыра поглотила, другой она раскидала со скоростью около 1000 километров в час.

 Шесть миллионов лет спустя ударная волна, созданная яростной вспышкой, пересекла границу в 20 000 световых лет. В то же время черная дыра «ушла в спящий режим».

Это сценарий подтверждается наличием звезд вблизи центра Млечного Пути, возраст которых составляет примерно 6 миллионов лет. Астрономы считают, что они родились из материала, который когда-то падал в черную дыру.

Результаты исследования будут представлены в Astrophysical Journal.

Источник: https://in-space.ru/chernaya-dyra-v-tsentre-mlechnogo-puti-usnula-6-millionov-let-nazad/

Черная дыра в центре галактики дважды «выплюнула» газ

SDSS J1354+1327 в рентгеновском и оптическом диапазоне Hubble telescope, NASA

Астрономы обнаружили, что черная дыра в центре галактики J1354, удаленной от нас на 800 миллионов световых лет, дважды «выплюнула» падающий на нее газ. Такое необычное поведение можно объяснить столкновением с другой галактикой, сообщается в статье в журнале The Astrophysical Journal.

Некоторые черные дыры в центрах галактик активно поглощают окружающую их материю. Однако даже у них есть предел «аппетита», который не позволяет им поглотить все вещество сразу, поэтому они ускоряют его и отбрасывает на расстояние, порой достигающее десятков тысяч световых лет.

В то же время, около 90 процентов самых крупных черных дыр, известных науке сегодня, являются «спящими», то есть не производят активного поглощения материи. Однако иногда они способны пробуждаться — например, когда рядом с ними проходит звезда.

Тогда приливные силы черной дыры разрывают небесное тело, и она снова начинает «поедать» материю, что сопровождается мощной вспышкой.

Одну из таких вспышек в рентгеновском диапазоне зарегистрировал телескоп «Чандра». Сопоставление с данными «Хаббла» показало, что она исходит из центра галактики SDSS J1354+1327 (или J1354), в котором, очевидно, находится гигантская черная дыра, по массе превосходящая Солнце в миллионы или даже миллиарды раз. Также выяснилось, что компактный объект окружен большой завесой из пыли и газа.

Анализ показал, что в прошлом на сверхмассивную черную дыру упало большое количество газа, что спровоцировало выброс потока высокоэнергетичных частиц.

Затем истечение прекратилось, но снова продолжилось спустя 100 тысяч лет. По словам ученых, это важное доказательство того, что черные дыры могут «включаться» и «выключаться» даже в короткие по космическим меркам сроки.

Для сравнения, возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет.

Два выброса вещества, объясняют исследователи, были вызваны столкновением с соседней галактикой, которая сейчас связана с J1354 потоком звезд и газа. Сгустки материала из галактики-компаньона достигли достигли центра J1354 и были поглощены сверхмассивной черной дырой. 

Данные телескопов «Хаббл», Keck и APO показывают, что один поток высокоэнергетических электронов, которые были оторваны от своих атомов, простирается на расстояние около 30 тысяч световых лет от галактического центра.

С обратной стороны исследователи обнаружили признаки ударной волны, которые удалены от центральной черной дыры на три тысячи световых лет.

По мнению исследователей, этот следы выброса, который произошел около 100 тысяч лет назад, когда черная дыра поглощала другой сгусток газа.

Аналогичное событие когда-то могло случиться и в Млечном пути. Несколько лет назад астрономы зарегистрировали два излучающих в рентгеновском, гамма и радиодиапазоне пузыря, простирающихся на 25 тысяч световых лет к югу и к северу от центра нашей галактики. По мнению исследователей, это может быть “эхом” поглощения газа центральной черной дырой. 

Кристина Уласович

Источник: https://nplus1.ru/news/2018/01/12/supermassive-black-holes

10 сюрпризов, которые нам преподнесли черные дыры

Черная дыра — это огромное количество материи, втиснутой в крошечную область, с огромнейшим гравитационным притяжением, не соответствующим размерам этой области. Многие черные дыры образуются, когда гигантские умирающие звезды коллапсируют. Эти пожиратели всего и вся обладают таким мощным притяжением, что даже свет не может покинуть определенные пределы дыры. Так считают ученые.

Представьте себе это так. Если бы Земля стала черной дырой (этого, конечно, не произойдет), она весила бы столько же, но по размерам была меньше глазного яблока. При этом это глазное яблоко обладало бы таким же гравитационным притяжением, и Луна вращалась бы на его орбите.

