Горизонт событий + Космос

По всему миру прошло одновременно шесть больших пресс-конференций, где астрофизики сообщили о результатах работы международного проекта.

Один из руководителей проекта Лучано Реццол отметил, что полученное изображение подтверждает существование горизонта событий, то есть доказывает правильность общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Ученые объединили мощности восьми длинноволновых радиотелескопов в разных точках планеты в один большой радиотелескоп-интерферометр, поскольку сеть радиотелескопов лучше всего подходит для подобных наблюдений. Радиотелескопы находятся, в частности, во Франции, Чили, на острове Гавайи, Южном полюсе. Телескоп горизонта событий получил свое название в честь границы пространства-времени, которое окружает черную дыру и является так называемой точкой невозврата.

Куда смотрел телескоп

Чтобы исследовать окрестности сверхмассивных черных дыр в центрах каждой галактики, ученые направили сеть радиотелескопов на два объекта - Стрелец А*, компактный и яркий источник радиоизлучения, находящийся в центре нашей галактики Млечный Путь на расстоянии около 26 тыс. световых лет от Земли, и на еще одну черную дыру - в центре эллиптической галактики Messier 87 (M87) в созвездии Девы, она находится на расстоянии 55 млн световых лет от Земли. Черная дыра в галактике М87 примерно в 6,5 млрд раз тяжелее Солнца и в тысячу раз тяжелее Стрельца А*.

Непрерывные наблюдения продолжались в течение 10 суток в апреле 2017 года. Каждый из телескопов собрал по 500 ТБ информации. На расшифровку и анализ полученных данных у ученых ушло два года. При изучении результатов наблюдений ученые прибегли к помощи суперкомпьютеров в обсерватории Хайстак (Массачусетский технологический институт, США) и Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне (Германия).

Самым известным в массовой культуре изображением черной дыры стал образ Гаргантюа в фильме "Интерстеллар". За создание визуального образа черной дыры и его научную достоверность отвечал американский астрофизик Кип Торн, получивший Нобелевскую премию за открытие гравитационных волн. В киноленте изображение изобилует деталями и оптическими эффектами.

Считается, что черная дыра представляет собой объект с такой сильной гравитацией, что даже свет не может отдалиться от него на бесконечное расстояние и из черной дыры не может выбраться никакое тело. Концепция таких объектов связана с современным взглядом на гравитацию, общей теорией относительности Эйнштейна, и представлением тяготения в ней через искривление пространства-времени.

Что хотели узнать астрофизики

Предполагалось, что совместная работа телескопов поможет разглядеть тень черной дыры. Измерения позволят протестировать общую теорию относительности и получить очередное доказательство существования черных дыр. Черные дыры остаются гипотетическими объектами, но у астрономов не осталось сомнений в том, что они существуют. Уже получено большое количество косвенных свидетельств их существования, начиная от наблюдений тесных двойных систем и до гравитационных волн. Первое научно обоснованное изображение черной дыры получил французский астрофизик Жан-Пьер Люмине в 1979 году.

Однако непосредственных наблюдений черных дыр до сих пор не существовало - черные дыры невелики, но при этом сильно удалены.

Ученые также хотели выяснить, почему одни черные дыры являются центрами колоссальных источников излучения - квазаров, в то время как другие, в том числе Стрелец A*, ведут себя спокойно. Кроме этого, детальные наблюдения помогут проверить экзотические гипотезы, например гипотезу о кротовых норах.

Источник

Конечно, мы не знаем наверняка до самого пресс-мероприятия. Но здесь есть большая подсказка: согласно предварительному заявлению, исследователи будут обсуждать «первую информацию, полученную из горизонта событий».

В течение многих лет телескоп Event Horizon смотрел в самое сердце Млечного пути, пытаясь получить фотографию местоположения Стрельца А*, центральной сверхмассивной черной дыры нашей галактики. Это немалый подвиг: сами черные дыры в буквальном смысле невидимы — они поглощают все электромагнитное излучение, что означает, что ни один из наших телескопов — радио, рентгеновский, оптический — не может их обнаружить.

