Содержание
Черная дыра, образовавшаяся при слиянии двух других, получила гигантскую скорость — Газета.Ru
Черная дыра, образовавшаяся при слиянии двух других, получила гигантскую скорость — Газета.Ru | Новости
close
100%
Астрофизики в данных по гравитационным волнам обнаружили первые свидетельства того, что в ходе слияния черных дыр получающаяся в результате более крупная черная дыра может получить достаточно мощный толчок для того, чтобы вылететь из своей галактики. Статья об этом опубликована в журнале Physical Review Letters.
«Когда две черные дыры сталкиваются, они оставляют после себя более массивную черную дыру. Сам процесс этого слияния может придать оставшейся черной дыре «толчок» за счет гравитационной отдачи», — пояснил ведущий автор статьи, физик индийского происхождения Виджай Варма из Института гравитационной физики Общества Макса Планка, в интервью изданию Space.
com. Группа ученых, в которую входил Варма, изучила данные по гравитационным волнам от события слияния, обозначаемого как GW200129 и зарегистрированного американскими и европейскими детекторами LIGO и Virgo. Благодаря новому анализу, ученые обнаружили, что черная дыра, образовавшаяся в результате этого столкновения, была выброшена в космос со скоростью почти 5 млн км/ч — открытие, которое один из членов группы назвал «одновременно удивительным и шокирующим».
Когда черные дыры в тесных парах вращаются вокруг друг друга, они излучают гравитационные волны, уносящие энергию и угловой момент, что и позволяет этим объектам упасть друг на друга, двигаясь по спирали. Однако в том случае, когда черные дыры имеют существенно неравные массы или по-разному вращаются, это может приводить к асимметрии в излучении гравитационных волн — при этом они начинают излучать в основном в одном направлении. В результате действия закона сохранения импульса эта асимметрия приводит к сильному толчку, заставляющему оставшуюся черную дыру отскакивать в противоположном направлении.
Теперь астрономы впервые собрали убедительные доказательства того, что такое слияние способно даже выбросить образовавшуюся черную дыру из своей галактики.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Дмитрий Самойлов
Праздник за праздником
О Дне народного единства и Дне Октябрьской революции
Марина Ярдаева
Битва за оценки. Как быть проигравшим?
Об аутсайдерах гонки за средний балл аттестата
Андрей Колесников
Что подумают «наверху»?
О четырех десятилетиях без Леонида Ильича
Георгий Бовт
Вам карцер или граммофон?
О том, как и зачем в России вытрезвляли
Алена Солнцева
Спасатель из киновселенной
О выставке «Балабанов» и один его незавершенный фильм
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Дано объяснение всех загадочных свойств события слияния черных дыр GW190521
10.2K
Like
Love
Haha
Wow
Sad
Angry
132312
В 2019 году гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO и «Virgo» было зафиксировано событие, выделявшееся на фоне других.
Ученые впервые смогли объяснить сразу все три необычных свойства события слияния пары черных дыр, зафиксированного в 2019 году детекторами гравитационных волн.
Разработанная ими модель, опубликованная в журнале Nature, описывает взаимодействие трех компонентов и предполагает, что столкновение произошло в далекой галактике в гигантском диске из газа, вращающемся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры.
Художественное представление роя черных дыр звездной массы в диске из газа, окружающем сверхмассивную черную дыру в центре галактики. Credit: J. Samsing/Niels Bohr Institute
Черные дыры являются одними из самых удивительных объектов во Вселенной, однако наши знания о них на протяжении десятилетий были сильно ограничены из-за того, что сами по себе они не испускают свет. Но в 2015 году был совершен прорыв – впервые были зафиксированы гравитационные волны от слияния двух черных дыр, что позволило сделать большой шаг в их изучении.
«Но как и где во Вселенной образуются и сливаются черные дыры? Происходят ли эти события, когда две близко расположенные звезды коллапсируют и превращаются в черные дыры, или они результат случайных столкновений в звездных скоплениях, или что-то еще? Это одни из ключевых вопросов новой эры гравитационно-волновой астрофизики», – говорит Йохан Самсинг, ведущий автор исследования из Института Нильса Бора Копенгагенского университета (Дания).
Неожиданное открытие
В 2019 году гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO и «Virgo» было зафиксировано неожиданное событие, получившее обозначение GW190521. Считается, что его участниками стали две черные дыры с массами, превосходящими физически возможные, кроме этого, слияние сопровождалось вспышкой света, и, что наиболее странно, объекты, двигаясь навстречу друг другу, вращались не по круговым орбитам, а по эллиптическим.