Вы не можете увидеть черную дыру напрямую, потому что границу вокруг ее чрева (горизонт событий) не дает свету вернуться. Но невидимый ветер сгибает и раскачивает деревья — мы знаем, что черные дыры существуют, поскольку видим эффекты, которые они проявляют на свое окружение.

Не все ученые верят в черные дыры. Но те, кто верят, не перестают удивляться.

Наши предки могли видеть черную дыру Млечного Пути

Около двух миллионов лет назад в центре нашей галактики появилась сверхмассивная черная дыра, озарив все вокруг радиационным светом. На тот момент человек только встал на задние ноги и научился ходить прямо. Наши предки могли видеть луну из света в южной части неба, яркое пятно.

Наша черная дыра Sagittarius A* сейчас ведет себя тихо. Но тогда она была активным галактическим ядром, выбрасывающим энергию, которая затмевала все остальное.

Причиной этого была «кормежка» черной дыры, ее гравитационная тяга привлекала материю, образующую диск, который нагревался и светился.

Если диск состоит из гигантского количества материи, два ярких джета (потока) высокоэнергетических частиц будут излучаться из черной дыры, перпендикулярно ее вращению.

Астрономы разработали теорию активного галактического ядра в 2010 году, когда наткнулись на два пузыря Ферми, растянувшихся на 25 000 световых лет над и под нашей галактикой. Ученые считают, что джеты активного ядра галактики могли создать эти пузыри от одного до трех миллионов лет назад.

Читайте также:  Биография яна гевелия - все о космосе

Наши далекие предки могли наблюдать свет черной дыры несколько тысяч лет. Крис Стрингер, антрополог, считает, что это «было начало рода Homo. Инструменты из камня уже начали делать, но мозг только начал увеличиваться».

Если Sagittarius A* снова станет активным галактическим ядром, мы можем получить собственное светопредставление в ночном небе.

Не только черные дыры являются мощными источниками энергии

На протяжении многих лет многие ученые считали, что чрезвычайно яркие рентгеновские источники, известные как ультраяркие источники рентгеновских лучей (ULX), возникают, когда черные дыры пожирают звезды или другую материю.

Когда мощная гравитация черной дыры притягивает газ ближайшей звезды, газ закручивается в спираль и образует диск аккреции вокруг черной дыры.

Как вода закручивается, прежде чем уйти в водопровод, газ сильно ускоряется, нагревается до чрезвычайно высоких температур и начинает излучать рентгеновский свет во всех направлениях. Чем больше черная дыра «кушает», тем ярче этот свет.

Такой была теория. Но потом в ближайшей галактике M82 астрономы случайно обнаружили источник ULX, который пульсирует, излучая яркие рентгеновские лучи, которые попадают на Землю каждые 1,37 секунд, словно свет маяка. Проблема в том, что черные дыры не пульсируют. Пульсары пульсируют.

Пульсар — это вращающаяся нейтронная дыра (остатки умирающей звезды, которая была недостаточно большой, чтобы стать черной дырой), которая излучает рентгеновский свет в магнитных полюсах.

Тем не менее пульсар в галактике M82 был в 100 раз ярче, чем позволяла его масса, если руководствоваться физическим пределом Эддингтона. Он не должен был быть источником ULX.

Грубо говоря, пульсар обладал мощностью черной дыры при гораздо меньшей массе. Такой себе эквивалент черной дыры на диете.

Теперь астрономы должны пересмотреть другие источники ULX и проверить, пульсируют ли они. Получается, не каждый источник ULX — черная дыра.

Прожорливее, чем можно представить

До недавнего времени ученые думали, что размер черной дыры определяет максимальную скорость, с которой она поглощает и производит свет (вышеупомянутый предел Эддингтона).

Пока не обнаружили P13, черную дыру в галактике NGC7793, которая вращается вокруг сверхгигантской звезды, пожирая ее.

При этом P13 пожирает газ своего компаньона в 10 раз быстрее, чем было возможно по мнению астрономов.

P13, как полагают, в 15 раз меньше нашего Солнца, но в миллион раз ярче. Она может поглотить своего спутника меньше чем за миллион лет, что достаточно быстро по меркам космоса.

Эта маленькая черная дыра поглощает материю, эквивалентную сотне миллиардов хороших бутербродов или хот-догов, каждую минуту.

