Содержание
Черных дыр больше нет? | НИИЯФ МГУ
infuture.ru
Источник: www.infuture.ru
Физики объявили, что нет никаких черных дыр. Это утверждение сделал не кто иной, как Стивен Хокинг (Stephen Hawking), так не означает ли это, что черных дыр больше нет? Это зависит от того, является ли новая идея Хокинга правдой, и от того, что предполагается под выражением «черная дыра». Заявление основано на новой работе Хокинга, утверждающей, что «горизонта событий» черной дыры не существует.
Под горизонтом событий черной дыры подразумевается точка невозврата при приближении к черной дыре. В общей теории относительности Эйнштейна, горизонт событий – это место, где пространство и время настолько деформированы под воздействием силы тяжести, что вы никогда не сможете оттуда уйти. Пересекая горизонт событий, вы можете двигаться только внутрь, никогда наружу. Однако односторонний горизонт событий приводит к тому, что известно как информационный парадокс.
Информационный парадокс берет начало в термодинамике, в частности во втором ее законе.
В простейшей форме его можно объяснить, как «тепло переносится от горячего тела к холодному». Но закон более полезен, когда выражен в терминах энтропии. Таким образом, он формулируется как «энтропия системы не может уменьшаться». Многие люди интерпретируют энтропию, как уровень беспорядка в системе, или непригодную часть системы. Это означало бы, что вещи всегда должны становиться менее полезными с течением времени. Но энтропия зависит от уровня информации, необходимой для описания системы. Упорядоченную систему (например, шарики равномерно распределены по решетке) легко описать, так как объекты имеют простые связи друг с другом. С другой стороны, неупорядоченная система (шарики распределены беспорядочно) займет больше информации для описания, потому что это не простой шаблон на них. Таким образом, когда второй закон гласит, что энтропия никогда не может уменьшаться, предполагается, что физическая информация системы не может уменьшаться. Другими словами, информация не может быть уничтожена.
Проблема горизонта событий состоит в том, что вы могли бы бросить объект (с большой долей энтропии) в черную дыру, и энтропия должна просто уйти. Другими словами, энтропия Вселенной получится меньше, что будет нарушать второй закон термодинамики. Конечно, это не принимает во внимание квантовые эффекты, именно те, которые известны как излучение Хокинга, впервые предложенные Стивеном Хокингом в 1974 году.
Оригинальная идея излучения Хокинга связана с принципом неопределенности в квантовой теории. В квантовой теории есть пределы тому, что может быть известно об объекте. Например, вы не можете знать точно энергию объекта. Из-за этой неопределенности, энергия системы может колебаться спонтанно, при условии, что ее средний показатель остается неизменным. Хокинг показал, что вблизи горизонта событий черной дыры пары частиц могут появиться, когда одна частица оказывается в ловушке внутри горизонта событий (немного снижая массу черной дыры), а другая может избежать этого, в виде излучения (унося немного энергии черной дыры).
Так как эти квантовые частицы появляются парами, они «спутанны» (связаны в квантовом смысле). Это не имеет большого значения, если вы не хотите, чтобы излучение Хокинга излучало информацию, содержащуюся внутри черной дыры. В первоначальной формулировке Хокинга, частицы появились случайно, поэтому излучение, исходящие от черной дыры, было чисто случайным. Таким образом, излучение Хокинга не позволит вам восстановить любую захваченную информацию.
Чтобы разрешить излучению Хокинга вынести информацию из черной дыры, запутанная связь между парами частиц должна быть разбита на горизонте событий, поэтому частицы смогут затеряться с информационно-несущими веществами внутри черной дыры. Это нарушение первоначальной запутанности должно сделать выделяющиеся частицы проявляющимися, подобно интенсивной «огненной стене» на поверхности горизонта событий. Это означало бы, что все, направляющееся к черной дыре, не будет попадать в черную дыру. Вместо этого оно будет испаряться излучением Хокинга, когда достигнет горизонта событий.
Казалось бы, что либо физическая информация объекта теряется, когда он падает в черную дыру (информационный парадокс), или объекты испаряются перед входом в нее (парадокс огненной стены).
В этой новой работе, Хокинг предлагает другой подход. Он утверждает, что вместо гравитационной деформации космоса и времени в горизонте событий, квантовые флуктуации излучения Хокинга создают слой турбулентности в этом регионе. Таким образом, вместо резкого горизонта событий, черная дыра будет иметь «кажущийся горизонт», который выглядит как горизонт событий, но позволяет информации просачиваться.
