Новая теория черных дыр: Новая теория предлагает необычный взгляд на рождение и смерть черных дыр |

Содержание

Новая теория предлагает необычный взгляд на рождение и смерть черных дыр

Черные дыры — космические объекты с настолько сильной гравитацией, что ни материя, ни излучение не могут вырваться из их притяжения. Согласно классической общей теории относительности, вся материя, из которой образовалась черная дыра, в конечном итоге оказывается внутри нее и каким-то образом схлопывается до огромной или даже бесконечной плотности. Эта гипотеза известна как «проблема сингулярности».

В одной из своих основополагающих работ Стивен Хокинг предположил, что черные дыры со временем медленно исчезают — «испаряются». Однако вопрос о том, куда девается все то, что всосала в себя черная дыра, остается открытым. В астрофизике это называется «проблемой потери информации».

Исследователи из Университета Нью-Брансуика в Канаде разработали теорию, которая решает как проблему сингулярности, так и проблему потери информации, а также проливает больше света на то, как материя коллапсирует, образуя черные дыры. Научная статья опубликована в журнале Physical Review Letters, кратко о ней рассказывает Phys.org. Это альтернативный взгляд на формирование и эволюцию черных дыр, отличающийся от тех, что предлагаются классическими теориями.

«Вопрос о судьбе черной дыры и о том, что происходит с материей (или информацией), из которой она образовалась, оставался открытым в течение пятидесяти лет. Мы много знаем о том, как коллапсирующее вещество образует черные дыры согласно общей теории относительности, но вопрос о том, что при этом происходит на квантовом уровне, остается открытой научной проблемой», — говорят авторы работы.

Они использовали теорию петлевой квантовой гравитации. Эта концепция, созданная в попытках «подружить» квантовую механику и общую теорию относительности, предполагает, что пространство и время в нашей Вселенной на самом деле не едины, а разделены — дискретны. Пространство и время в каждый момент и в каждой точке на квантовом уровне представляют собой маленькие «ячейки» или «петельки». Последние сцепляются в различных конфигурациях, формируя все во Вселенной.

Это лишь одна из нескольких главных конкурирующих концепций, стремящихся объяснить фундаментальное устройство Вселенной и создать «теорию всего». Все эти построения теоретической физики основаны на сложнейших математических расчетах и проблема их в том, что экспериментально они пока практически не проверяемы. На данный момент вопрос главным образом в том, сойдется ли у ученых «математика Вселенной» или нет. Те немногие места во Вселенной, где можно было бы проверить разнообразные «теории всего» — это черные дыры.

Итак, авторы новой работы включили дискретность пространства-времени в свои уравнения, описывающие гравитационное схлопывание материи в черной дыре.

«Это уравнение представляет собой модифицированную версию классических уравнений Эйнштейна, которая включает в себя фундаментальную дискретность пространства на микроскопическом уровне», — пояснил главный автор статьи Викар Хусейн.

Метод вычислений, который физики использовали в своем исследовании, был разработан Сергеем Годуновым, известным российским ученым, проводившим теоретические исследования течения жидкостей и образования волн. Авторы новой теории создали компьютерную модель, где материя плавно сжималась в черную дыру. В качестве модели материи они использовали облако пыли.

«Мы следили за эволюцией облака коллапсирующих частиц пыли, пока оно не образовало черную дыру. Метод Годунова позволил нам проследить эволюцию материи даже внутри черной дыры по направлению к точке сингулярности (бесконечной плотности)», — рассказывают ученые.

Согласно новой теории предполагается, что материя падает в центр черной дыры, достигает большой, но конечной (а не бесконечной) плотности, а затем отскакивает назад, образуя ударную волну. Когда эта ударная волна все же выходит из горизонта черной дыры, тот начинает размываться, а сама дыра — «испаряться».

Получилось, что для ударной волны действуют законы квантовой механики и при этом сохраняется искривление пространства-времени из общей теории относительности. Так что эти две фундаментальные концепции теоретически получилось объединить, присоединив к ним еще и теорию Хокинга об «испарении» черных дыр.

Используя принципы расчетов, введенные Годуновым, исследователи также смогли вычислить время жизни черной дыры. Интересно, что рассчитанное ими время жизни черной дыры намного меньше времени испарения, предсказанного Хокингом. Это говорит о том, что их модель может помочь решить проблему потери информации — материя просто вылетает обратно в космос. Но для подтверждения этого потребуются дополнительные вычисления.