По этому поводу астрономы шутят: «Как показал легендарный поедатель хот-догов Такеру Кобаяши [очень худой парень], размер не всегда имеет значение в мире поедания на скорость, и даже небольшая черная дыра может поглощать газ с невероятной скоростью», — Роберто Сориа.

Как и пульсар M82, P13 является ультраярким источником рентгеновского излучения, который также нарушает предел Эддингтона. Астрономы пытаются понять, есть ли вообще какое-либо ограничение того, как много может съесть черная дыра.

Сверхмассивных черных дыр может быть больше, чем мы думали

Черные дыры бывают разных размеров, от первичных (размером с атом, например) до сверхмассивных (с массой больше миллиона солнц, упакованных до размера солнечной системы). Могут быть даже редкие гиганты — ультрамассивные черные дыры.

Когда-то думали, что только в крупных галактиках могут быть массивные черные дыры. Но в начале 2014 года астрономы обнаружили более сотни карликовых галактик со сверхмассивными черными дырами в центре.

По сравнению с Млечным Путем, в котором 200-400 миллиардов звезд, в карликовой галактике может быть всего несколько миллиардов звезд.

В сентябре 2014 года астрономы нашли сверхмассивную черную дыру в сверхкомпактной карликовой галактике M60-UCD1, самой плотной из известных сегодня галактик. Если бы вы жили в M60-UCD1, вы видели бы миллион звезд в ночном небе (на Земле невооруженным глазом можно увидеть только около 4000).

Хотя масса черной дыры в центре Млечного Пути — около четырех миллионов солнечной, на нее приходится меньше 0,01% общей массы нашей галактики. По сравнению с ней, дыра в центре M60-UCD1 просто монстр, массой в 21 миллион солнц — 15% от общей массы галактики.

На основе этих выводов некоторые астрономы полагают, что множество компактных карликовых галактик могут быть останками крупных галактик, которые были разорваны на части, столкнувшись с другими галактиками.

Поэтому в их центрах может быть множество сверхмассивных черных дыр.

Юные пожиратели массы

Квазары — это яркие центры большинства удаленных галактик, которые мы можем видеть во Вселенной.

Полагают, что они представляют собой сверхмассивные черные дыры с дисками аккреции, излучающими невероятно яркий рентгеновский свет. Квазары могут светить в триллионы раз ярче нашего Солнца.

И могут быть за миллиарды световых лет от Земли. Смотреть на квазар — это как смотреть на его детский снимок.

Ученые долго думали над тем, как черная дыра могла начать с 10 солнечных масс и быстро вырасти до миллиарда солнечных масс вскоре после Большого Взрыва. При нормальных условиях газ по спирали стягивается к черной дыре, образуя диск аккреции. Некоторое количество газа стекает внутрь, но обычно есть процессы, которые замедляют рост черной дыры.

Ученые считают, что в юной Вселенной были поток холодного газа, более плотные, чем сегодня. Юная черная дыра могла двигаться быстрее, постоянно меняя направление, подобно младенцу Pac-Man, пожирая юные звезды вокруг.

Быстрые изменения направления могли привести к тому, что черная дыра поглощала материал прямо из плотных газовых потоков так быстро, что ее рост не замедлялся. Чем старше становилась черная дыра, тем быстрее она насыщалась.

В пределах относительно недолгих 10 миллионов лет, черная дыра могла вырасти с 10 солнечных масс до 10 000. Затем рост замедлился. Но путь к массе в миллиард солнечных масс был уже проложен.

Черные дыры мешают образованию звезд

Ученые обнаружили, что массивные черные дыры в зрелых галактиках могут мешать развитию юных звезд, извергая частицы, испускающие радиоволны.

Путешествуя почти с околосветовой скоростью, эти нагретые джеты действуют как выключатели, не давая газу в галактике охлаждаться и конденсироваться в новые звезды.

Ученые не знают, почему центральные черные дыры в старых и часто эллиптических галактиках начинают испускать эти частицы.

До недавнего времени ученые полагали, что центральные черные дыры виноваты в наличии «красных и мертвых галактик», состоящих только из старых звезд. Но затем они обнаружили несколько компактных и юных галактик, которые умерли преждевременно. Эти юные галактики обладают массой Млечного Пути, втиснутой в относительно небольшую площадь.

На основе своих исследований команда астрономов решила, что эти звезды ответственны за активацию собственного выключателя в юных галактиках.

Вспышка звездообразующей активности началась со столкновения двух богатых газом галактик, которые привезли много холодного газа в компактный центр слияния галактик.