Если Стивен Хокинг прав, то он может разрешить парадокс информации/огненной стены, который преследует теоретическую физику. Черные дыры все еще существуют в астрофизическом смысле (одна в центре нашей галактики никуда не денется), но они будут лишены горизонта событий. Следует подчеркнуть, что работа Хокинга не рецензируемая, и ей немного не хватает деталей. Это, скорее, презентация идеи, а не детальное решения парадокса.
Дальнейшие исследования будут необходимы, чтобы определить, станет ли эта идея решением, которое так долго искали.
Существуют ли черные дыры?. Почему наш мир таков, каков он есть [Природа. Человек. Общество (сборник)]
Существуют ли черные дыры?
Самые естественные черные дыры возникают из звезд. Звезда живет, пока в ее недрах легкие элементы превращаются в тяжелые. Так она поддерживает устойчивость. Гравитация стремится схлопнуть звезду, а внутреннее давление этому противодействует. Чтобы было внутреннее давление, нужно, чтобы была энергия. Ее звезда берет из термоядерного синтеза. Когда эта энергия заканчивается, звезда начинает схлопываться. Если масса очень большая, то она схлопнется в черную дыру – это и есть самый естественный процесс образования черных дыр.
Я думаю, что черные дыры есть. Я бы не задумываясь поклялся правой рукой директора своего института в том, что черные дыры существуют. Считается, что в центрах галактик, в том числе и в нашей, есть очень массивные черные дыры.
Пока не совсем понятно, откуда они взялись. Скорее всего, часть из них развилась из самых первых черных дыр, образованных из самых первых звезд. Они поглощали вещество и таким образом нарастили массу. Есть предсказание о первичных черных дырах, промежуточных черных дырах, но их пока никто не наблюдал.
Самые лучшие кандидаты в черные дыры появились в 1970-е годы в системах двойных звезд. Звезды, особенно массивные, по большей части рождаются парами. Идея тоже очень проста, все мы помним, как образовывалась Солнечная система: было облако газа и пыли, оно сжималось. Мы все смотрим фигурное катание и помним, что, когда объект сжимается, он начинает вращаться быстрее. Сжимаясь, это облако может начать вращаться настолько быстро, что разделится на две части: его разрывает вращением, и тогда образуются две звезды. Это общий случай, он часто встречается в природе.
В двойной звезде нет ничего необычного. Если на небе ясно, их можно наблюдать, и особенно красиво, когда они разного цвета.
Как и глаза у людей, звезды тоже бывают разных цветов. Две звезды живут, и одна из них – та, которая быстрее эволюционирует, – может превратиться в черную дыру. Дальше, чтобы ее стало видно, вещество второй звезды должно начать перетекать на первую. Это происходит, если звезда раздулась и вещество с нее захватывается черной дырой. Образуется красивый диск, в котором у самой внутренней его границы вещество двигается с половиной скорости света. Вещество разогревается до миллионов градусов, и мы видим яркий рентгеновский источник.
Именно такие явления стали открывать в 1970-е годы, когда начали запускать спутники с рентгеновскими детекторами. Таких двойных звездных систем сейчас известно множество. Часто это большие системы с гигантскими звездами, которые в десятки раз тяжелее Солнца и намного ярче. В названиях звезд использовались названия спутников, их открывших, координаты звезды, созвездий; часто фигурирует буква Х (икс), потому что на всех языках, кроме русского и немецкого, рентгеновские лучи называются Х-лучами.
Есть замечательная история о том, как в советские времена ученый отправил из-за границы телеграмму в свой институт, потому что было сообщение о вспышке в одной из таких двойных систем. Телеграмма не дошла, а в КГБ долго изучали сообщение: «Следите за Лебедем Х-3».
Сегодня считается, что в таких системах невидимым объектом является черная дыра. Для этого есть причины. В первую очередь это связано с отсутствием пульсаций. Если в рентгеновской системе находится не черная дыра, то это должна быть нейтронная звезда. В двойных с такими объектами часто наблюдают пульсации излучения. На самом деле они не пульсируют так, как пульсирует сердце, просто на поверхности нейтронной звезды есть яркое пятно, а звезда вращается. Периодически, как в маяке, сигнал попадает на Землю, и тогда мы видим объект, регулярно меняющий свою яркость – пульсар[18]. Чтобы объект пульсировал, у него должна быть поверхность. Если рентгеновский объект не пульсирует, скорее всего, у него нет поверхности, а единственный объект, у которого нет поверхности, – это черная дыра.
