Содержание
ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ • Большая российская энциклопедия
ЧЁРНЫЕ ДЫ́РЫ, общее название сколлапсировавших объектов, не имеющих материальной поверхности; их границей является горизонт событий. В рамках ньютоновской физики ранние идеи о существовании столь массивных или столь компактных объектов, что никакие тела и даже частицы света под действием гравитации не могут уйти далеко от их поверхности, относятся ещё к 18 в. [Дж. Мичелл (Англия), П. С. Лаплас]. Совр. взгляд на природу таких объектов возник с созданием общей теории относительности (ОТО). Первые работы по этому вопросу принадлежат К. Шварцшильду. Всплеск интереса к развитию физики Ч. д. (кон. 1950-х – нач. 1960-х гг.) был вызван работами амер. учёного Д. Финкельштейна. Термин «Ч. д.», по всей видимости, впервые использовала амер. журналистка Э. Эвинг в 1964; через неск. лет это словосочетание стало популярным благодаря амер.
физику Дж. Уилеру. В нач. 1970-х гг. термин стал общеупотребительным.
Прямого наблюдат. подтверждения существования Ч. д. нет, однако существует ряд астрономич. объектов, свойства которых наиболее точно описываются в рамках этой гипотезы. Кроме того, осн. теории гравитации предсказывают неизбежность формирования Ч. д. при определённых реалистичных условиях. В разных теориях гравитации свойства Ч. д. могут различаться. Наиболее распространённым является описание Ч. д. в рамках ОТО.
Согласно ОТО, внутри Ч. д. существует т. н. сингулярность, в которой кривизна пространства-времени и плотность материи формально достигают бесконечного значения. В случае невращающейся Ч. д. сингулярность является точкой в центре Ч. д.; всё попавшее в Ч. д. вещество оказывается в сингулярности. В случае вращающихся Ч. д. сингулярность имеет структуру бесконечно тонкого кольца, и при некоторых условиях частицы могут избежать попадания в неё.
В рамках ОТО Ч. д. описывается 3 параметрами: массой, моментом импульса и электрич. зарядом. Зарядом Ч. д., как правило, можно пренебречь, поскольку даже в случае возникновения заряженной Ч. д. приток частиц с зарядом противоположного знака быстро сделает макроскопич. объект электрически нейтральным. Размер Ч. д. прямо пропорционален её массе. При массе, равной 10 массам Солнца, радиус невращающейся незаряженной Ч. д. составляет ок. 30 км.
Осн. механизмы формирования Ч. д. в природе – астрофизические. Во-первых, это гравитационный коллапс ядер массивных звёзд на конечной стадии звёздной эволюции. В результате формируются Ч. д. с массами от нескольких единиц до нескольких десятков масс Солнца. Во-вторых, это коллапс облаков газа на ранней стадии формирования галактик, приводящий к появлению Ч. д. с массами свыше нескольких тысяч масс Солнца.
В дальнейшем они в осн. становятся сверхмассивными Ч. д. в ядрах галактик. Наконец, существует гипотетич. механизм формирования т. н. первичных Ч. д. в ранней Вселенной за счёт флуктуаций плотности.
Наблюдения Ч. д. связаны с проявлениями материи вне этих объектов. В первую очередь, это аккреция вещества на Ч. д. Кроме того, есть кандидаты в события гравитационного микролинзирования на одиночных Ч. д. звёздных масс. Особое место занимает регистрация гравитационно-волновых всплесков при слияниях Ч. д. В этом случае наблюдаются гравитационные волны, возникающие при сильных возмущениях метрики.
В 1974 С. Хокинг предположил, что Ч. д., с учётом квантовых эффектов, должна непрерывно испускать частицы (т. н. излучение Хокинга) и за счёт этого терять свою энергию и массу («испарение» Ч. д.). Прямым доказательством существования Ч.
д. стало бы обнаружение финальных (взрывных) стадий хокинговского испарения этих объектов.
На 2017 существует неск. десятков аккрецирующих компактных объектов в тесных двойных системах, наблюдаемых в рентгеновском диапазоне, которые являются надёжными кандидатами в Ч. д. Это связано в первую очередь с измерениями их масс, превосходящих предел устойчивости для нейтронных звёзд. Кроме того, спектральные и др. характеристики этих источников наилучшим образом описываются в модели Ч. д. Измеренные массы Ч. д. звёздных масс в осн. заключены в пределах от 5 до 15 масс Солнца.