Затем энергия бешеной активности могла выбить весь оставшийся газ, что привело к отмене будущего образования звезд. Также возможно, что газ в этих галактиках просто стал слишком горячим, чтобы охладиться и сконденсироваться в новые звезды.

«Глаз Саурона» показал, что черные дыры весят больше

Сейчас астрономы думают, что сверхмассивные черные дыры в центрах галактик весят на 40% больше, чем предполагалось изначально. Это также может объяснить, почему предел Эддингтона не работает в некоторых расчетах массы.

Ученые использовали наземную технику для измерения дистанции до галактики NGC 4151, активное ядро которой называют «Глазом Саурона», поскольку оно похоже на одноименный объект из фильма «Властелин колец».

Прежнее измерение расстояния от Земли до NGC 4151, точнее до ее центральной черной дыры, оценивалось в 13-95 миллионов световых лет. С помощью телескопов Кека на Гавайях удалось добиться 90-процентной точности измерений. Черная дыра NGC 4151 активна, поглощает ближайший газ и испускает рентгеновский свет.

Ультрафиолетовое излучение нагревает диск пыли, вращающийся вокруг черной дыры. Через 30 дней пыль начинает излучать инфракрасную радиацию. На основе этого времени и скорости света ученые рассчитали расстояние от черной дыры до пылевого диска.

Дальнейшие расчеты показали, что до «Глаза Саурона» приблизительно 62 миллиона световых лет. На основе этих расчетов и техники ученые теперь могут более точно вычислить массу сверхмассивных черных дыр.

Объяснить полет шмелей

До недавнего времени исследователи гравитации в большинстве своем предполагали, что пространство-время не может быть турбулентным. Но это мнение оказалось ошибочным, когда ученые решили проверить, может ли гравитация вести себя подобно жидкости. При определенных условиях жидкости турбулентны. Они могут закручиваться и завихряться.

Ученые решили проверить свою догадку на примере быстровращающейся черной дыры. Пространство-время вокруг такой дыры менее вязкое, что увеличивает шанс на появление турбулентности, по аналогии с любой легкой жидкостью. Результаты удивили всех.

Очень скоро новые детекторы позволят фиксировать гравитационные волны, рябь в пространстве-времени, которая ведет себя подобно волнам в океане, когда по нему плывет корабль.

В космосе гравитационная жидкость может покрываться рябью вследствие мощных космических событий вроде слияние двух черных дыр.

Также эти исследования могут помочь в исследовании турбулентности на Земле — включая физику ураганов, влияние ветра на самолеты и совершенно невозможного на первый взгляд полета шмелей.

Криминальный секрет галактического центра

Некоторые астрономы полагают, что в космосе есть что-то криминальное в превращении пульсаров в небольшие черные дыры. Они называют это «проблемой недостающих пульсаров».

Как мы помним, пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды (остатки звезды, которая была слишком маленькой, чтобы стать черной дырой), которые испускают радиацию с магнитных полюсов, подобно маяку.

Читайте также:  Космическая катастрофа: главная угроза земле - все о космосе

С таким обилием звезд в нашей галактике хотя бы 50 мертвых звезд должны стать пульсарами в центре Млечного Пути. Но астрономы смогли найти только один.

Есть несколько возможных объяснений, но самое интересное включает черную материю. Как и черные дыры, темная материя невидима и может быть зафиксирована только по гравитационному влиянию на другие объекты в космосе.

Несколько ученых предположили, что гравитация пульсара может притягивать определенных частицы темной материи, в результате чего пульсар «разбухает» до такого размера, что коллапсирует в черную дыру. Пульсары становятся настолько большими, что пробивают дыру в ткани пространства-времени и исчезают.

Некоторая темная материя также может совмещать материю и антиматерию в частице. Такие частицы уничтожают друг друга при контакте.

Ученые считают, что только асимметричные частицы темной материи (содержащие только материю или антиматерию) могут накапливаться в ядре пульсара с течением времени.

Поскольку в галактических ядрах присутствует большая концентрация темной материи, это может объяснить, почему пульсаров недостает в центре нашего Млечного Пути.

Вселенная могла родиться из четырехмерной черной дыры

Одна из больших проблем, связанных с теорией Большого Взрыва, заключается в том, что наша научно предсказуемая Вселенная произошла из сингулярности, бесконечно плотной точки, для которой эти правила научной предсказуемости не работают. Физики просто не понимают сингулярности. Они не могут объяснить и что вызвало Большой Взрыв. Некоторые физики вообще считают маловероятным, что такое хаотичное начало произведет Вселенной с относительно однородной температурой.