Художественное представление черных дыр, породивших событие GW190521. Credit: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
«Событие GW190521 – самое удивительное на сегодняшний день. Необычные массы и спины черных дыр уже фиксировались, но некруговая орбита крайне удивительна, так как без влияния третьего тела это не вписывается в фундаментальную природу гравитационных волн», – отметил Имре Бартос, соавтор исследования из Университета Флориды (США).
Нужен третий
Возможное решение всех необычных свойств события GW190521 удалось найти в суровых условиях в центре галактики, содержащей гигантскую черную дыру с массой в несколько миллионов солнечных и окруженной плоским вращающимся диском из газа.
«Диск играет важную роль в захвате черных дыр небольшого размера, которые со временем приближаются к центру и друг к другу. Это говорит не только о том, что они встречаются и образуют пары, но и о частых взаимодействиях таких дуэтов с еще одной черной дырой, иногда приводящих к тройному хаотическому танго», – пояснил Хиромичи Тагава, соавтор исследования из Университета Тохоку (Япония).
Черная дыра с аккреционным диском и струей светящегося горячего газа. Credits: NASA/JPL-Caltech
Однако все предыдущие исследования указывали на то, что слияния черных дыр на эксцентричных орбитах, создаваемых воздействием третьего объекта, происходят крайне редко. Естественно возникает вопрос: почему уже и без того необычное событие GW190521 прошло по такому сценарию?
Двухмерный бильярд
Все, что было рассчитано до сих пор, опиралось на взаимодействие черных дыр в трех измерениях, как это ожидается в звездных системах.
«И тут мы задумались, что произойдет, если этот процесс будет протекать в плоском диске, который ближе к двумерной среде.
Удивительно, но вероятность эксцентричного слияния выросло в сто раз. Это приводит к тому, что примерно половина всех слияний в дисках, окружающих сверхмассивные черные дыры, будут характеризоваться вытянутыми орбитами», – заявили авторы исследования.
Эволюция черных дыр, породивших событие GW190521. Credit: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
Это решение невероятно хорошо согласуется с наблюдением события GW190521: большие массы черных дыр были достигнуты последовательными слияниями внутри диска, вспышка света берет свое начало в заполняющем его газе, а вытянутые орбиты результат взаимодействия объектов в невероятно агрессивной и плотной среде.
«Теперь мы выяснили, что существует огромная разница в сигналах, испускаемых черными дырами, которые сливаются в плоских двумерных дисках и в трехмерных звездных системах. Это дает нам дополнительный инструмент, который можно использовать для понимания процессов создания и столкновения этих экзотических объектов нашей Вселенной», – заключил Йохан Самсинг.
определить автоматически
Закрыть
Черная дыра, образовавшаяся в результате неравномерного слияния, могла выйти из-под контроля
Две черные дыры вращаются вокруг друг друга, готовясь к слиянию, запуская гравитационные волны.
(Изображение предоставлено НАСА)
Астрономы обнаружили первое убедительное доказательство того, что события слияния черных дыр могут вызвать «толчок», достаточно мощный, чтобы заставить черную дыру вылететь из своей галактики.
Группа, в которую входил Виджей Варма, физик из Института гравитационной физики им. Макса Планка Института Альберта Эйнштейна, Германия, изучила данные о гравитационных волнах, полученные в результате слияния, известного как GW200129.собранные детекторами LIGO и их европейским аналогом Virgo. Благодаря этому анализу ученые обнаружили, что черная дыра , образовавшаяся в результате этого столкновения и слияния, была отправлена в космос со скоростью 3 миллиона миль в час (4,8 миллиона километров в час) — открытие, которое один из членов команды назвал «одновременно удивительным и шокирующим».
«Когда две черные дыры сталкиваются, они оставляют после себя более массивный остаток черной дыры. Этот процесс может придать остатку черной дыры отдачу», — сказал Варма, ведущий автор статьи, подробно описывающей работу команды. .ком.
Связанные : 8 способов узнать, что черные дыры действительно существуют ткань пространства. Эти выбросы вызывают сжатие орбиты, что приводит к столкновению и слиянию черных дыр.
Однако, если черные дыры имеют неравные массы или спины, это приводит к асимметрии в излучении гравитационных волн, при этом они в основном излучаются в одном направлении. Поскольку основные законы физики требуют сохранения импульса, эта асимметрия приводит к сильному толчку, заставляющему оставшуюся черную дыру отскакивать в противоположном направлении.