Есть также некоторые особенности излучения, которые говорят нам о том, что объект, скорее всего, является черной дырой. Но главное – они очень тяжелые. Мы представляем себе примерно, до какой степени можем издеваться над веществом и пытаться его сжать. При некотором усилии вещество отказывается дальше сопротивляться и проваливается в никуда, в черную дыру. Нижняя граница массы черных дыр соответствует трем массам Солнца. Если мы видим темный объект с массой четыре массы Солнца, то это не может быть тяжелая нейтронная звезда. Вы можете сделать кресло, но если вы сделаете кресло с массой в три массы Солнца, оно схлопнется в черную дыру. Такого предмета существовать просто не может, и его нельзя придумать. Это главная причина, почему мы считаем эти объекты черными дырами. Никаких других хороших моделей, позволяющих объяснить тяжелый темный объект, у нас сегодня нет.
Интересно рассмотреть аргумент отсутствия поверхности. Если не черная дыра, то что? В данном случае альтернатива – это нейтронные звезды.
У нейтронных звезд есть поверхность, они иногда могут не пульсировать. Итак, вещество с соседней звезды начинает перетекать на нейтронную звезду. Вещество в этом случае – водород. Водород накапливается, становится горячее и плотнее. Когда водород становится все горячее и плотнее, происходит термоядерный взрыв. И это наблюдается! Однако есть точно такие же системы, где нет никаких вспышек. Единственный здравый аргумент состоит в том, что в такой системе у компактного объекта, на который течет вещество, нет поверхности. По сути это не могут объяснить иначе, чем сказав, что там находится черная дыра.
Черная дыра для физиков – это самая консервативная гипотеза. Вообще говоря, вся экзотика современной науки – темное вещество, темная энергия, черные дыры, вообще все непривычное и таинственное, что есть в современной физике, – это в то же время и самое консервативное, то есть простейшее объяснение наблюдаемых феноменов.
Самая надежная на сегодняшний день черная дыра существует в центре нашей Галактики.
Мы можем сейчас наблюдать, фотографировать, складывать фото и получать реальную картину того, что там происходит. Мы видим, что звезды двигаются в центре Галактики, мы можем видеть кривые вращения, прописать их орбиты, измерить, какая масса заставляет эти звезды крутиться. И мы видим, что в самом-самом центре нашей Галактики сидит объект размером намного меньше земной орбиты, но с массой четыре миллиона масс Солнца. Его называют Sgr A*[19]. Все это мы четко видим по орбитам, так что объект там точно есть, это уже не обсуждается. Единственное здравое объяснение, которое пока придумали, – что тусклый объект с массой четыре миллиона масс Солнца – черная дыра.
А вдруг это не дыра? Расчеты показывают, что если вы разместите в области размером меньше радиуса земной орбиты практически что угодно, то это довольно быстро сколлапсирует в черную дыру. А недавно появился совсем, на мой взгляд, потрясающий аргумент в пользу того, что в центре нашей Галактики находится именно черная дыра. Космос, естественно, не пустой, в нем всегда что-то есть: какой-то мусор, газ.
Если есть тяготеющий центр, то газ туда будет стремиться течь – гравитацию никто не отменял. Мы видим, как в центр течет газ, и если бы там была какая-то стенка, газ бы ударился о нее почти со скоростью света и выделил очень много энергии. Мы, напротив, видим, что более 99,6 % энергии выделяется в самом потоке: газ течет и, ни во что не врезаясь, куда-то исчезает. Единственное здравое объяснение опять – черная дыра.
Несмотря на все это никому Нобелевскую премию за черные дыры пока не дали. Существование горизонта черной дыры реально не доказано, сделать это технически сложно. Тем не менее есть надежда в ближайшие годы прямо увидеть этот горизонт. Связано это с совсем экзотическим процессом. Мы знаем, что есть двойные звезды. Одна звезда уже превратилась в черную дыру. Теперь, говорю я, вторая звезда тоже может превратиться в черную дыру. Первая превратилась, а если вторая достаточно массивна, то и ей ничего не мешает тоже превратиться в черную дыру. Итак, у нас получилось две черные дыры.
