Черные дыры - Эффект перетаскивание кадра - есть ли «не крошечный» пример?
Чёрные дыры не имеют физической поверхности, как звёзды и планеты. Вращение чёрной дыры, как и масса, является свойством пространства-времени. Вращение определяет, как пространство искажается вокруг чёрной дыры. Чтобы измерить вращение чёрной дыры, вам нужно изучить, как материя ведёт себя рядом с ней.
Пожиратель галактик
Фантазия на тему черных дыр
Интерес к науке
«Ближайшая к Земле чёрная дыра» оказалась не чёрной дырой
Ближайшая к Земле чёрная дыра оказалась вовсе не чёрной дырой. То, что учёные считали звёздной тройкой, – две звезды и чёрная дыра, – на самом деле является парой звёзд, находящихся на уникальной стадии эволюции.
Звёздная система HR 6819 содержит не чёрную дыру, как сообщалось ранее, а две голубые звезды, одна из которых выкачивает газ из другой
В мае 2020 года команда астрономов сообщила, что звёздная система HR 6819, вероятно, состоит из яркой массивной звезды, держащейся на узкой 40-дневной орбите с невидимой чёрной дырой и второй звездой, вращающейся на более дальнем расстоянии. Всё это происходит в 1 000 световых лет от Земли, что делает эту чёрную дыру ближайшей к нам. Однако в последующие месяцы другие команды астрономов проанализировали те же данные и пришли к другому выводу: в системе есть только две звезды и нет чёрной дыры.
Двойная звезда HR 6819 в созвездии Телескопа
Теперь первоначальная команда и одна из последующих групп объединили свои усилия и посмотрели на HR 6819 с помощью более мощных телескопов, которые собирают данные другого типа. Эти новые данные помогут обнаружить более мелкие детали на небе и позволят астрономам окончательно установить, сколько объектов находится в системе и к какому типу они относятся, – об этом сообщили команды в мартовском выпуске Astronomy & Astrophysics.
«В конечном счёте, именно двойная система лучше всего всё объясняет», – говорит астроном Эбигейл Фрост из Лёвенского католического университета в Бельгии.
Предыдущие наблюдения HR 6819 показывали систему как единое целое, поэтому астрономы не могли различить объекты в ней и их массы. Чтобы определить истинную природу HR 6819, Фрост и её коллеги обратились к VLT (Very Large Telescope), сети из четырёх телескопов в Чили, которые, по сути, могут «видеть отдельные звёзды».
Шуточное представление HR 6819 с чёрной дырой на основе старых данных
Учёные считают, что одна из звёзд представляет собой массивную ярко-голубую звезду, которая выкачивает материал из раздутой атмосферы звезды-компаньона. У этой звезды-компаньона осталось мало газовой атмосферы.
«Она уже прошла свой основной жизненный цикл, но поскольку внешняя оболочка была содрана, и вы видите только обнаженное ядро, её температура, светимость и радиус аналогичны молодой звезде», – говорит Карим Эль-Бадри, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс. Эль-Бадри не участвовал в новом исследовании, но в 2021 году предположил, что HR 6819 является двойной системой.
HR 6819
Цвет и яркость ядра этой перекачиваемой звезды могут обмануть астрономов, основывающихся на старых данных, и заставить думать, что это молодая звезда с огромной массой. Первоначально казалось, что эта звезда вращается вокруг чего-то массивного, но невидимого – чёрной дыры.
Астрономы в течение многих лет наблюдают двойные системы, в которых одна звезда активно перетягивает газ из другой, и они наблюдали системы, в которых звезда-донор представляет собой просто голое звёздное ядро. Но в HR 6819 звезда-донор перестала отдавать массу другой звезде. У неё всё ещё остаётся немного оболочки, но она быстро сжимается, превращаясь в остаточное ядро», – говорит Максвелл Мо из Университета Аризоны в Тусоне.
Эбигейл Фрост и её коллеги используют телескопы VLT в Чили для наблюдения за HR 6819 в течение года, чтобы точно отследить движение звёзд. «Мы хотим действительно понять, как работают отдельные звёзды в системе», – говорит она. Затем команда использует эту информацию в компьютерном моделировании эволюции двойных звёзд.
Телескопы VLT в Чили
«Здорово, что у нас теперь есть система, которую мы можем использовать в качестве краеугольного камня для более подробного исследования», – говорит Фрост.
А если вам интересно узнать больше о наблюдениях чёрных дыр, то рекомендуем посмотреть ролик Сергея Попова «Наблюдения за чёрными дырами».