Существует большое количество кандидатов в сверхмассивные Ч. д. Во-первых, феномен активных ядер галактик (квазары и др.) получает хорошую интерпретацию лишь в модели с Ч. д. Поэтому формально можно считать, что в каждой галактике с активным ядром находится сверхмассивная Ч.
д. Во-вторых, для некоторых центр. объектов галактик есть надёжные измерения масс и ограничения на размеры. Вместе эти характеристики чрезвычайно трудно проинтерпретировать, не прибегая к гипотезе Ч. д. Измерения масс сверхмассивных Ч. д. дают величины от нескольких тысяч (как правило, в карликовых галактиках) до примерно 20 млрд. масс Солнца.
Регистрация в сент. 2015 детекторами LIGO гравитационно-волнового сигнала дала новый аргумент в пользу существования Ч. д., поскольку форма зарегистриров. импульса соответствует ожидаемому от слияния двух Ч. д. с массами в неск. десятков масс Солнца.
| Адроны | |
| Альфа-распад | |
| Альфа-частица | |
| Аннигиляция | |
| Антивещество | |
| Антинейтрон | |
| Антипротон | |
| Античастицы | |
| Атом | |
| Атомная единица массы | |
| Атомная электростанция | |
| Барионное число | |
| Барионы | |
| Бета-распад | |
| Бетатрон | |
| Бета-частицы | |
| Бозе – Эйнштейна статистика | |
| Бозоны | |
| Большой адронный коллайдер | |
| Большой Взрыв | |
Боттом. Боттомоний | |
| Брейта-Вигнера формула | |
| Быстрота | |
| Векторная доминантность | |
| Великое объединение | |
| Взаимодействие частиц | |
| Вильсона камера | |
| Виртуальные частицы | |
| Водорода атом | |
| Возбуждённые состояния ядер | |
| Волновая функция | |
| Волновое уравнение | |
| Волны де Бройля | |
| Встречные пучки | |
| Гамильтониан | |
| Гамма-излучение | |
| Гамма-квант | |
| Гамма-спектрометр | |
| Гамма-спектроскопия | |
| Гаусса распределение | |
| Гейгера счётчик | |
| Гигантский дипольный резонанс | |
| Гиперядра | |
| Глюоны | |
| Годоскоп | |
| Гравитационное взаимодействие | |
| Дейтрон | |
| Деление атомных ядер | |
| Детекторы частиц | |
| Дирака уравнение | |
| Дифракция частиц | |
| Доза излучения | |
| Дозиметр | |
| Доплера эффект | |
| Единая теория поля | |
| Зарядовое сопряжение | |
| Зеркальные ядра | |
| Избыток массы (дефект массы) | |
| Изобары | |
| Изомерия ядерная | |
| Изоспин | |
| Изоспиновый мультиплет | |
| Изотопов разделение | |
| Изотопы | |
| Ионизирующее излучение | |
| Искровая камера | |
| Квантовая механика | |
| Квантовая теория поля | |
| Квантовые операторы | |
| Квантовые числа | |
| Квантовый переход | |
| Квант света | |
| Кварк-глюонная плазма | |
| Кварки | |
| Коллайдер | |
| Комбинированная инверсия | |
| Комптона эффект | |
| Комптоновская длина волны | |
| Конверсия внутренняя | |
| Константы связи | |
| Конфайнмент | |
| Корпускулярно волновой дуализм | |
| Космические лучи | |
| Критическая масса | |
| Лептоны | |
| Линейные ускорители | |
| Лоренца преобразования | |
| Лоренца сила | |
| Магические ядра | |
| Магнитный дипольный момент ядра | |
| Магнитный спектрометр | |
| Максвелла уравнения | |
| Масса частицы | |
| Масс-спектрометр | |
| Массовое число | |
| Масштабная инвариантность | |
| Мезоны | |
| Мессбауэра эффект | |
| Меченые атомы | |
| Микротрон | |
| Нейтрино | |
| Нейтрон | |
| Нейтронная звезда | |
| Нейтронная физика | |
| Неопределённостей соотношения | |
| Нормы радиационной безопасности | |
| Нуклеосинтез | |
| Нуклид | |
| Нуклон | |
| Обращение времени | |
| Орбитальный момент | |
| Осциллятор | |
| Отбора правила | |
| Пар образование | |
| Период полураспада | |