Обе они крутятся в двойной системе, и эта система начинает испускать гравитационное излучение. Идея гравитационных волн на самом деле довольно простая. Известно, что общая теория относительности – это геометрическая теория гравитации. Соответственно, тяжелые тела искажают пространство. Если взять айпад и надавить на него пальцем, то есть массивным телом, поверхность исказится. Если же будет два пальца, которые, вращаясь, воздействуют на экран, будет видно, как по нему бегут волны. Примерно то же и с искривлением пространства. Теперь представьте вместо айпада пространство-время. Если взять пространство-время, то обычные волны превратятся в гравитационные. Они предсказаны теорией относительности, но до сих пор напрямую не открыты, хотя люди очень стараются и надеются. Двойные черные дыры – самый мощный источник гравитационных волн. Когда они совсем сливаются, волн становится очень много. Были построены специальные детекторы, которые заработают через несколько лет. Тогда мы прямо увидим, как искажается пространство и время в момент слияния черных дыр.
Идея детектора примерно такая. Берется труба длиной около километра. В трубе вакуум и висят зеркала массой где-то под тонну. Между ними бегает лазерный луч. Проходит гравитационная волна, и зеркала немножко сближаются-отдаляются. Они колеблются, и получается сигнал. Колебание подвешенных зеркал можно заметить. Таким образом, мы не просто увидим гравитационные волны, но увидим прямой сигнал от взаимодействия горизонтов в черных дырах. Тогда Нобелевская премия будет дана одновременно за открытие гравитационных волн и черных дыр.
«В искусстве я ничего не понимаю, но науку могу сделать немножко понятнее».
Сергей Попов
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
«Метод дыры»
«Метод дыры»
Примерно 20 лет назад, когда Россия вошла в эпоху монетократии (всевластия денег), стало модно оценивать человека и его физическую жизнь в финансовых цифрах.
Например, если у кого-то есть активы на 10 млрд долларов, то этот кто-то стоит $10 млрд. А если у кого-то
5. Сверхновые звезды, пульсары и черные дыры
5. Сверхновые звезды, пульсары и черные дыры
В предыдущей главе была набросана картина эволюции «нормальной» звезды от момента ее зарождения в виде сгустка сжимающейся газопылевой туманности до глубокой «старости» — сверхплотного холодного «черного» карлика. Однако
Приложение III Существуют ли внеземные цивилизации?[68]
Приложение III
Существуют ли внеземные цивилизации?[68]
Не приходится доказывать то давно известное обстоятельство, что наука не может получить достаточно полное представление об изучаемом объекте, если он известен в одном-единственном экземпляре. Изучение природы всегда
Факты между тем существуют
Факты между тем существуют
Формалисты (ОПОЯЗ) в то же время не хотят сопротивляться научному факту.
Если факты разрушают теорию, то тем лучше для теории.Она создана нами, а не дана нам на хранение.Изменение эстетического материала – социальный факт, проследим его хотя бы
«Черные дыры» мировой экономики
«Черные дыры» мировой экономики
Признаки и виды офшоров. Важнейшим элементом современного механизма мировой экономики являются офшоры. Под офшорами понимаются страны и территории, которые обладают следующими признаками:— обеспечивают конфиденциальность финансовых,
7/2/2005 Озоновые дыры
7/2/2005
Озоновые дыры
Не все неизменно плохо, и самый упертый критикан должен отдать справедливость петербургскому начальству. Ведь могут, когда хотят. Погода, во всяком случае, на этой неделе налажена.С городского неба сдернули намокшее ватное одеяло — весна введена в
Глава 22.
«Черные дыры» мировой экономики
Глава 22. «Черные дыры» мировой экономики
1. Признаки и виды офшоровВажнейшим элементом современного механизма мировой экономики являются офшоры. Под офшорами понимаются страны и территории, которые обладают следующими признаками:— обеспечивают конфиденциальность
Временные дыры
Временные дыры
«Секрет фирмы»N17 (152), МАЙ 2006компания: «Айтек»сфера: продажа компьютерного оборудования, информационные технологиипроблема:тайм-менеджментМногие руководители признают эту ситуацию типичной: менеджеры по продажам, вроде бы, загружены, а результат нулевой.
Рукотворные дыры
Рукотворные дыры
К августу 1986 г. сооружение саркофага уже не позволяло вести вертолетную засыпку «по площадям», но до завершения его кровли было еще очень далеко.
