Содержание
комиксы, гиф анимация, видео, лучший интеллектуальный юмор.
Генератор Пенроуза на пальцах
Все когда–то слышали фамилию Шварцшильд в разговоре о черных дырах, наряду с такими, как Шредингер, у которого кот или Гейзенберг, который никак не определится.
Карл Шварцшильд первым дал четкое математическое определение невращающихся черных дыр, то есть взял уравнения Общей Теории Относительности Эйнштейна и решил их. Вот представьте себе, что будет, если мы возьмем какую–нибудь, совершенно неважно какую, материю и сожмем до невероятной плотности?
Получится черная дыра Шварцшильда, с горизонтом событий, который находится на радиусе Шварцшильда. Короче, чувак вписал себя и свою фамилию в историю «просто решив уравнения Эйнштейна для одного конкретного случая». Ну, он не только этим всю жизнь занимался, конечно же, но вот никогда не угадаешь, каким образом попадешь в историю или как вляпаешься в нее.
Схема черной дыры Шварцшильда в пространстве и в пространстве–времени
Уравнения Эйнштейна — довольно серьезный матан (на самом деле просто длинный и жутко нудный, потому что его очень много, хотя ничего особо сложного там нет, 2–3 курс физики/математики профильного института), Шварцшильд решал их в течение месяца.
Точнее сказать, через месяц после того, как Шварцшильд посетил лекцию Эйнштейна о Теории Относительности, он прислал Альберту письмо, в котором сообщил о том, что нашел одно из решений данных уравнений при помощи хитрого трюка/преобразования. Шварцшильд вычислял уравнения не в обычных–привычных, а в так называемых полярных координатах, это у которых в центре точка, и от нее отмеряются углы и расстояния. При соответствующем подборе коэффициентов данная точка оказывается точкой сингулярности, центром черной дыры, а радиусом черной дыры, который еще называют радиусом Шварцшильда, оказывается расстояние, на котором вторая космическая скорость равна скорости света. Все просто и гениально. Ну, не так, чтобы прям совсем просто, если хотите посмотреть вывод решений Шварцшильда, обратитесь к соответствующей статье в википедии. Статья на английском, русского перевода нет, но и так видно, что формул там предостаточно, хотя это действительно самое простое, что есть в Теории Относительности, реально детский лепет по сравнению с тем, какие заковырки можно в ней откопать.
Полярные координаты
Кстати говоря, через 5 месяцев после этого Шварцшильд умер. Не потому, что так перетрудился с решением. Шла Первая мировая война, Карл воевал с Россией на стороне Германии. Точнее говоря, как раз в это время он не воевал, а лежал в госпитале, но не по ранению, а по какой–то гадкой неизлечимой тогда болезни, и вот, пока лежал, развлекался решением уравнений Эйнштейна. Судьба ученых вообще очень часто загадочная и неисповедимая штука. Тебе скучно, нет возможности убивать русских солдат и реально нечем заняться? Порешай уравнения Теории Относительности, развейся немного, фашист проклятый… Короче говоря, Шварцшильд развлекался как мог, через три месяца его комиссовали, и еще через два месяца он благополучно умер дома в своей постели.
Все это я к тому, что Шварцшильд выдал решение (нашел соответствующую метрику) для простейшего случая невращающейся черной дыры. За месяц. И тогда уже сразу ученые поняли, что в случае вращающейся черной дыры решение окажется гораздо–гораздо сложней, ибо появляется масса факторов, повышающих градус матана до предела.
Но насколько все окажется сложней/горячей тогда еще не догадывались. Не буду тянуть интригу, решение для вращающейся черной дыры удалось найти только через 47 лет, это сделал в 1963 году новозеландский математик Рой Керр, потому топологию вращающейся черной дыры называют метрикой Керра.
То есть почти 50 лет все мировые ученые, элита человечества, элементарно не могли решить набор готовых уравнений. Представляете, какие они тупые, эти ученые? Ну, или, что тоже может быть, какие уравнения выходят сложные?
Не будем лезть в формулы, попробуем на пальцах™ описать, чем вращающаяся черная дыра отличается от невращающейся, хотя бы визуально, хотя бы по проявляющимся эффектам.