«Слияния черных дыр также испускают гравитационное излучение, подобное астрофизическим процессам, которые испускают электромагнитное излучение — свет», — продолжил Варма.
Эти сильные толчки ожидаются, когда орбитальная плоскость слияния прецессирует или «качается». Орбитальная прецессия наблюдается как малоамплитудная модификация в гравитационно-волновом сигнале. «Эта двойная система черных дыр также является первым сигналом, показывающим сильные признаки орбитальной прецессии, в результате чего плоскость орбиты колеблется», — сказал Space.com соавтор Скотт Филд, математик из Массачусетского университета в Дартмуте.
Варма добавил, что, анализируя гравитационное излучение, астрономы и астрофизики могут узнать о слияниях черных дыр. Кроме того, поскольку черные дыры влияют на эволюцию галактик, изучение этих процессов может показать, как развиваются группы звезд, таких как Млечный Путь .
Это первый раз, когда астрономы собрали убедительные доказательства того, что такое слияние может выбросить образовавшуюся черную дыру из своей галактики.
Удар, нанесенный событием слияния, мог выбросить черную дыру из ее галактики, оставив ее блуждать в космосе в одиночестве.
(Изображение предоставлено Центром космических полетов Годдарда НАСА; фон, ESA/Gaia/DPAC)
(открывается в новой вкладке)
«В отличие от ранее наблюдавшихся событий слияния черных дыр, это первое событие, дающее убедительные доказательства огромной скорости отдачи. На самом деле достаточно большая, чтобы остатки черной дыры, скорее всего, вырвались из среды своего обитания», — сказал Филд. «Хотя мы знали, что общая теория относительности в принципе допускает такие экстремальные возможности, мы не знали, создаст ли их Вселенная. Конечная скорость черной дыры достаточно велика, чтобы, скорее всего, превысить скорость убегания окружающей ее среды».
Филд добавил, что этот результат будет иметь важное значение и для сценариев формирования двойных черных дыр. Это связано с тем, что сверхмассивные черные дыры, такие как Стрелец A* (Sgr A*) в сердце Млечного Пути, образуются в результате серии столкновений, которые ученые называют «иерархическими слияниями».
Черные дыры, выброшенные из галактики, не могут участвовать в этом процессе.
Открытие слияний, достаточно однобоких, чтобы дать мощный толчок черным дырам, теперь возможно благодаря технологии, позволяющей более точно обнаруживать гравитационные волны.
«Слияния черных дыр не излучают никакого света, поэтому гравитационные волны — единственный способ наблюдать и узнавать о них. Мы бы не узнали об этой выброшенной черной дыре без обсерваторий гравитационных волн», — добавил Филд.
Ученые не совсем уверены, где возникло событие гравитационной волны GW200129, поэтому Филд указывает, что команда не может полностью быть уверена, что черная дыра была выброшена из своей галактики, но это вероятный результат ее движения с такими экстремальными скоростями. , по мнению исследователей.
«Если это действительно так, то сейчас он сам по себе бродит по вселенной как блуждающая черная дыра», — сказал Варма.
Иллюстрация LISA , предлагаемого космического детектора гравитационных волн , который может исследовать дальнейшие слияния черных дыр.
(Изображение предоставлено НАСА)
(открывается в новой вкладке)
Произошедшее здесь слияние может быть уменьшенной версией еще более драматичного события, отметил он. «Подобное явление происходит, когда сливаются сверхмассивные черные дыры, что может произойти после слияния галактик», — сказал Варма. «Последняя сверхмассивная черная дыра может быть смещена из центра слившейся галактики или даже выброшена из него, оставив после себя галактику без центральной черной дыры».
Хотя существующие детекторы гравитационных волн недостаточно мощные, чтобы наблюдать слияния сверхмассивных черных дыр, авторы добавили, что будущие космические детекторы, такие как предлагаемая миссия лазерного интерферометра с космической антенной (LISA), могут это сделать.
Истории по теме:
«Гравитационно-волновая астрономия сделала много значительных, действительно замечательных открытий за последние пять лет или около того», — сказал Филд. «До первого обнаружения гравитационных волн мантрой нашей области было то, что гравитационные волны откроют новое окно во Вселенную.
И это подтверждалось с каждым новым запуском наблюдений LIGO».
Исследование описано в статье , опубликованной 12 мая в журнале Physical Review Letters.
Вы можете следить за Робом Ли в Твиттере по адресу @sciencef1rst. Следуйте за нами в Twitter @ Spacedotcom (открывается в новой вкладке) и Facebook (открывается в новой вкладке) .