Родилось решение: для прекращения или хотя бы минимизации предполагавшегося тогда выброса из шахты реактора
Глава 2 Черные дыры Гарварда
Глава 2
Черные дыры Гарварда
Гарвард всегда представлялся мне просто бумажным символом, неким сертификатом на дорогой бумаге, печатью, скипетром, памятником нерукотворным человеческой престижности, какими, в общем, наверное, и многим видятся обшарпанные столетиями
Дыры в ядерном зонтике
Дыры в ядерном зонтике
Дискуссия Дыры в ядерном зонтике ПОЛИТПРОСВЕТ
Сегодня в сфере стратегических ядерных вооружений США и России складывается ситуация, угрожающая мирному будущему не только России, но и США и всего мира. Проблема касается всех. Что же происходит? С
ДЕНЬ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ
ДЕНЬ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ
19 августа 2003
0
34(509)
Date: 20-08-2003
Author: Александр БРЕЖНЕВ
ДЕНЬ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ
22 августа устанавливался в 1991 году как всенародный праздник.
День флага, день торжества либеральных и демократических ценностей. День победы демократической общественности над
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ГЛОБАЛИЗМА
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ГЛОБАЛИЗМА
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ГЛОБАЛИЗМА
Георгий Судовцев
29 июля 2003
0
31(506)
Date: 29-07-2003
Author: Георгий СУДОВЦЕВ
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ГЛОБАЛИЗМА
То, что происходит сегодня в Либерии и на Филиппинах, вроде бы не имеет прямого отношения к нашим собственным, российским проблемам. Где-то там, на других
Черных дыр не существует, говорит Стивен Хокинг — по крайней мере, не так, как мы думаем .
В новом исследовании Хокинга также говорится, что черные дыры могут не иметь «брандмауэров», разрушительных радиационных поясов, которые, по мнению некоторых исследователей, испепелят все, что проходит через них, но другие ученые считают это невозможным.
(Примечание редактора: следите за нашей статьей «Правда о черных дырах» в мартовском номере журнала National Geographic от 15 февраля.) ускользнуть от них — даже от света, поэтому их называют черными дырами. Граница, за которой предположительно нет возврата, известна как горизонт событий.
В соответствии с этой концепцией вся информация обо всем, что выходит за горизонт событий черной дыры, уничтожается. С другой стороны, квантовая физика, лучшее на сегодняшний день описание того, как Вселенная ведет себя на субатомном уровне, предполагает, что информацию невозможно уничтожить, что приводит к фундаментальному теоретическому конфликту.
Горизонтов событий нет
Теперь Хокинг предлагает решение парадокса: в конце концов, у черных дыр нет горизонтов событий, поэтому они не уничтожают информацию.
«Отсутствие горизонтов событий означает, что не существует черных дыр в смысле режимов, из которых не может выйти свет», — написал Хокинг в статье, которую он разместил в Интернете 22 января.
дал в августе прошлого года на семинаре в Институте теоретической физики им. Кавли в Санта-Барбаре, Калифорния.
Вместо этого Хокинг предполагает, что черные дыры обладают «видимыми горизонтами», которые лишь временно улавливают материю и энергию, которые в конечном итоге могут снова проявиться в виде излучения. Это уходящее излучение обладает всей исходной информацией о том, что попало в черную дыру, хотя и в радикально иной форме. Поскольку исходящая информация зашифрована, пишет Хокинг, нет практического способа реконструировать что-либо, что попало, на основе того, что выходит. Скремблирование происходит потому, что видимый горизонт хаотичен по своей природе, что-то вроде погоды на Земле.
Мы не можем реконструировать объект, упавший в черную дыру, на основе просочившейся из него информации, пишет Хокинг, так же как «нельзя предсказать погоду более чем на несколько дней вперед».
Брандмауэры удалены
Рассуждения Хокинга против горизонтов событий также, по-видимому, устраняют так называемые брандмауэры, которые представляют собой обжигающие зоны интенсивного излучения, которые некоторые ученые недавно (и противоречиво) предположили, что они могут существовать на горизонтах событий или вблизи них.
Чтобы понять значение этого пересмотра, полезно знать, что несколько десятилетий назад Хокинг открыл, что черные дыры не являются идеально «черными». Вместо этого они излучают излучение сразу за своим горизонтом событий, энергия их гравитационных полей заставляет пары частиц появляться в окружающем вакууме.