Три ученых из Института Периметра предложили новую теорию, которая математически обоснована и вполне проверяема.

Они утверждают, что наша Вселенная стала результатом жестоко выброшенного материала в процессе смерти четырехмерной звезды, внутренние слои которой коллапсировали в черную дыру.

В нашей вселенной трехмерная черная дыра обладает двухмерным горизонтом событий, точкой невозврата для всего, что попадает в пределы черной дыры.

Во Вселенной с четырьмя пространственными измерениями четырехмерная черная дыра обладала бы трехмерным горизонтом событий. Наша вселенная, выброшенный материал сверхновой, образовала бы трехмерную мембрану вокруг трехмерного горизонта событий. Эта мембрана растет, мы называем этот рост космическим расширением.

Наша трехмерная вселенная должна была унаследовать однородность родительской четырехмерной вселенной, если последняя существовала бы долгое время. Если мы считаем эту теорию абсурдной, ученые парируют, уверяя нас в том, что мы просто не понимаем четырехмерную вселенную.

Возможно, наше трехмерное мышление представляет собой только верхушку айсберга реальности.

По материалам listverse.com

Источник: https://econet.ru/articles/64308-10-syurprizov-kotorye-nam-prepodnesli-chernye-dyry

Черные дыры – коридоры времени

Черная дыра — область пространства‑времени, которую ничто, даже свет, не может покинуть из‑за очень сильной гравитации.

  • Возможны ли космические путешествия через черные дыры?
  • Что случится с объектами, упавшими в черную дыру, включая космические корабли, или гравитационные силы разорвут корабль на части?
  • Можно ли надеяться, что пролетев сквозь дыру, корабль появится вновь из какой-то другой черной дыры? Возможно, они перейдут в собственную новорожденную вселенную, которая возникнет из нашей области Вселенной?
  • Как обнаружить черную дыру, если из нее не может выйти даже свет?

В центре нашей Галактики обнаружена огромных размеров чёрная дыраСтрелец А, предположительно, являющаяся центром, вокруг которого вращается Млечный Путь.

Масса этой сверхмассивной чёрной дыры в миллион раз превышает массу нашего Солнца. Возле неё найдена звезда, которая обращается вокруг чёрной дыры со скоростью, равной около 2% от скорости света, то есть быстрее, чем в среднем обращается электрон вокруг ядра в атоме.

По мнению некоторых учёных, чёрные дыры — вершина эволюции разума, а эзотерики полагают, что Стрелец А — это Бог.

Если бы пылевые облака не закрывали от нас центр галактики, то каждую ночь с Земли мы бы наблюдали огромный огненный шар в созвездии Стрельца, который затмил бы Луну и был бы самым ярким объектом ночного неба.

Черная дыра в центре Галактики имеет массу примерно в 2,5 млн. солнечных масс, её радиус составляет около 0,1 радиуса орбиты Меркурия. По галактическим меркам это не самая массивная черная дыра, в квазарах могут быть черные дыры в несколько миллиардов солнечных масс.

Следующая по близости к нам галактическая черная дыра находится в центре галактики Андромеда, самой близкой к Земле галактики, её масса составляет 30 млн. солнечных масс.

Все обнаруженные в космосе черные дыры стремительно вращаются; некоторые вращаются со скоростью около 1,6 млн. км/ч, что было вычислено при помощи космического телескопа Хаббл.

В самом центре можно наблюдать плоское округлое ядро, размеры которого зачастую составляют около светового года в поперечнике. Внутри этого ядра находится черная дыра.

«Необычность» чёрных дыр связана с тем, что у них нет поверхности, а есть так называемый «горизонт событий» — внешняя граница черной дыры, из-под которой ничто не может попасть обратно в нашу Вселенную.

Какова же природа возникновения черных дыробласти пространства-времени, откуда ничто не может улететь в бесконечность?

Вырабатывая ядерное топливо, звезда уже не может поддерживать внутреннее давление, и под действием собственной силы тяжести начинает сжиматься. По мере сжатия звезды, сила тяжести на ее поверхности становится все больше.

Когда радиус уменьшится до 30 км, необходимая для отрыва скорость достигнет скорости света300000 км/с, после чего никакой свет, испускаемый звездой, не сможет уйти в бесконечность, а будет притягиваться обратно гравитационным полем.