Ссылка на Ютуб: https://youtu.be/9rnbXTnLlH8
__________________________________________________________________________________
Источник:
A. J. Frost et al. HR 6819 is a binary system with no black hole — Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy. Astronomy & Astrophysics. Vol. 659, March 2022, L3. doi: 10.1051/0004-6361/202143004
Астрофизические итоги 2021 года
Лекция состоялась в научно-популярном лектории центра "Архэ"(http://arhe.msk.ru) 21 января 2022 года.
Вероятно, прошедший 2021й год запомнится в первую очередь запуском JWST. Однако несмотря на пандемию продолжалась не только инженерно-техническая, но и научная работа, и было получено много интересных результатов. Выделить явных лидеров среди них оказалось непросто. Мы рассмотрим очень широкий круг вопросов, отражающих все основные направления в современной астрофизике. В этот раз будет меньше результатов, связанных с экзопланетами, зато больше касающихся звезд и гамма-всплесков. Традиционно мы поговорим о нейтронных звездах и черных дырах, но добавятся и белые карлики с рекордными параметрами. Как всегда много интересных результатов получено в области внегалактической астрономии, включая исследования сверхмассивных черных дыр, а вот космологические вопросы мы затрагивать практически не будем. Зато не забудем про быстрые радиовсплески, которые продолжают радовать нас новыми загадками.
Лектор: Попов Сергей Борисович, доктор физико-математических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, лауреат (2016 год) премии «За верность науке» Министерства образования и науки РФ в категории «Популяризатор года».
Что происходит внутри Черной дыры? Смогут рассказать квантовые компьютеры
Вычислительные возможности квантового компьютера могли бы теоретически привести к тому единственному ответу о том, что же там происходит внутри черной дыры.
Источник: https://www.sciencealert.com
Сфера Дайсона вокруг чёрной дыры: зачем её строить и как её найти
Сфера Дайсона это, наверное, одна из самых культовых космических конструкций. Простое упоминание о ней может привести в восторг как обычного любителя фантастики, так и серьезного энтузиаста технологий будущего.
Идея о возможности строительства такой мегаструктуры была впервые предложена в 1960 году американским физиком-теоретиком Фрименом Дайсоном. По задумке автора она должна представлять собой тонкую сферическую оболочку огромного радиуса вокруг центральной звезды и собирать ее энергию. И хотя данный гипотетический астроинженерный проект с тех пор носит имя своего автора, однако, по признанию самого Дайсона, идею сферы он позаимствовал из фантастического романа Олафа Стэплдона «Создатель звёзд».
Правда похожая идея встречалась в литературе и значительно раньше. Так Константин Циолковский в своей работе «Грёзы о Земле и небе» (1895, главы 37, 43) описал цепи и кольца космических поселений вокруг Солнца.
Дайсон, вероятнее всего, не был знаком с идеями Циолковского, но при этом и он исходил из того, что технологически развитая цивилизация может не только применять подобное сооружение для максимально возможного использования энергии центральной звезды, но и для решения проблемы жизненного пространства.
Не удивительно, что изящность этой идеи обусловила ее широкую популярность. Но не обошлось и без справедливой критики. И дело здесь не только в том, что с точки зрения перспективы развития наших даже самых передовых технологий, сфера Дайсона является, по сути, нереализуемым изобретением, но и в том, что даже обладай мы всеми необходимыми технологиями, встал бы вопрос целесообразности строительства такой конструкции.
Так, например, согласно теоретическим расчётам, для сооружения сферы Дайсона вокруг Солнца необходимо вещество массой порядка массы Юпитера.
Поэтому логично предположить, что для максимального использования энергетических ресурсов планетной системы, более эффективным способом получения энергии могло бы быть использование водорода из этого газового гиганта в термоядерном синтезе, чем сооружение из него конструкции для 100 % захвата энергии излучения центральной звезды.
Такой способ позволил бы добыть из Юпитера количество энергии, сопоставимое с энергией взрыва сверхновой звезды.
Запаса энергии Юпитера при таком способе извлечения энергии хватило бы почти на 300 млн лет.
Этот срок, вероятно, превосходит длительность «шкалы времени» любой развивающейся цивилизации.
Поэтому, с позиции скептиков, данные аргументы и безуспешность попыток обнаружения сфер Дайсона в наблюдаемой Вселенной являются одним из подтверждений парадокса Ферми.
Но возможно мы просто не там и не так ищем?
Совсем недавно исследовательская группа под руководством астронома Тайгера Ю-Янг Сяо из Национального университета Цин Хуа на Тайване решила радикально пересмотреть идею сферы Дайсона - в частности, исследователи задались вопросом: а возможно ли соорудить сферу Дайсона вокруг черной дыры, вместо того чтобы строить ее вокруг звезды основной последовательности?
Но тогда возникают и новые вопросы: Будет ли такая конструкция более эффективной с точки зрения потенциала собираемой энергии? Какой тип инопланетного сообщества смог бы осуществить подобное строительство? И способны ли мы обнаружить такую мегаструктуру с Земли?