Основная (или одна из самых трудных для восприятия) заковырка получается в том, что черная дыра «вращается не сама по себе». Пространство–время вокруг вращается вместе с ней, черная дыра увлекает пространство–время за собой. Вокруг вращающейся черной дыры появляется водоворот пространства–времени, а это вообще практически невозможно визуализировать.
Вот представьте себе, висите вы в скафандре перед черной дырой. Простой черной дырой, невращающейся. Какие есть пути? Есть путь падать в черную дыру, потому что она притягивает, есть путь попытаться избежать этого. Если в скафандре есть двигатель, можно включить его и постараться улететь от судьбы. И тут все уже знают — если ты еще не пересек горизонт событий, у тебя все еще есть такой шанс, если же провалился под него — никакого шанса, кроме как быть поглощенным черной дырой, больше не существует.
У невращающейся черной дыры
А когда ты висишь перед вращающейся черной дырой, ты не можешь просто так «висеть». У черной дыры образуется что–то вроде вихря пространства–времени, который наматывает все сущее вокруг нее. Не потому, что ты «совершил маневр и вышел на орбиту» или что–то в этом роде. Тебя просто начинает тащить по кругу (точнее по сужающейся спирали) вне твоей воли. Этому можно противиться, пока ты находишься над горизонтом событий, но выбираться придется не только вдаль от черной дыры, а еще и бороться с движением вращения.
У вращающейся черной дыры
Если хочется совсем себе мозг поломать, можно вспомнить, что в Теории Относительности у нас везде не пространство, а пространство–время, и водоворот вокруг черной дыры заворачивает не только три координаты пространства, но и координату времени. Представить себе и рассчитать закрученное в спираль время — тот еще mindfuck, у решения Керра именно потому такие формулы сложные, эффекты там совершенно непредсказуемые. Но это действительно тема для сильных духом (и мозгом) людей, не будем глубоко в нее нырять, можно не выгрести, продолжим путь по нисходящей спирали к центру вращающейся черной дыры без учета эффектов искажения времени.
Как и любой вращающийся вокруг своей оси предмет, черная дыра тоже начинает раздаваться вширь и приплющиваться со стороны полюсов. В смысле горизонт событий начинает вытягиваться, поверхности–то у черной дыры нет. Мало того, горизонт событий разделяется на два независимых горизонта, внутренний и внешний.
Два горизонта вращающейся черной дыры
Любое залетевшее под внешний горизонт событий тело уже никогда не выберется наружу само по себе. Даже фотон со своей скоростью света не сможет. Но тут есть и существенное отличие с обычной черной дырой. Внутренний горизонт событий — это точка (в смысле поверхность) полного невозвращения, оттуда убежать невозможно. А вот из–под внешнего горизонта событий вращающейся черной дыры нельзя выбраться лишь «самому по себе», но может получиться «с чьей–то помощью». Например с помощью ракетного двигателя.
Вообще расхожий пример, что черная дыра похожа на воронку водоворота, уже заезжен до дыр, но он действительно очень хорошо описывает ситуацию. Вероятно вы слышали советы опытных пловцов: если начало засасывать в водоворот — бороться с потоком бесполезно. Начнешь грести против течения, только устанешь и все равно засосет. Наоборот, нужно устремиться вместе с потоком воды, набрать скорость и, чуть отвернув, по касательный буквально вынестись наружу.
Как выбираться из водоворота
И у вращающейся черной дыры похожая штука. Иногда даже говорят, что пространство–время как бы втекает в черную дыру. Такая аналогия помогает в визуализации, но нужно быть осторожным. То есть не нужно думать, что черная дыра натуральным образом пожирает пространство–время, иначе могут начаться вопросы — а если оставить Вселенную на долгое время, что, черные дыры все наше пространство–время пожрут, раз оно в них постоянно втекает?
Естественно, ничего никуда не втекает. Пространство–время настолько искривлено и закручено в непосредственной близости к вращающейся черной дыре, что у падающего тела просто нет другого пути, кроме как следовать изгибам водоворота. В какую сторону ни лети, все равно вынесет к горизонту событий, как будто натуральный поток воды мешает двигаться в каком–то ином направлении. Хотя еще раз четко укажу, не стоит понимать данную аналогию, как натуральный водопад пространства–времени, само по себе оно никуда не течет.