| Планка постоянная | |
| Планка формула | |
| Позитрон | |
| Поляризация | |
| Поляризация вакуума | |
| Потенциальная яма | |
| Потенциальный барьер | |
| Принцип Паули | |
| Принцип суперпозиции | |
| Промежуточные W-, Z-бозоны | |
| Пропагатор | |
| Пропорциональный счётчик | |
| Пространственная инверсия | |
| Пространственная четность | |
| Протон | |
| Пуассона распределение | |
| Пузырьковая камера | |
| Радиационный фон | |
| Радиоактивность | |
| Радиоактивные семейства | |
| Радиометрия | |
| Расходимости | |
| Резерфорда опыт | |
| Резонансы (резонансные частицы) | |
| Реликтовое микроволновое излучение | |
| Светимость ускорителя | |
| Сечение эффективное | |
| Сильное взаимодействие | |
| Синтеза реакции | |
| Синхротрон | |
| Синхрофазотрон | |
| Синхроциклотрон | |
| Система единиц измерений | |
| Слабое взаимодействие | |
| Солнечные нейтрино | |
| Сохранения законы | |
| Спаривания эффект | |
| Спин | |
| Спин-орбитальное взаимодействие | |
| Спиральность | |
| Стандартная модель | |
| Статистика | |
| Странные частицы | |
| Струи адронные | |
| Субатомные частицы | |
| Суперсимметрия | |
| Сферическая система координат | |
| Тёмная материя | |
| Термоядерные реакции | |
| Термоядерный реактор | |
| Тормозное излучение | |
| Трансурановые элементы | |
| Трек | |
| Туннельный эффект | |
| Ускорители заряженных частиц | |
| Фазотрон | |
| Фейнмана диаграммы | |
| Фермионы | |
| Формфактор | |
| Фотон | |
| Фотоэффект | |
| Фундаментальная длина | |
| Хиггса бозон | |
| Цвет | |
| Цепные ядерные реакции | |
| Цикл CNO | |
| Циклические ускорители | |
| Циклотрон | |
Чарм. Чармоний | |
| Черенковский счётчик | |
| Черенковсое излучение | |
| Черные дыры | |
| Шредингера уравнение | |
| Электрический квадрупольный момент ядра | |
| Электромагнитное взаимодействие | |
| Электрон | |
| Электрослабое взаимодействие | |
| Элементарные частицы | |
| Ядерная физика | |
| Ядерная энергия | |
| Ядерные модели | |
| Ядерные реакции | |
| Ядерный взрыв | |
| Ядерный реактор | |
| Ядра энергия связи | |
| Ядро атомное | |
| Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) |
msimagelist>
Черные дыры
Black holes
Черные дыры −
области пространства–времени, имеющие такое сильное гравитационное поле,
что даже свет не может их покинуть.
Граница этой области называется горизонтом
событий, а её радиус r0 − гравитационным радиусом (радиусом сферы
Шварцшильда).
где G = 6.67·10-11 м3·кг-1·с-2
− гравитационная постоянная, М — масса черной дыры,
с − скорость света, M
= 2·1030 кг − масса Солнца.
Существование черных дыр было предсказано в 1938 г.
Р. Оппенгеймером
и
Х. Снайдером. По современным
представлениям чёрные дыры образуются в результате гравитационного коллапса
звезды с массой >40M
или неоднородностей плотности вещества на ранней стадии эволюции Вселенной.
Кандидатов в чёрные дыры обнаруживают и исследуют по их воздействию на движение
окружающего вещества и по различным излучениям, образующимся вблизи черной
дыры. Светимость квазаров (1045–1047 эрг/с), интенсивные
космические рентгеновские источники, γ-источники, гравитационные линзы являются
проявлением взаимодействия чёрных дыр с окружающей их средой.
В настоящее
время известно около 300 объектов-кандидатов в чёрные дыры. По современным
представлениям чёрные дыры большой массы M > 100M
находятся в центре почти всех спиральных и эллиптических галактик. Предполагается,
что в центре нашей галактики находится чёрная дыра массой 3.7·106
M.