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].
Роберт Ли – научный журналист из Великобритании, чьи статьи были опубликованы в журналах Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek и ZME Science. Он также пишет о научной коммуникации для Elsevier и European Journal of Physics. Роб имеет степень бакалавра наук в области физики и астрономии Открытого университета Великобритании.
Подпишитесь на него в Твиттере @sciencef1rst.
2 огромные черные дыры приближаются к столкновению, которое потрясет ткань пространства-времени
Художественная визуализация бинарных черных дыр, медленно приближающихся к сотрясающему пространство слиянию.
(Изображение предоставлено Калифорнийским технологическим институтом)
Астрономы обнаружили две сверхмассивные черные дыры , которые находятся на 99% пути к сильному столкновению, которое сотрясет саму ткань пространства-времени .
Черные дыры, носящие название PKS 2131-021, застряли в роковом танце примерно в 9 миллиардах световых лет от Земли, согласно исследованию, опубликованному 23 февраля в Письма из астрофизического журнала . Два объекта неуклонно двигались навстречу друг другу в течение примерно 100 миллионов лет, согласно заявлению от НАСА , и теперь они делят бинарную орбиту, где две черные дыры вращаются вокруг друг друга каждые два года или около того.
Примерно через 10 000 лет две черные дыры сольются, посылая гравитационные волны — рябь в ткани пространства-времени, первоначально предсказанную Альбертом Эйнштейном — распространяющуюся по Вселенной, говорят исследователи. Хотя никто из нас не станет свидетелем этого эпического столкновения, изучение PKS 2131-021 может дать новую информацию о том, как формируются сверхмассивные черные дыры и что происходит, когда две из них сталкиваются.
Двойные черные дыры вращаются друг вокруг друга в анимации этого художника. Большая черная дыра выбрасывает в космос струю материи со скоростью, близкой к скорости света, что позволяет астрономам обнаружить ее с Земли. (Изображение предоставлено Калифорнийским технологическим институтом/Р. Херт)
Сверхмассивные черные дыры — чрезвычайно темные, плотные объекты, которые в сотни миллионов раз массивнее Солнца Земли — находятся в сердцах большинства, если не всех, галактик в Вселенная. Астрономы не знают, как эти объекты становятся такими большими, но одна из возможностей состоит в том, что самые большие черные дыры во Вселенной являются результатом по крайней мере одного слияния двух меньших черных дыр, согласно НАСА.
Новое исследование может помочь подтвердить эту гипотезу.
PKS 2131-021 — это особый тип черной дыры, известный как блазар. По сути, это сверхмассивная черная дыра, которая направляет струю перегруженного вещества прямо на Землю. Эта материя возникает из колец горячего газа, которые формируются вокруг определенных черных дыр; когда черная дыра втягивает этот газ своей мощной гравитацией , некоторая материя может улетучиться, вместо этого она будет отброшена струей плазмы , движущейся почти со скоростью света.
Авторы нового исследования наблюдали за яркостью около 1800 блазаров, разбросанных по Вселенной, когда заметили нечто необычное: яркость блазара PKS 2131-021 колебалась через равные промежутки времени — настолько предсказуемо, что авторы исследования сравнили колебания к тиканью часов.
Исследователи подозревали, что эти изменения были результатом того, что вторая черная дыра притягивала первую, поскольку два объекта вращались вокруг друг друга каждые два года или около того, но команде требовалось больше данных, чтобы увидеть, как долго сохраняется эта закономерность.
Поэтому исследователи изучили данные пяти обсерваторий за 45 лет. Все дополнительные данные совпали с предсказаниями команды о том, как должна меняться яркость бинарного блазара с течением времени.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ СОДЕРЖИМОЕ
Если результаты подтвердятся, PKS 2131-021 станет второй парой двойных черных дыр, когда-либо обнаруженных, и самой тесно связанной парой, обнаруженной учеными. В 2020 году ученые обнаружили первого известного во Вселенной кандидата в двойные черные дыры в галактике на расстоянии около 3,5 миллиардов световых лет от Земли. Однако эти черные дыры вращаются вокруг друг друга каждые девять лет, что позволяет предположить, что расстояние между ними гораздо больше, чем между двумя членами PKS 2131-021.
Две чудовищные черные дыры достаточно велики и расположены достаточно близко друг к другу, чтобы высвободить гравитационные волны перед неизбежным столкновением, говорится в заявлении авторов исследования . Будущие наблюдения за PKS 2131-021 будут сосредоточены на том, чтобы поймать эти волны в действии.