Увлечение пространства времени вращающейся черной дырой
Так вот, если находясь в правильной точке дать хороший реактивный импульс в правильном направлении (например включить ракетные двигатели на полную мощность под нужным углом к завихрению), из–под внешнего горизонта событий вращающейся черной дыры вполне можно выбраться. Мало того даже двигатель как таковой, не нужен. Достаточно разделить падающий в черную дыру предмет на две части. Одна часть продолжит падать в черную дыру, а вторая по закону сохранения импульса будет вытолкнута наружу.
А теперь самое интересное. Если провести расчеты и найти оптимальный угол, массу и прочие параметры, окажется, что импульс (масса умноженная на скорость) вылетающего из–под внешнего горизонта событий обломка получается выше импульса влетевшего в него первоначального предмета. То есть, не смотря на то, что объект разделился на две части и каждая часть меньше целого, скорость вылетающего куска становится настолько высокой, что импульс оказывается больше первоначального.
Что несколько подозрительно. Абзацем выше я упоминал закон сохранения импульса, а тут договорился до того, что впрямую нарушаю его. Естественно, на однородность пространства покушаться никто не собирался, Нётер не велит, и общее количество движения системы не изменяется. Своим хитрым маневром мы крадем энергию вращения черной дыры, и после подобного трюка она начинает вращаться чуточку медленней. Но где масса нашей ракеты и где масса черной дыры, нужно же сопоставлять! Для черной дыры это все блошиные укусы, а нам — существенная польза. Например, этот эффект использовали в фильме Интерстеллар, когда главный герой решил ценой своей жизни спасти любимую, они полетели в черную дыру, а потом часть корабля с Мэттью МакКонахи провалилась под горизонт событий, а другую часть с Энн Хэтэуэй выбросило наружу. Кто же знал, что в итоге МакКонахи попадет в книжный шкаф своей дочери, а «сила любви окажется выше сил гравитации»?
Фантазии Кристофера Нолана
Но не будем о грустном.
Гравитация вещь бессердечная, любовью не победить, раз у нее сердца нет. Вы лучше задумайтесь. Ведь только что я привел вам идею вечного дармового двигателя! Находим вращающуюся черную дыру (а по нашим представлениям они все подряд вращающиеся, во Вселенной вообще все вращается вокруг себя и друг друга, почему так — отдельный вопрос, придется поверить мне на слово), кидаем в нее «разделяющуюся болванку», одна ее часть падает в черную дыру, вторая вылетает назад с гораздо большим импульсом (и энергией), чем первоначальные. Теперь осталось поймать этот кусок и извлечь из него дополнительную энергию. Заставим его толкать какие–нибудь «лопасти турбины» или нагревать воду, как в атомных электростанциях, или неважно что. Главное — бесплатная энергия нахаляву.
Схема генератора Пенроуза
Причем, вы бы знали, какая это энергия! Наверняка слышали, что хотя атомный взрыв это очень–очень–очень много тепла и света, в реальности энергетический выброс составляет лишь около 0.
1% от вступающей в ядерную реакцию массы. У термоядерного взрыва КПД повыше, где–то около 1% изначальной массы водорода переходит в лучистую энергию. За счет этого процента светит Солнце и существует вся жизнь на планете Земля. А максимум, что можно выжать из формулы E=mc2, это полная аннигиляция вещества с антивеществом, тут можно получить выход 100% массы в виде энергии.
Максимальный теоретический КПД процесса бросания болванки во вращающуюся черную дыру около 21%. То есть если мы скинули в черную дыру тонну железа (или чего угодно, хоть мусора, хоть токсичных отходов), назад мы получим чуть меньший кусок того же железа, плюс энергию, эквивалентную аннигиляции 210 килограммов вещества. Вот это я понимаю — завод по переработке вторсырья!
Первым расчеты по извлечению энергии из вращающейся черной дыры провел Роджер Пенроуз в работе 1971 года, потому данная статья и озаглавлена «Генератор Пенроуза на пальцах™».