Таким образом, согласно новой модели, внутри черных дыр могут образовываться ударные волны. Современные приборы вполне могут фиксировать их отзвуки. Если поискать такие волны, можно было бы проверить правильность новой концепции.

«Если это окажется так, то ударные волны могут стать универсальным признаком смерти черной дыры», — резюмируют исследователи.

Предложена новая гипотеза образования сверхмассивных черных дыр

https://ria.ru/20210311/galaktika-1600787922.html

Предложена новая гипотеза образования сверхмассивных черных дыр

Предложена новая гипотеза образования сверхмассивных черных дыр — РИА Новости, 11. 03.2021

Предложена новая гипотеза образования сверхмассивных черных дыр

Ученые предположили, что сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центре галактик, образовались в результате коллапса сверхмассивных звезд в ранней Вселенной… РИА Новости, 11.03.2021

2021-03-11T17:48

наука

япония

тайвань

космос — риа наука

черная дыра

астрофизика

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/148736/82/1487368285_0:219:4200:2582_1920x0_80_0_0_3b7041afa079249fff6b05dbadaf5697.jpg

МОСКВА, 11 мар — РИА Новости. Ученые предположили, что сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центре галактик, образовались в результате коллапса сверхмассивных звезд в ранней Вселенной. Такие звезды пока не удавалось наблюдать, но авторы надеются, что космический телескоп Джеймса Уэбба их обнаружит в ближайшее время. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.В центре многих галактик находятся сверхмассивные черные дыры с массой 105–1011 масс Солнца. Однако происхождение этих гигантских объектов до сих пор остается загадкой. Существует несколько гипотез, наиболее очевидная из которых предполагает, что зародыши сверхмассивных черных дыр образовались после смерти первых массивных звезд в ранней Вселенной, а затем они начали собирать окружающий газ, пока, наконец, не превратились в сверхмассивные черные дыры.Однако, многие ученые ставят эту теорию под сомнение, потому что самые массивные звезды, наблюдаемые в локальной вселенной, имеют массу около одной или двух сотен солнечных масс. Чтобы из них после смерти сформировались сверхмассивные черные дыры, наблюдаемые сегодня, темпы аккреции должны быть такие высокие, которые трудно представить в реальных условиях.В соответствии с еще одной гипотезой, сверхмассивные черные дыры образуются при коллапсе больших газовых облаков и их превращении в релятивистскую звезду массой в несколько сотен тысяч солнечных масс или больше. Астрофизики из Японии, Тайваня и России построили модель, в которой в качестве прародителей сверхмассивных черных дыр рассматриваются сверхмассивные сверхновые. По расчетам авторов, одну из таких сверхновых можно будет наблюдать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который будет запущен в конце 2021 года.Возможность существования релятивистских нестабильных сверхновых, образующихся при взрыве первичных сверхмассивных звезд массой 104–105 масс Солнца обосновал в своей исследовательской работе 2014 года один из авторов статьи Чен Ке-Юн из Института астрономии и астрофизики Тайваня (ASIAA).»В ранней Вселенной может быть небольшое количество первых звезд с массой в десятки тысяч солнечных. Они, вероятно, являются прародителями сверхмассивных черных дыр в галактиках, потому что чем массивнее зародыш черной дыры, тем эффективнее он может поглощать окружающую материю. Таким черным дырам не нужно поддерживать высокую скорость аккреции, чтобы быстро расти», — приводятся в пресс-релизе ASIAA слова Чен Ке-Юна. Теперь же, основываясь на теоретической модели сверхмассивной сверхновой, предложенной Ченом, ученые выполнили расчеты переноса излучения от древних звезд и доказали, что у предстоящей миссии JWST есть шанс наблюдать такую сверхновую, несмотря на то, что большинство сверхмассивных звезд должны были коллапсировать в черные дыры еще на самых ранних этапах развития Вселенной.Если космический телескоп Джеймса Уэбба действительно зафиксирует первую массивную сверхновую, образование черных дыр из молодых сверхмассивных звезд можно будет считать доказанным.