Вот почему мы никогда не видели ни чего подобного. Но теоретически возможно увидеть горизонт событий — точку за пределами черной дыры, хотя и нелегко. Пространство-время вокруг черной дыры ведет себя странно; кроме того, Стрелец A* окутан густым облаком пыли и газа. Но это не останавливает ученых.

Телескопы по всему миру обратили свою объединенную мощь на выполнение задачи, собрав столько данных, что единственный способ транспортировать все это было на жестких дисках, отправленных в самолетах. И сейчас исследователи должны были разобраться и проанализировать эти данные.

Теперь что-то наконец готово. 10 апреля 2019 года в 15:00 CEST (13:00 UTC, 9:00 EST) Европейская комиссия, Европейский исследовательский совет и проект Event Horizon Telescope (EHT) представят результаты, которые они называют «новаторскими». Как они отмечают, «из-за важности этого результата мы поощряем спутниковые мероприятия в разных государствах-членах ESO и за их пределами». 

Мероприятие будет транслироваться на канале

Источник 

Всепоглощающая область пространства-времени или портал между галактиками? В этой статье мы попробуем расширить представления в рамках Общей теории относительности Энштейна и немного пофантазируем. Все нормально, формул не будет.

Геометрическая теория гравитации

Уже прошло больше века с тех пор, как в 1915 году Альберт Эйнштейн предложил Общую теорию относительности. Чёрные дыры — одно из самых экстремальных предсказаний этой теории. Начнем с геометрической теории гравитации. Звучит сложно, но есть очень понятный пример:

Представьте себе резиновую плоскость. Вы кладете разные предметы — чем тяжелее предмет, тем больше прогнется плоскость, и возникнет ямка, а все объекты будут туда притягиваться. Если вы бросите какие-нибудь дополнительные шарики на плоскость, то они скатятся в ямку. Мы можем положить настолько большой объект, что он так сильно продавит плоскость, что возникнет область пространства, которая как бы «окуклится». Из нее наружу ничего выходить не будет. Вот это и есть, черная дыра в Общей теории относительности.

Горизонт событий

И так черная дыра — это область пространства. У нее нет поверхности, по ней нельзя постучать-походить, есть только горизонт, граница, отделяющая недра черной дыры от остального мира. В такой границе сигналы, распространяющиеся со скоростью света, полностью удерживаются тяготением и не могут уйти в бесконечность во внешнем пространстве. Граница возникает при гравитационном коллапсе, приводящем к образованию черной дыры, когда усиливающееся гравитационное поле перестаёт выпускать наружу даже лучи света. Эту границу обычно называют Горизонтом событий.

Горизонт событий будущего является необходимым признаком черной дыры как научно подтвержденного объекта. Горизонт событий так же называют сферой Шварцшильда она имеет характерный размер, называемый гравитационным радиусом.

Находясь под горизонтом событий, любое тело будет двигаться только внутри чёрной дыры и не сможет вернуться обратно во внешнее пространство. C точки зрения наблюдателя, свободно падающего в черную дыру, свет может свободно распространяться как по направлению к черной дыре, так и от неё. Однако после пересечения горизонта событий даже свет, распространяющийся от наблюдателя наружу, никогда не сможет выйти за пределы горизонта. Предмет, попавший внутрь горизонта событий, в конце концов попадает в сингулярность, а перед этим разрывается вследствие высокого градиента силы притяжения чёрной дыры.

Параметры черной дыры

Любая черная дыра для наблюдателя снаружи может быть описана всего тремя параметрами:

1. Масса

2. Электрический заряд — физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном. Сам фотон электрическим зарядом не обладает, но может взаимодействовать с другими фотонами путем обмена виртуальными электрон-позитронными парами. ( Квантовая теория поля )

3. Спин — собственный момент импульса атомного ядра или атома. ( Квантовая-механика )

Посмотрим на картинку.