См. также
- Белый карлик, нейтронная звезда,
черная дыра - Антиматерия во Вселенной
черных дыр
Почти в каждой галактике есть один
Что такое черные дыры?
Черная дыра — это область пространства, заполненная таким количеством материи, что ее собственная гравитация не позволяет чему-либо вырваться — даже лучу света. Хотя мы не можем видеть черную дыру, материал вокруг нее виден. Материал, падающий в черную дыру, образует диск, похожий на водоворот в сливе ванны. Вещество, вращающееся вокруг черной дыры, нагревается и испускает излучение, которое можно обнаружить.
Вокруг звездной черной дыры эта материя состоит из газа. Вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики вращающийся диск состоит не только из газа, но и из звезд.
Звездные черные дыры
Звездные черные дыры образуются, когда центр очень массивной умирающей звезды коллапсирует сам на себя. Этот коллапс может также вызвать сверхновую или взорвавшуюся звезду, которая выбросит внешние части звезды в космос. Если ядро, оставшееся после сверхновой, очень массивное, гравитация полностью схлопывает ядро в черную дыру с бесконечной плотностью. Черные дыры, созданные сверхновыми, могут иметь массу от пяти до пятидесяти масс Солнца.
Только звезды с очень большими массами могут стать черными дырами. Наше Солнце, например, недостаточно массивно, чтобы стать черной дырой. Через пять миллиардов лет, когда у Солнца закончится доступное ядерное топливо в его ядре, оно закончит свою жизнь как белый карлик.
Ультрафиолетовые приборы Хаббла обнаруживают ветры частиц, исходящие от аккреционных дисков черных дыр звездной массы.
Когда свет от диска проходит через ветер, часть его поглощается ветром. Дисковые ветры включаются, когда черная дыра поглощает материал почти так быстро, как только может. Эти переедания обычно происходят в течение нескольких месяцев, в отличие от сверхмассивных черных дыр, у которых прием пищи занимает гораздо больше времени, чем человеческая жизнь. Уникальные ультрафиолетовые возможности Хаббла делают его идеальным инструментом для понимания того, как материя падает в черную дыру.
Сверхмассивные черные дыры
На этом рисунке показана IGR J17091-3624, двойная система, которая, вероятно, содержит черную дыру звездной массы. Сильная гравитация черной дыры (слева) оттягивает газ от звезды-компаньона (справа). Это формирует диск горячего газа вокруг черной дыры; частица ветра отгоняется от этого диска. Фото: NASA/CXC/M.Weiss
Звездные черные дыры ничтожны по сравнению с чудовищами, которые, по мнению астрономов, обитают в центрах большинства галактик.
Эти черные дыры сверхмассивны — в миллионы или миллиарды раз больше массы нашего Солнца.
До появления Хаббла у астрономов не было убедительных доказательств существования во Вселенной сверхмассивных черных дыр. Благодаря Хабблу и другим обсерваториям мы теперь знаем, что сверхмассивные черные дыры неразрывно связаны с эволюцией галактик, в которых они находятся. Эти черные дыры образовались в то же время, что и их родительские галактики. Считается, что они выросли из семян самых ранних массивных звезд.
Впечатляющие джеты питаются от гравитационной энергии сверхмассивной черной дыры в ядре эллиптической галактики Геркулес А. Джеты проносятся сквозь космос на миллионы триллионов миль. Авторы и права: НАСА, ЕКА, С. Баум и К. О’Ди (RIT), Р. Перли и В. Коттон (NRAO/AUI/NSF) и группа «Наследие Хаббла» (STScI/AURA). ВЫПУСК НОВОСТЕЙ: 2012–47. >
Когда астрономы впервые направили радиотелескопы на небо, они отследили источники радиоволн до некоторых типичных космических объектов, включая остатки сверхновых, далекие галактики и мощные области рождения звезд.
Один конкретный тип объекта выглядел как не более чем точка света, возможно, звезда. Дальнейшие наблюдения показали, что эти объекты находились очень далеко, то есть могли находиться только в очень далеких галактиках. Объекты, называемые квазарами, считались невероятно яркими центрами этих далеких галактик.