https://ria.ru/20210309/vselennaya-1600472715.html

https://ria.ru/20210218/dyra-1598077010.html

япония

тайвань

россия

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/148736/82/1487368285_234:0:3967:2800_1920x0_80_0_0_a1460f89f28b140927d8ebda9e34a638.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

япония, тайвань, космос — риа наука, черная дыра, астрофизика, россия

Наука, Япония, Тайвань, Космос — РИА Наука, черная дыра, астрофизика, Россия

МОСКВА, 11 мар — РИА Новости. Ученые предположили, что сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центре галактик, образовались в результате коллапса сверхмассивных звезд в ранней Вселенной. Такие звезды пока не удавалось наблюдать, но авторы надеются, что космический телескоп Джеймса Уэбба их обнаружит в ближайшее время. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В центре многих галактик находятся сверхмассивные черные дыры с массой 10⁵–10¹¹ масс Солнца. Однако происхождение этих гигантских объектов до сих пор остается загадкой. Существует несколько гипотез, наиболее очевидная из которых предполагает, что зародыши сверхмассивных черных дыр образовались после смерти первых массивных звезд в ранней Вселенной, а затем они начали собирать окружающий газ, пока, наконец, не превратились в сверхмассивные черные дыры.

Однако, многие ученые ставят эту теорию под сомнение, потому что самые массивные звезды, наблюдаемые в локальной вселенной, имеют массу около одной или двух сотен солнечных масс. Чтобы из них после смерти сформировались сверхмассивные черные дыры, наблюдаемые сегодня, темпы аккреции должны быть такие высокие, которые трудно представить в реальных условиях.

В соответствии с еще одной гипотезой, сверхмассивные черные дыры образуются при коллапсе больших газовых облаков и их превращении в релятивистскую звезду массой в несколько сотен тысяч солнечных масс или больше.

Астрофизики из Японии, Тайваня и России построили модель, в которой в качестве прародителей сверхмассивных черных дыр рассматриваются сверхмассивные сверхновые. По расчетам авторов, одну из таких сверхновых можно будет наблюдать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который будет запущен в конце 2021 года.

9 марта 2021, 15:09Наука

Астрономы уточнили скорость расширения Вселенной

Возможность существования релятивистских нестабильных сверхновых, образующихся при взрыве первичных сверхмассивных звезд массой 10⁴–10⁵ масс Солнца обосновал в своей исследовательской работе 2014 года один из авторов статьи Чен Ке-Юн из Института астрономии и астрофизики Тайваня (ASIAA).

«В ранней Вселенной может быть небольшое количество первых звезд с массой в десятки тысяч солнечных. Они, вероятно, являются прародителями сверхмассивных черных дыр в галактиках, потому что чем массивнее зародыш черной дыры, тем эффективнее он может поглощать окружающую материю. Таким черным дырам не нужно поддерживать высокую скорость аккреции, чтобы быстро расти», — приводятся в пресс-релизе ASIAA слова Чен Ке-Юна.

Теперь же, основываясь на теоретической модели сверхмассивной сверхновой, предложенной Ченом, ученые выполнили расчеты переноса излучения от древних звезд и доказали, что у предстоящей миссии JWST есть шанс наблюдать такую сверхновую, несмотря на то, что большинство сверхмассивных звезд должны были коллапсировать в черные дыры еще на самых ранних этапах развития Вселенной.

Если космический телескоп Джеймса Уэбба действительно зафиксирует первую массивную сверхновую, образование черных дыр из молодых сверхмассивных звезд можно будет считать доказанным.

18 февраля 2021, 22:00Наука

Опубликованы сенсационные данные наблюдений за знаменитой черной дырой

Теория черных дыр наконец объясняет, как формируются галактики

Одна из величайших загадок астрономии заключается в том, как образуются галактики. Вопрос в том, почему звезды собираются в «островные вселенные», а не равномерно распределяются по вселенной.

Одна подсказка исходит из наблюдения, что большинство галактик содержат массивные черные дыры в своих центрах. Это привело к предположению, что галактики формируются вокруг черных дыр, которые действуют как семена для этого процесса.

Но с этой идеей есть проблема. Если это правда, что-то должно мешать звездам падать в черные дыры по мере их формирования, но никто не знает что.