В зелёной зоне существуют стабильные круговые орбиты и пребывание здесь безопасно.

В жёлтой зоне круговые орбиты нестабильны, и малейший манёвр двигателями может привести к падению в черную дыру, либо к вылету наружу.

В оранжевой зоне нет никаких круговых орбит, и если вы хотите оттуда выбраться, у вас есть единственный шанс — вовсю жечь свои ракеты.

Красная линия - это горизонт событий. Если вы пересечете ее, ничто уже не поможет выбраться обратно.

Чем ближе к сингулярности, тем сильнее на вас действуют приливные силы. Если мы падаем вниз ногами, то на них действует большая гравитационная сила, чем на голову, так что вас растягивает в вертикальном направлении. Примерно за секунду до сингулярности вас просто разорвет на части.

Излучение Хокинга

Черные дыры очень трудно открыть. Она дыра и она черная — собственно, что там можно увидеть? Единственный, сразу приходящий в голову способ — это излучение Хокинга. Черные дыры должны понемногу испаряться. Но это процесс очень медленный. Обычно процесс испарения черных дыр иллюстрируют таким образом. В вакууме постоянно рождаются пары частиц. Это ничему не противоречит. Вы как бы на короткое время берете взаймы энергию, рождаете пару частиц, а потом они аннигилируют.

Ну, представьте такую полукриминальную ситуацию: вы работаете в банке, и вы периодически берете деньги из кассы, а на следующий день возвращаете. Ничего не произошло, никто не знает — вы взяли на короткое время и вернули. А теперь представьте, что у вас есть рядом черная дыра. То есть, например, случился какой-то кризис: вы взяли деньги, а вернуть уже ничего не можете, у вас остался долг, и, значит, банк немножко испарился, — для внешнего наблюдателя это выглядит как испарение банка. Если есть черная дыра, рядом возникла пара частиц: одна упала в дыру, а другая улетела. Глядя на это с какого-то расстояния, мы просто увидим, что родилась частица и улетела. Единственный источник энергии для того, чтобы получить эту частицу, — это масса черной дыры. Таким образом, для внешнего наблюдателя масса дыры начинает уменьшаться.

Казалось бы, надо искать такое испарение черных дыр — вот вам и доказательство их существования! Но здесь, если мы к реалиям вернемся, проблема такова: в природе есть два основных типа черных дыр.

Типы черных дыр

Первый, самый известный — это черные дыры звездных масс, возникающие на финальных стадиях эволюции самых массивных звезд. Живет большая массивная звезда, она пережигает водород в гелий, гелий в углерод, азот, кислород, наконец, доходит до элементов группы железа. Дальше горение идти не может, и ядро схлопывается. Если это схлопывание ничем не остановить, образуется черная дыра. Типичная масса такого объекта раз в десять больше солнечной. Это массивная черная дыра, она испаряется очень медленно, вокруг постоянно летает какой-нибудь мусор, реликтовое излучение, и это все попадает в черную дыру, поэтому ее масса все-таки в среднем растет, испарение несущественно.

Второй тип черных дыр — это сверхмассивные объекты в центрах галактик. Есть два основных сценария их образования: или большие облака газа сразу схлопывались в дыры, а потом они постепенно росли, поглощая вещество из окружающего пространства; или самые первые звезды в конце своей жизни давали довольно большие, по сто-двести масс Солнца, черные дыры, и они становились зародышами для будущих сверхмассивных объектов. Естественно эти дыры испаряются крайне медленно, поэтому увидеть это фактически невозможно.

Заключение: У этой статьи есть видео версия. Подача в ней немного другая, больше сказал от себя.

Источники: Черные дыры, Гравитационный коллапс, Горизонт событий, Спин, FAQ: Гравитационные волны и черные дыры, Черные дыры и кротовые норы, Падаем в чёрную дыру, Черная дыра wiki, Горизонт событий wiki, Космологическая сингулярность wiki, Электрический заряд wiki.