Теперь мы знаем, что квазары — это маленькие, но ярко светящиеся двунаправленные маяки света, создаваемые и питаемые сверхмассивными черными дырами в центрах галактик. Галактический материал, такой как газ, пыль и даже звезды, если он находится слишком близко к черной дыре, поддастся ее безжалостному притяжению и будет втянут внутрь. Когда это происходит, падающий материал растягивается, нагревается и ускоряется, создавая огромные силы вблизи горизонта событий, точки невозврата от притяжения черной дыры. Эти силы создают мощные закрученные магнитные поля, которые запускают струи материала со скоростью, близкой к скорости света, и простираются на тысячи или даже миллионы световых лет в поперечнике.
Интенсивные силы создают сильное излучение по всему спектру, от гамма-лучей до радиоволн.
Расстояние до квазаров настолько велико, а их реальный размер настолько мал — размером с нашу Солнечную систему, — что сам факт того, что мы можем видеть их в телескоп, делает квазары самыми яркими объектами, обнаруженными нами во Вселенной. На самом деле, одним из вкладов Хаббла в тайну квазара было доказательство с его высоким разрешением, что действительно была галактика, скрытая за бликом. Наблюдения Хаббла также помогли определить, что эти блестящие галактические центры питаются от сверхмассивных черных дыр.
Хаббл обнаружил квазары в центрах галактик, сталкивающихся или сталкивающихся друг с другом, а также в эллиптических галактиках, которые, как считается, образовались в результате множественных галактических слияний. Эти взаимодействия могут помочь «накормить» сверхмассивную черную дыру и осветить квазар.
Как Хаббл находит черные дыры?
Многие из первых наблюдений Хаббла показали влияние сверхмассивных черных дыр на их непосредственное галактическое окружение.
В 1990, вскоре после запуска, Хаббл сфотографировал джет длиной 30 000 световых лет, исходящий из галактики, которая, как известно, является потрясающим источником радиоизлучения. Благодаря наблюдениям Хаббла у астрономов были данные, необходимые им для определения того, что эти джеты исходят из очень маленьких областей в центрах галактик и, вероятно, питаются сверхмассивными черными дырами.
Высокое разрешение Хаббла — способность видеть мельчайшие детали — помогло еще больше продвинуть теорию о сверхмассивных черных дырах в 1994 году, когда астрономы получили спектры газа в центре эллиптической галактики M87. Спектры, или разложение света на составляющие цвета, могут дать астрономам большой объем информации о газе, в том числе о его скорости. Астрономы заметили, что в M87 центральный газ вращался по диску с очень высокой скоростью вокруг небольшого, но массивного объекта. Единственный тип объекта, который может быть таким массивным и при этом очень маленьким по размеру, — это черная дыра.
Эти наблюдения Хаббла помогли подтвердить почти два столетия теорий и догадок о существовании черных дыр.
Спектрограф изображений космического телескопа (STIS), прибор, установленный на Хаббле в феврале 1997 года, является основным «охотником за черными дырами» космического телескопа. В спектрографе используются призмы или дифракционные решетки, чтобы разделить входящий свет на радужный узор. Каждый элемент взаимодействует со светом в уникальной радужной подписи. Положение и сила этих сигнатур в спектре дает ученым ценную информацию, например, о том, как быстро движутся звезды и газ. STIS может охватывать множество мест одновременно в центре галактики. С помощью этой информации можно рассчитать центральную массу, вокруг которой вращаются звезды. Чем быстрее движутся звезды, тем массивнее должен быть центральный объект.
Сверхмассивная черная дыра создает струю частиц, летящих почти со скоростью света из центра галактики M87. Яркий узел в джете (HST-1) вырывается из диска вещества, вращающегося вокруг черной дыры.
Авторы и права: НАСА и группа наследия Хаббла (STScI/AURA) СООБЩЕНИЕ ДЛЯ НОВОСТЕЙ: 2000-20 >
Как сверхмассивная черная дыра влияет на галактику-хозяин?
Из множества данных Хаббла астрономы теперь понимают, что черные дыры могут оказывать глубокое влияние на галактику в целом. Например, струи сверхмассивных черных дыр могут выбрасывать огромное количество газа и пыли в межгалактическое пространство, тем самым избавляя галактику от столь необходимого топлива для продолжающегося звездообразования. Или в случае результата 2015 года, основанного на наблюдениях Хаббла за большими эллиптическими галактиками, джеты сверхмассивных черных дыр могут регулировать звездообразование таким образом, чтобы оно продолжалось, хотя и с меньшей скоростью.