Теперь дело за малым. Научиться создавать миниатюрные черные дыры и паковать их в некое подобие аккумуляторов, и вот вам — движок получше термоядерного реактора на борту DeLorean–а из «Назад в будущее II»!
Фантазии Роберта Земекиса
Вообще, вращающиеся черные дыры Керра гораздо более интересные объекты, чем невращающиеся Шварцшильда.
Хоть и ужасно более сложные в расчетах. Зато и дополнительных, взламывающих воображение эффектов, они порождают неизмеримо большее количество. Например, существует т.н. принцип космической цензуры того же самого Пенроуза.
Что происходит в сингулярности? Мы не знаем, есть лишь подозрение, что это место, в котором природа научилась делить на ноль, иными словами, «в матрице происходит сбой», и все перестает работать, но природа благоразумно научилась прятать свои ошибки от чересчур пытливых исследователей. Вокруг любой сингулярности всегда находится непроницаемый горизонт событий, и мы никогда не узнаем, что происходит в сингулярности, потому что природа закрылась от нас этим самым горизонтом, умело заметая свои косяки под ковер реальности.
Однако, как я написал выше, если черная дыра вращается, данный горизонт событий начинает растягивать в стороны и сплющивать сверху и снизу. Земля точно так же приплюснута с полюсов. И Солнце, и вообще любой вращающейся во Вселенной предмет.
И чем выше скорость вращения, тем больше вращающийся предмет раскатывается в блин (см. например спиральные галактики). Теоретически можно рассчитать такую скорость вращения, при которой горизонт событий расплющит в тончайший диск, и если подлететь к такой черной дыре «сверху» (со стороны ее северного полюса), то появляется шанс взглянуть сингулярности прямо в лицо. Такое явление называют голая сингулярность, и пока непонятно, возможно ли подобное в принципе, или нет.
С одной стороны, в природе подобные голые сингулярности встречаться не должны, уж больно высокие скорости вращения требуются. Но ведь мы не природа, мы разумные гуманоиды! Если предположить «обратный генератор Пенроуза», и вместо того, чтобы черпать энергию из черной дыры, начать ее методично подкармливать, попутно раскручивая все быстрее, возможно мы сможем получить голую сингулярность? Или такую черную дыру разорвет от собственного вращения? С другой стороны, как ее может разорвать, там же сингулярность, там же скорость света! Непонятно.
..
Не говоря уже о том, что сама сингулярность во вращающейся черной дыре тоже перестает быть математической точкой, и вытягивается в структуру, чем–то похожую на кольцо или тор. И это только начало странностей. Закрученное в спираль пространство–время — это не шутки, а открытый простор для заморочек и парадоксов всех мастей.
Короче говоря — хватит морозиться в метрике Шварцшильда, любите и изучайте вращающиеся черные дыры, они гораздо интересней!
Фотография чёрной дыры — будет ли от неё польза? / Хабр
Обсуждая появившуюся на этой неделе фотографию черной дыры, кто-то из моих знакомых задал вопрос: какое значение имеет эта фотография в практическом смысле? Человек явно осознавал, что пытается троллить, но больше всего меня удивил ответ неглупой дамы из той же компании: «Ничего…»
С таким подходом я не согласен, поэтому решил написать очередную заметку на тему: «Практическая польза от, казалось бы, бесполезных исследований». Учредители Шнобелевской премии это и так знают.
Похоже, что в сознании многих наших сограждан до сих пор жива полушутливая формулировка, что «наука – это способ удовлетворять своё любопытство за государственный счет». Надо сказать, что во многом ученые, «живущие в башне из слоновой кости» и неохотно идущие на контакт с прессой (та частенько отвечает им взаимностью), поведением своим этот тезис оправдывают. Отличная пародия на такое сообщество была выведена Терри Пратчеттом в его Плоском Мире под названием «Незримый университет».
Однако, не будь фундаментальной науки, не было бы и многих полезных вещей, которыми мы пользуемся в быту, в том числе и ежедневно.
…Однажды Уильям Гладстон, будущий премьер-министр Великобритании, спросил Майкла Фарадея, изучавшего электромагнетизм:
— Чем же так важно это ваше электричество?