В качестве исходного ученые с Тайваня сделали предположение, что технологически развитым инопланетным цивилизациям, достигшим в своем развития уровня 2-го или 3-го Типа по шкале Кардашева, понадобится более мощный источник энергии, чем их собственное солнце.
Но как быть с тем, что ничто не может избежать чудовищного гравитационного притяжения черной дыры?
Ученые предложили сосредоточить внимание на чрезвычайно энергоемких процессах за пределами горизонта событий, где вокруг черной дыры вращается с чрезвычайно высокой скоростью диск сверхгорячей материи.
Они рассмотрели шесть типов источников энергии: от космического микроволнового фона и излучения Хоккинга, до аккреции Бонди и релятивистских струй. Наибольшая светимость, по мнению исследователей, может быть получена с аккреционного диска, достигая мощности сотни тысяч Солнц, чего было бы достаточно для полного обеспечения энергетических потребностей цивилизации типа II по шкале Кардашева.
Более того, если сфера Дайсона собирает не только электромагнитное излучение, но и другие типы энергии (например, кинетическую энергию) от релятивистских струй, общая собранная энергия увеличится еще в пять раз.
Но как сконструировать сферу Дайсона вокруг объекта с такой чудовищной гравитацией и энергией?
Чтобы поглотить светимость аккреционного диска, возможной структурой должно быть кольцо Дайсона или Рой Дайсона, которые должны располагаться вне аккреционного диска. Чтобы высокая температура не расплавила структуру, оболочка сферы должна находится на расстоянии более тысячи радиусов Шварцшильда, который для вращающихся черных дыр несколько превышает радиус горизонта событий.
Но дело в том, что размер аккреционного диска для черной дыры звездной массы меньше размера Солнца, а это означает, что сфера Дайсона вокруг черной дыры звездной массы может быть даже меньше, чем та, которую пришлось бы строить вокруг Солнца.
С точки зрения релятивистских струй возможной формой сферы Дайсона является пузырь Дайсона. Уравновешивая давление и гравитацию черной дыры, легкий парус может быть неподвижным в космосе и может непрерывно собирать энергию от струй.
Одновременно световые паруса поглощают свет аккреционного диска.
По расчетам ученых, лучший способ разместить легкий парус - это расположить его близко к месту происхождения реактивных струй, что может сэкономить материалы для его создания.
По большому счету, тайваньские исследователи не ставили целью разработать конкретную технологию аккумулирования энергии черной дыры с помощью сферы Дайсона, поэтому о нюансах функционирования, например, принципе использования кинетической энергии или способе передачи собранной энергии можно только догадываться.
Основной задачей исследования было - определить возможность и способы обнаружения внеземных цивилизаций, которые имеют с одной стороны заинтересованность в строительстве таких мегаструктур, а с другой стороны имеют соответствующие технологические возможности.
Получается, что с учетом описанного энергетического потенциала, эффективность строительства сферы Дайсона вокруг черной дыры значительно выше, чем ее строительство вокруг звезды главной последовательности, при том, что затраты ресурсов на создание мегаконструкции могут оказаться даже значительно меньше. Ура, не надо демонтировать Юпитер!!!
Но раз высокая целесообразность серьезно повышает вероятность существования сфер Дайсона вокруг черных дыр, то возможно ли их обнаруживать с помощью имеющихся земных технологий?
Команда ученых рассчитала, что если бы такая технология существовала вокруг черной дыры звездной массы в нашей галактике, то мы смогли бы обнаружить ее излучение в ультрафиолетовых, оптических и инфракрасных длинах волн. Это возможно обнаружить с помощью большинства современных телескопов, таких как Хаббл, или крупномасштабных съемок, таких телескопов как Sloan Digital Sky Survey или Wide-field Infrared Survey Explorer.
Однако из-за того, что черные дыры испускают чрезвычайно много излучения, которое может заглушать сигналы от сферы Дайсона, ученые предлагают дополнить наблюдения, используя метод лучевых скоростей, которые используется астрономами для обнаружения экзопланет по малейшим гравитационным колебаниям их звезд.
Что же, выводы вполне обнадеживающие!
Правда с учетом того, что сфера Дайсона даже вокруг обычных звезд воспринимается как исключительно фантастическая технология, а само существование черных дыр до недавнего времени было исключительно теоретическим, да и сейчас еще окончательно не доказано, то вероятность обнаружения энергетической сферы вокруг черной дыры, которую построила более развитая цивилизация, является близкой к нулю.
Так что, если мы хотим узнать, как могла бы работать сфера Дайсона вокруг черной дыры, более перспективно построить ее самим.