Ветры перемен

Теперь новая теория черных дыр объясняет этот процесс. Новая теория «дает общий механизм, с помощью которого центральная черная дыра может катализировать образование галактик», — говорит Стивен Адлер из Принстонского университета в Нью-Джерси.

Новая теория Адлера основана на том, как черные дыры взаимодействуют с темной энергией, которая, по мнению астрономов, заполняет Вселенную. Эта энергия, по его словам, заставляет черные дыры пропускать материю, создавая «ветер» из частиц, которые улетают прочь.

Когда этот ветер сталкивается с падающим веществом, импульс нейтрализуется, оставляя продукты столкновения на определенном расстоянии от черной дыры. Именно эта материя затем превращается в звезды.

Это интересная идея, которая могла бы, наконец, объяснить, как формируются галактики и почему черные дыры играют существенную роль в этом процессе.

Однако Адлер первым признал, что его новая теория нуждается в дальнейшем развитии. Например, его ранние расчеты сосредоточены на невращающихся черных дырах, с которыми теоретически проще разобраться. Требуется дополнительная работа, чтобы понять, как вращающаяся черная дыра может создавать такой «ветер».

Затем возникает вопрос об угловом моменте, который звезды должны приобрести, чтобы оказаться на орбите вокруг черной дыры. Новая теория должна будет учитывать этот импульс. Адлер поднял эти и другие вопросы, которые должна решить его теория.

Сверхмассивная черная дыра

Кроме того, имеются данные наблюдений. Если Адлер прав, и черные дыры действительно излучают «ветер» таким образом, астрономы должны быть в состоянии увидеть доказательства этого, возможно, даже в нашей собственной галактике, которая скрывает в своем центре сверхмассивную черную дыру под названием Стрелец A*. Какую форму должны принять эти доказательства, — важный вопрос для Адлера.

Также должен быть виден процесс звездообразования вблизи черных дыр, особенно первых поколений звезд в ранней Вселенной. Однако эта ранняя эпоха в настоящее время не видна астрономам.

К счастью, астрономы построили телескоп, способный наблюдать за этими условиями в ранней Вселенной. Устройство, названное космическим телескопом Джеймса Уэбба, было успешно запущено в начале этого месяца, и в настоящее время планируется начать наблюдения в конце этого года.

Если повезет, к тому времени Адлер будет лучше понимать, что именно искать.

Ссылка: Механизм, с помощью которого «дырявая» черная дыра может катализировать формирование галактик: arxiv. org/abs/2112.12491

Что такое черные дыры? | Новое исследование может раскрыть их истинную природу

Новое исследование предполагает, что черные дыры могут быть просто звездами с экзотической физикой в их ядрах.
Ядра могут заставить «темные звезды» излучать темную материю во Вселенную.
Исследование также может объяснить происхождение быстрых радиовсплесков.

Что, если черные дыры, эти всепоглощающие гравитационные чудовища космоса, на самом деле вовсе не черные — и даже не дыры, если уж на то пошло? Вместо этого новая теория предполагает, что черные дыры могут быть темными звездами с сердцевиной из чрезвычайно плотной экзотической материи. Это может помочь объяснить одну из самых больших загадок Вселенной: происхождение и природу темной материи.

➡ Вселенная крутая. Давайте исследовать его вместе.

Черные дыры — это реальные примеры общей теории относительности Альберта Эйнштейна, доведенной до крайности. Это места во Вселенной, где чрезвычайно плотные количества материи растягивают ткань пространства и времени до предела, образуя бесконечно глубокий гравитационный колодец, из которого не может выбраться даже свет — отсюда и название «черная дыра».

Прочтите это

Изображение черной дыры, изменившее науку

Ученые считают, что в центре каждой черной дыры находится бесконечно маленькая и плотная точка, называемая сингулярностью. Гравитация настолько сильна в сингулярности, что образует окружающий ее горизонт событий, где гравитационное притяжение превосходит даже скорость света.

В бесконечно малых сингулярностях законы физики нарушаются. Именно тогда две, казалось бы, противоположные области физики — квантовая механика (описывающая сверхмалые) и общая теория относительности (описывающая очень большие) — сталкиваются лицом к лицу друг с другом. Изучая природу черных дыр, исследователи надеются объединить две области в единую теорию квантовой гравитации.