— Не знаю точно, но уверен, что скоро вы сможете обложить его налогами, — ответил Фарадей.
Собственно, на этом историческом анекдоте заметку можно бы и окончить, но я решил привести еще несколько примеров.
Постараюсь, чтобы они были не настолько тривиальные, как всем известный Интернет, полупроводники или менее известные распределенные вычисления.
- Не слишком понятные в начале XX века матрицы нашли свое применение в рамках квантовой механики (подход Гейзенберга – Борна – Йордана, который противопоставлялся дифференциальному уравнению Шрёдингера). О практическом применении квантовой механики, думаю, говорить не надо.
- Когда проектировался знаменитый БАК в ЦЕРНе, технологий по поддержанию сверхвысокого вакуума, большого количества магнитов в сверхпроводящем состоянии, просто не существовало. Но за время строительства коллайдера появились и они.
- В начале 1990-х гг научная группа, в которой впоследствии работал и я, разместила заказ на производство фотоумножителей для своего эксперимента на одном из новосибирских заводов. Технология была не нова, она была уже отработана, но один наш заказ обеспечил завод работой в течение как минимум полутора лет.
- На ускорителях (не сравнимых по энергии с БАК, конечно) нарабатывают радиоактивные изотопы не только для диагностики заболеваний, но и для лечения некоторых видов рака.
- ДНК уже сейчас предлагают использовать в качестве носителя информации для компьютеров.
- ГМО как реальный способ накормить перенаселенные страны.
- Энтропия, перекочевавшая из статистической физики в теорию информации и кодирование.
- Конечно, говоря о том или ином открытии в мире фундаментальной науки, никогда нельзя сказать сразу, к каким конкретным изобретениям оно приведет, и насколько скоро эти изобретения будут внедрены.
Некоторые особо упоротые, на мой взгляд, товарищи твердят, что вообще любое открытие можно использовать во вред человечеству, приводя в пример, конечно же, атомную бомбу, ответственность за которую возлагают исключительно на ученый мир. Не только за появление, но вообще за всё. Как будто ни Оппенгеймер с Теллером с одной стороны Атлантики, ни Сахаров – с другой – никогда никого ни в чем не убеждали, хоть и безрезультатно. Подобные рассуждения кажутся мне демагогией, ибо тут уже недалеко и до вывода, сделанного братьями Стругацкими в «Понедельнике начинается в субботу»:
Познание бесконечности требует бесконечного времени.
А потому работай не работай — все едино.Прошу прощения, но я уклонился от темы. Пример с графеном показывает, что то, что казалось абсолютно невозможным вчера, сегодня уже не просто реальность, но и обыденность. Закон всемирного тяготения Ньютона, уравнения Мещерского, работы Эйнштейна по теории вынужденного излучения атомов, квантовый эффект Холла – список чисто фундаментальных работ, лежащих в основе чего-то в наши дни само собой разумеющегося, можно перечислять до бесконечности.
Так что же насчет применения известной фотографии? Будет ли от неё польза? Ну, от самой фотографии, пожалуй, нет. Как и от черных дыр вообще (хотя мысль черпать энергию напрямую из черной дыры восходит еще к 80-м годам, а еще с их помощью, наверное, можно совершать шикарные гравитационные маневры, чтобы ускорить космический корабль к интересующей нас звезде — ни у кого не завалялось пара подходящих черных дыр для экспериментов?).
Сам опыт объединения телескопов в единую сеть, синхронизированных многочасовых наблюдений за другой галактикой, многолетней обработки огромного массива данных, в ходе которой, я уверен, было изобретено немало оригинальных алгоритмических решений, да и просто сотрудничество многих людей в разных странах (очень жаль, что Россия осталась в стороне) – это уже дорогого стоит.
Так что ждите нового витка спама и навязчивой рекламы, работающих на принципах, впервые сформулированных в ходе получения первой фотографии черной дыры.
Поэтому фундаментальная наука – это стимул развития науки прикладной, а значит, и технологий, которые со временем появятся и в быту по низким ценам.
