Авторизация

Трио огромных черных дыр, белые дыры и черные дыры-близнецы

  • 29.06.2014, 00:07,
  • Просмотров: 0

Две близкорасположенные черные дыры в галактике, находящейся в 4,2 млрд световых лет от Земли, излучают волнистые струи, а третья черная дыра, находящаяся чуть поодаль, испускает прямые струи. Исследование показывает, что этот вид систем встречается чаще, чем считалось ранее.

Ученые обнаружили далекую галактику не с одной, а сразу тремя сверхмассивными черными дырами в ее ядре. Новое открытие позволяет предположить, что тесные группы таких гигантских черных дыр гораздо более распространены, чем считалось ранее, что потенциально открывает новый способ их легкого обнаружения, говорят исследователи.

Сверхмассивные черные дыры, чья масса может быть равна массе миллионов и даже миллиардов Солнц, как полагают, скрываются в сердцах практически каждой большой галактики во Вселенной. У большинства галактик в центре только одна сверхмассивная черная дыра. Однако галактики эволюционируют путем слияния, а у слившихся галактик иногда может быть несколько сверхмассивных черных дыр.

 -

Астрономы наблюдали за галактикой со сложным именем SDSS J150243.09+111557.3, в которой, как они думали, может быть две гигантских черных дыры. Она находится на расстоянии 4,2 млрд световых лет от Земли, «около трети пути через Вселенную», сказал ведущий автор исследования Роджер Дин (Roger Deane), радиоастроном из Университета Кейптауна в Южной Африке. Для исследования этой галактики ученые объединили сигналы с больших радиоантенн, находящихся на расстоянии до 10 000 км друг от друга, и использовали технику под названием радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ). С помощью европейской РСДБ-сети исследователи смогли увидеть в 50 раз более мелкие детали по сравнению с возможностями космического телескопа Hubble.

Астрономы неожиданно для себя обнаружили, что галактика является домом не для двух гигантских черных дыр, а сразу трех. Две из них находятся очень близко друг к другу, отчего казалось, что они единое целое.

 -

Роджер Дин (Roger Deane)радиоастроном, Университет Кейптауна, Южная Африка

Масса каждой из трех черных дыр равна приблизительно 100 млн Солнц.

До этого ученые были знакомы с четырьмя тройными системами черных дыр. Однако между двумя объектами самой близкой пары около 7 825 световых лет. В новом трио сверхмассивных черных дыр самое маленькое расстояние между ними составляет всего около 455 световых лет, это вторая самая близкая пара черных дыр.

Исследователи обнаружили эту пару черных дыр после того, как изучили всего шесть галактик. Это говорит о том, что плотные пары сверхмассивных черных дыр «встречаются гораздо чаще, чем предполагали предыдущие наблюдения». Зная, как часто сливаются сверхмассивные черные дыры, можно понять, как это влияет на их галактики, отметили исследователи.

Сверхмассивные черные дыры могут способствовать эволюции галактик с взрывами энергии, выделяемой турбулентной материей, которую проглатывает черная дыра. Хотя есть вероятность, что близкие пары сверхмассивных черных дыр ранее было трудно разделить, исследователи обнаружили, что новая пара оставляет за собой спиралеподобный след из испускаемых ею радиоволн. Это говорит о том, что эти завитые струи могут стать отличительным знаком близких пар. В этом случае нет необходимости использовать телескопические наблюдения высокого разрешения, например, европейскую РСДБ-сеть.

 -

Роджер Дин (Roger Deane)радиоастроном, Университет Кейптауна, Южная Африка

Спиральные радиоструи, свойственные близким парам, могут стать очень эффективным способом идентификации этих систем, которые находятся даже еще ближе друг к другу.

Близко вращающиеся черные дыры, как полагают, генерируют рябь в ткани пространства и времени, известную как гравитационные волны, которые теоретически можно обнаружить во всей Вселенной. Найдя более тесные пары черных дыр, ученые смогут точнее оценить, сколько гравитационного излучения генерируют эти пары, сказал Дин.

 -

Роджер Дин (Roger Deane)радиоастроном, Университет Кейптауна, Южная Африка

Конечной целью является самосогласованное понимание того, как две отдельные черные дыры из двух взаимодействующих галактик медленно движутся друг к другу, влияют на свои галактики, испускают гравитационные волны и постепенно сливаются в одну, что, по прогнозам, является страшным событием.
Черные дыры близнецы.