Проблема? Сингулярность кажется физически невозможной, потому что материя не способна коллапсировать в бесконечно маленькую точку. 9-35 метров, или примерно в 100 триллионов раз меньше протона.

🔭 Любимое снаряжение: лучшие телескопы для исследования Галактики

ЛУЧШИЙ В ОБЩЕМ ОБЩЕМ

Телескоп Gskyer

Скидка 25%

ПРОВЕРИТЬ ЦЕНУ

четкий, ясный вид ночного неба. Технически подкованные любители звездного неба оценят адаптер для смартфона и беспроводной пульт дистанционного управления камерой, позволяющий просматривать созвездия с экрана.

ЛУЧШИЙ ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ

Телескоп Emarth

КОНТРОЛЬ ЦЕНЫ

Все, что вам нужно сделать, это направить трубу в направлении желаемого объекта и осмотреть его. С двумя высококачественными окулярами (70 мм и 360 мм), которые позволяют просматривать небесные объекты с малым и большим увеличением, вы сможете с легкостью удовлетворить свои пожелания по наблюдению за звездами.

ЛУЧШИЙ БЮДЖЕТ

Телескоп TELMU

ЦЕНА ДЛЯ ПРОВЕРКИ

Этот вариант имеет широкую 70-миллиметровую апертуру, благодаря которой звезды и созвездия выглядят ярко и четко. Он также имеет адаптер для смартфона, поэтому вы можете просматривать все прямо с экрана.

ЛУЧШИЙ ДЛЯ ЛЮБИТЕЛЕЙ

Celestron PowerSeeker

ЦЕНА ДЛЯ КОНТРОЛЯ

Пользоваться этим телескопом легко: все, что вам нужно сделать, это направить трубу в направлении нужного объекта и осмотреть его. Два окуляра позволяют легко получить широкий или узкий обзор неба.

Без сингулярности в центре темная звезда теоретически могла бы позволить свету вырваться из-под мощной гравитационной хватки. Любой свет, вырвавшийся из черной дыры, растянулся бы, как обтекаемый, из-за гравитационного притяжения темной звезды — наблюдаемое явление, которое ученые называют красным смещением.

«В сильных гравитационных полях [темные звезды] ведут себя интересно», — пишет физик Игорь Никитин из Фраунгоферовского института научных алгоритмов и вычислений в Германии в своей новой статье, которая появилась на сервере препринтов arXiv:

«Первый из все, горизонт событий, характерный для реальных черных дыр, стирается. Вместо этого образуется глубокая гравитационная яма, где значения красного смещения становятся чрезвычайно большими. В результате для внешнего наблюдателя звезда выглядит черной, как настоящая черная дыра».

Если это явление существует, Никитин говорит, что оно может помочь объяснить истинную природу темной материи.

Заполнение пустоты

Итак… Что такое темная материя?

Астрономы впервые обнаружили существование темной материи, когда заметили, что вращение звезд вокруг галактик было слишком быстрым, учитывая количество вещества, которое они могли видеть. Теперь мы знаем, что примерно 85 процентов массы Вселенной составляет темная материя, совершенно невидимая для людей. Однако, несмотря на то, что темная материя существует, ученые до сих пор не знают, откуда она берется.

Согласно исследованиям Никитина, если бы черные дыры содержали планковские ядра, они могли бы быть потенциальным источником темной материи. Его исследование предполагает, что темные звезды могут непрерывно излучать поток частиц в виде темной материи — этого достаточно, чтобы объяснить быстрое вращение звезд вокруг галактик.

«Еще одна захватывающая возможность состоит в том, что темная материя состоит из известных частиц, помещенных в необычное состояние», — говорит Никитин.

Еще из Черной дыры

О черной дыре в центре Земли
Можно безопасно прыгнуть в черную дыру
Некоторые черные дыры на самом деле могут быть секретными червоточинами

Частицы могут быть такими же простыми, как частицы света или фотоны, которые были смещены в красную сторону до таких широких длин волн, что они были бы практически невидимы для современных радиотелескопов, говорит он. «Это чрезвычайно большая длина волны, около 4 световых дней, что в 16 раз превышает расстояние от Солнца до Плутона».

Энергия этих фотонов чрезвычайно мала, но их может быть достаточно много, чтобы объяснить необычное движение звезд вокруг своих галактик.