Возможно, самым удивительным результатом наблюдений Хаббла является то, что сверхмассивные черные дыры должны находиться в большинстве или даже во всех галактиках.
Сверхмассивные черные дыры, которые когда-то были предметом крайних спекуляций, теперь считаются неотъемлемыми компонентами галактик и имеют решающее значение для изучения эволюции галактик с течением времени.
Об этой статье
Последнее обновление:
30 сентября 2022 г.
ЕКА — Черные дыры
Наука и исследования
23522 просмотров
160 лайков
Что такое черные дыры? Как они формируются и развиваются? Какое влияние они оказывают на свое окружение и на остальную Вселенную — и почему мы должны заботиться о них?
ЕКА работает над ответами на эти и многие другие вопросы, используя набор уникальных, но взаимодополняющих космических миссий.
Даже свет не может вырваться
Черная дыра в сильном магнитном поле
Черная дыра — это чрезвычайно плотный объект, гравитация которого настолько сильна, что ничто, даже свет, не может покинуть его.
У каждого объекта в космосе есть «скорость убегания»: минимальная скорость, с которой что-то должно двигаться, чтобы покинуть гравитационное поле объекта.
На поверхности Земли скорость убегания составляет около 11 километров в секунду, а это означает, что все, что покидает нашу планету, должно двигаться быстрее, чем это, чтобы вырваться из гравитационного притяжения Земли.
Это может показаться быстрым, но скорость убегания Земли меркнет по сравнению со скоростью типичной черной дыры. Гравитационное поле черной дыры настолько сильное, что ее скорость убегания превышает скорость света. Это означает, что даже свет не может ускользнуть (что делает их «невидимыми», отсюда и название «черная дыра»).
Как рождается черная дыра?
В течение жизни звезды она вырабатывает энергию, сплавляя все более тяжелые элементы в своем ядре. В конце концов, у звезды не останется материала, который можно преобразовать в энергию, но то, что произойдет дальше, зависит от размера звезды.
Звезды, масса которых примерно в десять раз превышает массу Солнца, расширяются и становятся красными гигантами, а затем белыми карликами, окруженными планетарными туманностями (которые не имеют ничего общего с планетами).
Но более крупные звезды с железными ядрами начинают коллапсировать, начиная с самых внутренних слоев. Когда внешние слои падают на это компактное ядро, они отскакивают и выбрасываются в космос в виде сверхновой. Если оставшееся компактное ядро более чем в три раза превышает массу Солнца, оно сжимается во все меньший и меньший объем, его гравитационное притяжение увеличивается, и его скорость убегания становится больше. В конце концов достигается точка, когда даже свет не может двигаться достаточно быстро, чтобы вырваться — это черная дыра.
Существуют и другие теории образования черных дыр, например, что большинство черных дыр образовались сразу после Большого взрыва. Будущие миссии ЕКА, такие как Webb, LISA и Athena, могут помочь подтвердить или опровергнуть эти теории.
Что такое черная дыра?
От звездных до сверхмассивных
Вокруг черных дыр остается много загадок, одна из которых заключается в том, что они кажутся либо «звездной массой» (в несколько раз больше массы Солнца), либо «сверхмассивными» (миллионы, если не миллиарды) , раз больше массы Солнца).
Мы знаем, что в центрах большинства галактик, включая Млечный Путь, скрываются сверхмассивные черные дыры. Их огромная гравитация заставляет близлежащие звезды и газ кружиться вокруг них, приближаясь все ближе и ближе… эта «аккреция» материи на черную дыру питает некоторые из самых энергичных объектов во Вселенной, включая квазары и блазары.
В прошлом считалось, что сверхмассивные черные дыры возникли как черные дыры звездной массы, которые со временем аккрецировали материю. Но космические телескопы, такие как «Хаббл» и XMM-Newton ЕКА, наблюдали сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной, где они не успели бы вырасти из черных дыр небольшой звездной массы. Ответом, вероятно, будут черные дыры среднего размера (промежуточной массы), которые быстрее растут и становятся сверхмассивными черными дырами. В 2018 году XMM-Newton был использован для обнаружения лучшего кандидата в черные дыры промежуточной массы, наблюдаемого до сих пор, и обнаружение большего количества черных дыр промежуточной массы является одной из больших целей миссии LISA ЕКА.