P.S.: Лично я, писавший в школе реферат по астрономии как раз о черных дырах, очень обрадовался появлению этой фотографии. Потому что тогда подобные картинки были в значительной степени плодом воображения иллюстраторов журналов типа «Земля и Вселенная» или «Astronomie in der Schule». Так что это не просто очевидное подтверждение общей теории относительности, уже прекрасно себя зарекомендовавшей, но огромный шаг для человечества. Сама способность разрешить (в оптическом смысле: не просто увидеть источник сигнала, но и получить какое-то представление о его структуре) что-то на расстоянии 54 млн световых лет от нас – это уже успех. Браво команде, поставившей перед собой такую амбициозную цель.
Да, новая фотография гигантской черной дыры Млечного Пути выглядит нечеткой. Вот почему это не так.
Изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, гиганта, получившего название Стрелец A*, получено телескопом Event Horizon 12 мая 2022 года.
(Изображение предоставлено коллаборацией Event Horizon Telescope)
Сделать первое в истории изображение черной дыры Млечного Пути было непростой задачей.
Историческое изображение, опубликованное в четверг (12 мая), того, что ученые называют Стрельцом A*, было получено с помощью планетарного набора телескопов под названием Event Horizon Telescope (EHT). Телескопы использовали синхронизацию атомных часов для точного объединения своих данных, что было непростой задачей, учитывая, что материал вокруг Стрельца A *, который фотографировали ученые, меняет форму каждую минуту.
Хотя результат все еще кажется неспециалисту размытым, ученые сказали, что это произошло потому, что сотрудничество было на самом краю своих возможностей.
«Здесь мы доводим наш инструмент до предела», — заявил журналистам во время пресс-конференции в четверг Майкл Джонсон, член команды EHT, который также является астрофизиком из Гарвардского и Смитсоновского институтов. Изображение, по его словам, изображает «лучшие детали, которые он может видеть», потому что телескоп находится на дифракционном пределе, пределе своего разрешения.
Связанный : Стрелец A* в картинках: 1-е фото гигантской черной дыры Млечного Пути поясняется изображениями
«Чтобы сделать более четкое изображение, нам нужно раздвинуть наши телескопы дальше друг от друга… или нам нужно уйти к более высоким частотам», — сказал Джонсон, добавив: «Мы здесь как раз на пределе».
И поскольку Телескоп Горизонта Событий уже представляет собой массив размером с Землю, перемещение его обсерваторий дальше друг от друга является довольно сложной задачей. Ученые говорили о массиве космических телескопов, которые однажды смогут получить изображения черных дыр на большем расстоянии от орбиты Земли.
Но на сегодняшний день резкость нового изображения Стрельца A* настолько высока, насколько это возможно, учитывая объем задействованных данных.
Общедоступные изображения также не раскрывают всех мелких деталей разрешения изображения, добавила член команды Кэтрин Боуман, ученый-компьютерщик из Калифорнийского технологического института.
Истории по теме:
Исходные данные объемом примерно 3,5 петабайта (что эквивалентно 100 миллионам видео TikTok, по данным EHT) пришлось сжать и изменить, чтобы они соответствовали стандартным общедоступным каналам распространения в Интернете и через средства массовой информации. Было задействовано так много данных, что исследователям EHT приходилось отправлять друг другу жесткие диски для научной работы, а не передавать их через Интернет.
«Это изображение на самом деле одно из самых четких изображений, которые вы когда-либо видели», — сказал Боуман. «На экране оно выглядит размытым, потому что мы видим всего несколько пикселей, но на самом деле это одно из самых четких изображений, когда-либо сделанных».
Подпишитесь на Элизабет Хауэлл в Твиттере @howellspace . Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom и в Facebook .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Элизабет Хауэлл, доктор философии, является штатным корреспондентом на канале космических полетов с 2022 года. Она была автором статей для Space.com (открывается в новой вкладке) в течение 10 лет до этого, с 2012 года. Как гордый Trekkie и канадец, она также занимается такими темами, как разнообразие, научная фантастика, астрономия и игры, чтобы помочь другим исследовать вселенную. Репортажи Элизабет с места событий включают в себя два запуска пилотируемых космических кораблей из Казахстана, три миссии шаттлов во Флориде и встроенные репортажи с моделируемой миссии на Марс в Юте.