Со временем генерация так называемого излучения Хокинга заставляет черные дыры терять массу или даже полностью испаряться.
Согласно этой теории, пары частиц, созданные вокруг черных дыр, должны быть запутаны друг с другом. Это означает, что поведение частиц каждой пары связано независимо от расстояния. Один член каждой пары падает в черную дыру, а другой убегает.
Но недавние исследования показывают, что каждая частица, покидающая черную дыру, также должна быть запутана с каждой исходящей частицей, которая уже покинула ее. Это прямо противоречит хорошо проверенному принципу квантовой физики, утверждающему, что запутанность всегда «моногамна», то есть две частицы, и только две, являются парными с момента их создания.
Поскольку никакая частица не может одновременно иметь два вида запутанности — один из которых связывает ее с другой частицей в момент ее происхождения, а другой — со всеми другими частицами, покинувшими черную дыру, — теоретически одно из этих запутываний должно расцепляются, высвобождая огромное количество энергии и создавая брандмауэр.
Брандмауэры подчиняются квантовой физике, решая загадку черных дыр относительно запутанности. Но они создают еще одну проблему, поскольку противоречат хорошо проверенному «принципу эквивалентности» Эйнштейна, который подразумевает, что пересечение горизонта событий черной дыры должно быть ничем не примечательным событием. Гипотетический астронавт, проходящий через горизонт событий, даже не будет знать о прохождении. Однако если бы был брандмауэр, астронавт мгновенно сгорел бы. Поскольку это нарушает принцип Эйнштейна, Хокинг и другие пытались доказать, что брандмауэры невозможны.
«Похоже, что он заменяет брандмауэр стеной хаоса», — сказал физик из Института Кавли Джо Полчински, не участвовавший в работе Хокинга.
Открытые вопросы
Хотя квантовый физик Сет Ллойд из Массачусетского технологического института считает, что идея Хокинга является хорошим способом избежать брандмауэров, он сказал, что на самом деле она не решает проблем, которые создают брандмауэры.
«Я бы предостерег от любой веры в то, что Хокинг придумал радикальное новое решение, отвечающее на все вопросы, касающиеся черных дыр», — сказал физик-теоретик Шон Кэрролл из Калифорнийского технологического института, который не участвовал в этом исследовании. «Эти проблемы очень далеки от решения».
Физик-теоретик Леонард Сасскинд из Стэнфордского университета в Калифорнии, который также не принимал участия в исследованиях Хокинга, предполагает, что может быть другое решение загадок, которые ставят черные дыры. Например, работа Сасскинда и его коллеги Хуана Малдасены намекает на то, что запутанность может быть связана с червоточинами: короткими путями, которые теоретически могут соединять удаленные точки в пространстве и времени.
По словам Сасскинда, это направление мысли могло бы послужить основой для исследований, которые могли бы решить спор о брандмауэре.
Физик-теоретик Дон Пейдж из Университета Альберты в Эдмонтоне, Канада, отметил, что в ближайшем будущем не будет возможности найти доказательства, подтверждающие идею Хокинга. Астрономы не смогут обнаружить никаких отличий в поведении черных дыр от того, что они уже наблюдали.
Тем не менее, новое предложение Хокинга «может привести к более полной теории квантовой гравитации, которая делает другие предсказания, поддающиеся проверке», сказал Пейдж.
Кэрролл планирует следить за Хокингом в ближайшие дни: «Вполне вероятно, что у Хокинга есть гораздо лучший аргумент, который он еще не изложил на бумаге».
Подписывайтесь на Charles Q. Choi в Twitter и Google+.
Читать дальше
Переночевать на этом маяке — захватывающее 32 мили в открытом море
- Путешествовать
Переночевать на этом маяке — захватывающее 32 мили в открытом море
Когда-то маяк для кораблей, плывущих по морю Коварное побережье, Башня Сковороды обрела вторую жизнь в качестве морского аванпоста и эко-домика.
Что нужно знать о пищевой аллергии
- Наука
Что вам нужно знать о пищевых аллергиях
Специалисты говорят, что в области аллергии наступило захватывающее время. Вот что нужно знать о том, что вызывает пищевую аллергию, и о новых исследованиях, которые могут помочь нам справиться с ней.
Осьминог пойман, защищая свое пространство — бросая предметы
- Животные
Осьминог пойман защищая свое пространство — бросая предметы
Известно, что немногие животные бросают предметы. Известно, что еще меньшее число, в которое теперь входит мрачный осьминог, нападает на других животных.