Представление художника о быстровращающейся сверхмассивной черной дыре
Наблюдение за черными дырами
Пара сливающихся черных дыр
Поскольку свет не может покинуть черную дыру, за этими объектами можно наблюдать только косвенно; в результате они трудно изучаются и поэтому остались несколько загадочными. Но благодаря современным космическим миссиям, разработанным ЕКА и другими научными агентствами, мы постепенно раскрываем секреты формирования, эволюции и поведения черных дыр.
Черные дыры были предсказаны Альбертом Эйнштейном в его общей теории относительности в 1915 году, но на самом деле идея черной дыры намного старше. В 1784 году Джон Мичелл утверждал, что если свет действительно представляет собой поток частиц (как предполагала теория Исаака Ньютона), то на него должна влиять гравитация. Следуя этому предположению, Мичелл предсказал, что звезда в 500 раз шире Солнца будет иметь такое сильное гравитационное поле, что даже свет не сможет убежать.
Он назвал эти объекты «темными звездами».
Тем не менее, они оставались теоретическим любопытством в течение почти трех столетий, пока космические телескопы, наконец, не смогли исследовать высокоэнергетическое рентгеновское излучение звезд и газа в окрестностях этих экстремальных объектов.
Эйнштейн также предсказал гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени, испускаемую во время самых мощных событий во Вселенной, таких как сближение и слияние пар черных дыр. Слияние черных дыр было впервые обнаружено в 2015 году LIGO, Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией, которая измерила гравитационные волны, созданные гигантским столкновением.
Что касается первого прямого изображения черной дыры, то в 2019 году телескоп Event Horizon сфотографировал темный силуэт черной дыры, отбрасываемый на свет материи в ее непосредственном окружении. Затем в 2021 году XMM-Newton ЕКА увидел рентгеновский свет из-за черной дыры, что позволило им изучить процессы, происходящие на ее обратной стороне.
Миссии ЕКА по исследованию черных дыр
XMM-Ньютон
ESA в настоящее время управляет двумя высокоэнергетическими космическими обсерваториями: XMM-Newton и Integral. Вместе эти телескопы исследуют высокоэнергетическое излучение материи вблизи черных дыр.
С момента своего запуска в 1999 году рентгеновская обсерватория XMM-Newton помогла ученым исследовать некоторые из самых жестоких и загадочных космических явлений, включая взаимодействие черных дыр с окружающей их средой. XMM-Newton также исследовал происхождение мощных взрывов, известных как гамма-всплески, которые, как считается, вызваны черными дырами.
интеграл
Integral – или International rnational G amma- R ay A strophysics L лаборатория – это первая космическая обсерватория, которая может одновременно наблюдать объекты в гамма-лучах, видимом свете, рентгеновском диапазоне . Его основные цели включают гамма-всплески и области во Вселенной, которые, как считается, содержат черные дыры.
Интеграл помогает нам понять черную дыру в центре Млечного Пути, а также в центрах других галактик.
Заглядывая в будущее, миссии ЕКА LISA и Athena будут работать как по отдельности, так и вместе для решения фундаментальных вопросов современной астрофизики. Вместе этот дуэт может многое рассказать об удаленных и сливающихся черных дырах, ярких квазарах в активных галактиках, быстрых джетах вокруг вращающихся черных дыр, шкале космических расстояний и скорости гравитации.
Комбинируя большой рентгеновский телескоп с современными научными приборами, Athena затронет ключевые вопросы астрофизики, например, как черные дыры растут и формируют свои галактики. Athena будет наблюдать за сотнями тысяч черных дыр, от относительно близких до далеких, и наносить на карту горячую материю в миллионы градусов в их окрестностях. Сюда входят черные дыры, образовавшиеся в первые несколько сотен миллионов лет долгой истории Вселенной.
LISA станет первой космической обсерваторией, предназначенной для изучения гравитационных волн, некоторые из которых можно обнаружить только с помощью космической обсерватории, простирающейся на миллионы километров.