Она имеет докторскую степень. и магистр наук. получил степень бакалавра космических исследований в Университете Северной Дакоты и степень бакалавра журналистики в Карлтонском университете в Канаде. Элизабет также является инструктором по коммуникациям и науке после окончания средней школы с 2015 года. Ее последняя книга «Моменты лидерства от НАСА» написана в соавторстве с астронавтом Дэйвом Уильямсом. Элизабет впервые заинтересовалась космосом после просмотра фильма «Аполлон-13» в 19 лет.96, и все еще хочет когда-нибудь стать космонавтом.
Новое изображение дает ответы на многие вопросы о черной дыре в нашей галактике — и раскрывает некоторые тайны
Наука
Недавно опубликованное изображение показывает, насколько Стрелец A* одновременно обычен и очень странен. 19 мая 2022 г. черная дыра в центре нашей галактики.
Астрономы давно подозревали, что невидимая закусочная на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли поглощает звездный свет, но новое изображение является первым реальным подтверждением этой догадки.
Эта сверхмассивная черная дыра, названная Стрельцом A* или сокращенно Sgr A*, выглядит на портрете в форме пончика с несколькими светлыми пятнами вдоль спины.
Линди Блэкберн — радиоастроном Центра астрофизики | Harvard & Smithsonian и один из ученых, ответственных за анализ данных, собранных коллаборацией Event Horizon Telescope (EHT), которая сделала и собрала последнее изображение. Блэкберн говорит, что помимо чуда самого изображения, это открытие также сыграет значительную роль в продвижении научного понимания черных дыр.
«Теперь, когда мы знаем, что можно получить изображение черной дыры в центре нашей галактики, мы работаем над EHT следующего поколения», — говорит Блэкберн.
До изображения EHT центральное изображение, полученное рентгеновским телескопом НАСА Чандра, было одним из лучших проблесков загадочной черной дыры в центре нашей галактики. Рентген: NASA/CXC/SAO; ИК: NASA/HST/STScI. Врезка: Radio (EHT Collaboration))
То, что ученые поняли правильно — Черные дыры в научной фантастике часто изображаются как вихри пустоты или черные пропасти, готовые пронести космический корабль над горизонтом событий до точки невозврата, подобно исследователям.
древних мифов, падающих с края плоской Земли.
Однако недавняя новаторская работа EHT показала, что это описание может быть несколько натянутым. Благодаря первому изображению черной дыры M87, опубликованному коллаборацией в 2019 году, астрономы пришли к выводу, что на самом деле черные дыры имеют форму пончика, с чернотой в центре и снаружи. Поскольку сами черные дыры все еще невидимы для нас и наших телескопов, форма пончика на самом деле подчеркивает тепло, исходящее от материи, когда она вращается вокруг черной дыры.
То, что Sgr A* имеет ту же форму пончика, что и M87, подтвердило астрономам, что сверхмассивные черные дыры очень разных размеров — M87 более чем в 1000 раз массивнее — имеют одинаковую общую структуру. Блэкберн говорит, что появление Sgr A* также подтвердило некоторые давние научные теории.
«Одной из наиболее поразительных особенностей изображения Sgr A* является то, что размер его линзованного кольца излучения точно соответствует предсказанному общей теорией относительности», — говорит он.
Блэкберн также говорит, что световые пятна на Sgr A* тоже не были большой неожиданностью и могли отражать динамическую плазму, окружающую черную дыру.
«Мы ожидаем, что такие особенности будут меняться в течение ночи», — говорит он. «Будущие наблюдения должны показать, так ли это на самом деле».
Несколько сюрпризов — Однако не все результаты Sgr A* были в точности такими, как предсказывали ученые. Первым сюрпризом стало «относительно равномерное распределение яркости» кольца, которое предполагает, что оно может быть ориентировано лицом к лицу, а его ось вращения направлена на Землю. Черная дыра также «любопытно» смещена относительно средней плоскости галактики, говорит Блэкберн.
Другим неожиданным открытием, обнаруженным с помощью визуализации Sgr A*, было то, что уровень изменчивости некоторых его измерений был меньше, чем предсказывалось компьютерным моделированием.