Эксклюзивный контент для подписчиков
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении истории будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории
Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету
Подробнее
8 способов узнать, что черные дыры действительно существуют
Из всех выдающихся концепций астрономии черных дыр могут быть самыми странными.
Область космоса, где материя настолько плотно упакована, что ничто, даже сам свет, не может ускользнуть, эти темные бегемоты также представляют довольно устрашающую перспективу. Поскольку внутри них нарушаются все обычные законы физики, заманчиво отмахнуться от черных дыр как от научной фантастики. Тем не менее, есть множество свидетельств — как прямых, так и косвенных — того, что они действительно существуют во Вселенной.
«Надежное предсказание» Эйнштейна
Черные дыры оказались неизбежным следствием общей теории относительности Альберта Эйнштейна. (Изображение предоставлено: Bettmann / Contributor)
В качестве теоретической возможности черные дыры были предсказаны в 1916 году Карлом Шварцшильдом, который обнаружил, что они являются неизбежным следствием общей теории относительности Эйнштейна . Другими словами, если теория Эйнштейна верна, а все факты говорят о том, что 0158 — значит, должны существовать черные дыры.
Впоследствии они были еще более обоснованы Роджером Пенроузом и Стивеном Хокингом, которые показали, что любой объект, коллапсирующий в черную дыру, образует сингулярность, в которой традиционные законы физики нарушаются, согласно данным Кембриджского университета . Это стало настолько широко признано, что Пенроуз был удостоен доли в Нобелевской премии по физике 2020 года «за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности».
Гамма-всплески
Гамма-всплески, вызванные рождением черных дыр, обнаружены наземным оборудованием. (Изображение предоставлено NASA/Swift/Cruz deWilde)
В 1930-х годах индийский астрофизик Субраманиан Чандрасекар наблюдал, что происходит со звездой, когда она израсходовала все свое ядерное топливо, по данным НАСА . . Он обнаружил, что конечный результат зависит от массы звезды. Если эта звезда действительно большая, скажем, 20 масс Солнца, то ее плотное ядро, которое само по себе может быть в три или более раз больше массы Солнца, коллапсирует вплоть до черной дыры, согласно НАСА.
Окончательный коллапс ядра происходит невероятно быстро, за считанные секунды, и при этом высвобождается огромное количество энергии в виде гамма-всплеск . Этот всплеск может излучать в космос столько энергии, сколько обычная звезда излучает за всю свою жизнь. И телескопы на Земле зафиксировали многие из этих всплесков, некоторые из которых исходят из галактик, удаленных от нас на миллиарды световых лет; так что мы действительно можем видеть, как рождаются черные дыры.
Гравитационные волны
Гравитационные волны в представлении художника. Черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга, создают рябь в пространстве-времени, которая распространяется наружу в виде гравитационных волн. (Изображение предоставлено Р. Хёртом/Caltech-JPL)
Черные дыры не всегда существуют по отдельности — иногда они встречаются парами, вращаясь вокруг друг друга. Когда они это делают, гравитационное взаимодействие между ними создает рябь в пространстве-времени , которая распространяется наружу в виде гравитационных волн — еще одно предсказание теории относительности Эйнштейна.
С такими обсерваториями, как Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория и Virgo, у нас теперь есть возможность обнаруживать эти волны.0157 Space.com сообщил . О первом открытии, связанном с слиянием двух черных дыр, было объявлено еще в 2016 году, и с тех пор было сделано еще много других. По мере улучшения чувствительности детектора обнаруживаются и другие события, генерирующие волны, помимо слияний черных дыр — например, столкновение между черной дырой и нейтронной звездой, которое произошло далеко за пределами нашей галактики на расстоянии от 650 миллионов до 1,5 миллиардов световых волн. лет от Земли, Живая наука сообщила .
Невидимый спутник
Впечатление художника показывает орбиты объектов тройной системы HR 6819. (Изображение предоставлено L. Calçada/ESO)
Кратковременные высокоэнергетические события, вызывающие гамма-всплески и гравитационные волны, могут быть видны на полпути через наблюдаемую Вселенную, но для большей части в их жизни черные дыры по самой своей природе будут почти незаметны.