В результате, вокруг сколлапсировавшей звезды формируется область пространства‑времени, которую ничто не может покинуть. Эта область и есть черная дыра.

Согласно общей теории относительности в далеком прошлом должно было существовать состояние Вселенной с бесконечной плотностью — Большой Взрыв, который можно считать началом времени.

Если Вселенная снова сожмется, то в будущем ее должно ожидать другое состояние бесконечной плотности — «большое схлопывание», которое станет концом времени.

Даже если Вселенная в целом не сожмется, сингулярности должны возникнуть в ограниченных ее областях, что приведет к образованию черных дыр.

Пока обнаружено два типа черных дыр. Первый тип — черные дыры звездных масштабов. При образовании таких дыр гравитация разрушает умирающую звезду и та взрывается вовнутрь.

Черные дыры второго типа обнаружить намного легче.

У них галактические масштабы, они таятся в самом центре огромных галактик и квазаров, и их масса составляет от миллионов до миллиардов солнечных масс.

Учёные не знают, что происходит внутри черной дыры. Для уравнений общей теории относительности существуют решения, позволяющие упасть в черную дыру и выйти где-нибудь в другом месте из белой дыры.

Стивен Хокинг считает, что белая дыра – это пущенная вспять черная дыра, объект, из которого можно выйти, но в который нельзя попасть.

Белая дыра могла бы быть где-то в другой части Вселенной. Это дало бы возможность для быстрых межгалактических путешествий. Однако, эти путешествия могут оказаться слишком быстрыми. Если бы путешествие через черные дыры было возможно, то ничто не помешало бы нам вернуться назад еще до того, как мы оттуда отбыли.

Астрофизики полагают, что чёрные дыры являются коридорами времени.

Вокруг чёрной дыры образуется гравитационное поле, в котором объекты достигают скорости света.

Внутри чёрных дыр, время и пространство перестают функционировать и меняются местами, в результате чего путешествие в пространстве становится перемещением во времени.

Для астронавта, который падает в черную дыру и попадает в сингулярность, время заканчивается. По собственным часам падающий астронавт достигает сингулярности за конечное время.

Однако по отношению к внешнему миру его часы идут все медленнее и медленнее, и соответственно астронавту кажется, что события во внешнем мире протекают все быстрее и быстрее.

В итоге за время падения он успевает увидеть в ускоренном режиме все будущее Вселенной, даже если оно бесконечно.

Альберт Эйнштейн объяснил возможность существования пространственно-временных «порталов» в недрах черных дыр.

Физики называют эти порталы червоточинами, поскольку они создают более короткий альтернативный путь между двумя точками. Эти порталы также называют иногда порталами или «вратами» в другие измерения.

Когда-нибудь они могут стать средством путешествий между различными измерениями.

Согласно одной из гипотез, «первобытные» черные дыры являются останками Вселенной, существовавшей более 13 млрд. лет назад — до Большого взрыва. Ученые полагают, что эти дыры могли сохраниться, пережить Большой взрыв и образование новой Вселенной.

«Первобытная» черная дыра с массой миллиард тонн (масса горы Фудзи), размером примерно с протон, имела бы температуру около 120 млрд.

градусов Кельвина, что соответствует энергии в несколько десятков миллионов электрон-вольт.

Количество чёрных дыр во Вселенной может быть в два-три раза больше, чем предполагалось ранее. Учёные считают, что в них может существовать жизнь.

При помощи орбитальных космических телескопов Спитцер и Чандра астрономы обнаружили необычный космический регион, где на относительно небольшом расстоянии друг от друга находятся несколько сотен чёрных дыр.

Данный регион находится на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от Солнечной системы.

Одна из гипотез «конца света», который пророчат не только фантасты, но и ученые — нашу планету может поглотить черная дыра. Сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики удалось обнаружить вследствие исчезновения в ней межзвездной материи. Может ли черная дыра поглотить Солнечную систему? Вряд ли, ведь она расположена очень далеко.

Стивен Хокинг считает, что энергия Вселенной утекает не безвозвратно.

Рано или поздно процесс поглощения вещества «черными дырами» может прекратиться, и тогда начнется обратный процесс — выход энергии и вещества наружу.

Быть может, начиная с этого момента, время потечет вспять? Возможно, в будущем человечеству удастся увидеть чёрные дыры и заглянуть в центр Млечного пути?

Источник: https://zhitanska.com/content/chernye-dyry-koridory-vremeni/

Ссылка на основную публикацию