Тот факт, что они не излучают никакого света или другого излучения, означает, что они могут скрываться в наших космических окрестностях без ведома астрономов. Однако есть один безошибочный способ обнаружить темных зверей — через их гравитационное воздействие на другие звезды. При наблюдении обычной двойной системы или пары вращающихся вокруг звезд, известной как HR 6819.в 2020 году астрономы заметили странности в движении двух видимых звезд, которые можно было бы объяснить, только если бы там был третий, совершенно невидимый объект. Когда они рассчитали его массу — по крайней мере, в четыре раза больше, чем у Солнца — исследователи поняли, что осталась только одна возможность. Это должна была быть черная дыра — самая близкая из обнаруженных к Земле, всего в тысяче световых лет от нас внутри нашей галактики, как сообщает Live Science .
Рентгеновское зрение
Черная дыра Лебедь X-1 вытягивает материал из массивной синей звезды-компаньона. (Изображение предоставлено НАСА/CXC)
Первое наблюдательное свидетельство существования черной дыры появилось в 1971 году, и оно также пришло из двойной звездной системы в нашей собственной галактике.
Система под названием Лебедь X-1 производит одни из самых ярких рентгеновских лучей во Вселенной. Они исходят не от самой черной дыры или ее видимой звезды-компаньона, которая огромна, в 33 раза больше массы нашего собственного Солнца, по данным НАСА . Скорее, материя постоянно отделяется от гигантской звезды и втягивается в аккреционный диск вокруг черной дыры, и именно из этого аккреционного диска, как заявили в НАСА, испускаются рентгеновские лучи. Как они сделали с HR 6819, астрономы могут использовать наблюдаемое движение звезды для оценки массы невидимого объекта в Лебеде X-1. Последние расчеты показывают, что темный объект массой 21 солнечная сконцентрирован в таком маленьком пространстве, что он не может быть ничем иным, как черной дырой, сообщает Live Science .
Сверхмассивные черные дыры
В центре нашей галактики находится сверхмассивная черная дыра в области, известной как Стрелец А. (Изображение предоставлено ESA–C. Carreau)
В дополнение к черным дырам, образовавшимся в результате звездного коллапса, данные свидетельствуют о том, что сверхмассивные черные дыры, каждая из которых имеет массу в миллионы или даже миллиарды солнечных масс, скрывались в центрах галактик с самого начала истории Вселенной, Live Science сообщает .
В случае с так называемыми активными галактиками свидетельства существования этих тяжеловесов впечатляют. По данным НАСА , центральные черные дыры в этих галактиках окружены аккреционными дисками, производящими интенсивное излучение на всех длинах волн света. У нас также есть доказательства того, что в центре нашей галактики есть черная дыра. Это потому, что мы видим, как звезды в этом регионе вращаются так быстро — до 8% скорости света — что они должны вращаться вокруг чего-то очень маленького и массивного. По текущим оценкам, центральная черная дыра Млечного Пути имеет массу около 4 миллионов масс Солнца.
Спагеттификация
Еще одно доказательство существования черных дыр — это… спагеттификация. Вы можете задаться вопросом, что такое спагетификация? Это то, что происходит, когда вы падаете в черную дыру, и это довольно очевидно. Вы растягиваетесь в тонкие нити из-за сильного гравитационного притяжения черной дыры. К счастью, это вряд ли случится с вами или кем-либо из ваших знакомых, но вполне может быть судьбой звезды, которая слишком близко подобралась к сверхмассивной черной дыре 9.
0157 Живая наука сообщила . В октябре 2020 года астрономы стали свидетелями этого разрыва — или, по крайней мере, они увидели вспышку света от несчастной звезды, когда она была разорвана на части. К счастью, спагеттификация произошла не где-то рядом с Землей, а в галактике на расстоянии 215 миллионов световых лет от нас.
И наконец — прямое изображение
Первое в истории прямое изображение черной дыры. (Изображение предоставлено коллаборацией Event Horizon Telescope)
(открывается в новой вкладке)
До сих пор у нас было много неопровержимых косвенных доказательств существования черных дыр: всплески радиации или гравитационные волны или динамические воздействия на другие тела, которые не могли t были произведены любым другим объектом, известным науке. Но окончательное решение пришло в апреле 2019 года., в форме прямое изображение сверхмассивной черной дыры в центре активной галактики Мессье 87. Эта потрясающая фотография была сделана Телескопом горизонта событий — название слегка вводящее в заблуждение, поскольку он состоит из большой сети телескопов, разбросанных по во всем мире, а не на одном инструменте.