Это одна из главных загадок космологии и звездного развития. Как в ранней Вселенной супермассивные черные дыры становились… такими супермассивными? Ведь у них не было достаточно времени, чтобы накопить свою массу посредством одних только устойчивых процессов прироста.

 -

две зарождающиеся черные дыры художественное представление

Две зарождающиеся черные дыры, сформировавшиеся в результате гибели одной супергигантской звезды. Художественное представление.

Сперва надо «съесть» вещества на миллиард солнц, даже при здоровом аппетите и наличии хорошей гравитационной силы на это уходит далеко не пара сотен лет. Но все же они есть, эти гигантские черные дыры, возникшие в отдаленных галактиках, где они уже хвастались своими размерами, когда Вселенная праздновала свой миллионный день рождения.

Недавние исследования, проведенные в Калифорнийском технологическом институте, показали, что эти супермассивные черные дыры были сформированы в результате гибели определенных типов изначально гигантских звезд, экзотических звездных динозавров, которые умерли молодыми. Во время их разрушения образуется не одна, а сразу две черных дыры, каждая набирает свою собственную массу, затем они сливаются в одного супермассивного монстра.

 -

Чтобы понять происхождение молодых супермассивных черных дыр, Кристиан Рейссвиг (Christian Reisswig), постдоктор астрофизики в Калифорнийском технологическом институте, и Кристиан Отт (Christian Ott), доцент теоретической астрофизики, обратились к модели, использующей супермассивные звезды. Эти гигантские, относительно экзотические звезды, как полагают, существовали в течение недолгого времени в ранней Вселенной.

В отличие от обычных звезд, супермассивные звезды стабилизируются вопреки силе тяжести, главным образом, за счет собственного фотонного излучения.

У очень массивной звезды фотонное излучение (поток фотонов, направленный наружу, который появляется из-за очень высоких внутренних температур звезды) толкает газ от звезды, а гравитационная сила, наоборот, направляет его к ней.

Супермассивная звезда медленно охлаждается из-за энергетической потери, возникающей от эмиссии фотонного излучения. Со снижением температуры она становится более компактной, и ее плотность в центре постепенно увеличивается. Этот процесс длится в течение нескольких миллионов лет, пока звезда из-за своей компактности не станет гравитационно неустойчивой, тогда она начинает разрушаться.

Предыдущие исследования показали, что когда супермассивные звезды разрушаются, они имеют сферическую форму, которая из-за быстрого вращения становится смазанной. Эту форму называют осесимметричной конфигурацией.

Учитывая тот факт, что очень быстро вращающиеся звезды склонны к минимальным волнениям, Рейссвиг и его коллеги посчитали, что эти волнения могли привести к отклонениям звезды к неосесимметричной форме во время своей гибели. Крошечные колебания начали очень быстро расти, в итоге газ звезды сформировал высокоплотные фрагменты.

Кристиан Рейссвиг постдоктор в Калифорнийском технологическом институте

Рост черных дыр до супермассивных масштабов в молодой вселенной кажется весьма возможным, если масса «семени» была достаточно большой

Chandra Hubble супермассивные черные дыры ранняя Вселенной

Изображения с Chandra и Hubble, показывающие супермассивные черные дыры в ранней Вселенной.

Эти фрагменты вращались вокруг центра звезды и, собирая вещество, становились все более плотными и горячими.

Затем происходит «нечто очень интересное».

При достаточно высоких температурах вырабатывается энергия, которая позволяет электронам и их античастицам, позитронам, создать электрон-позитронные пары. Создание этих пар вызвало потерю давления, ускоряя процесс разрушения. В результате два орбитальных фрагмента стали настолько плотными, что сформировали две черные дыры. Далее, продолжая расти, они слились в одну большую черную дыру.
Кристиан Рейссвигпостдоктор в Калифорнийском технологическом институте

Это новое открытие. Никто никогда до этого не предполагал, что одна разрушающаяся звезда может создать две постепенно сливающиеся черные дыры

Черная дыра —- это билет в один конец. Согласно общей теории относительности, все, что пересекает ее границу, горизонт событий, никогда не вернется назад. Для частиц черная дыра станет будущим. Мы никогда не сможем увидеть, что же происходит с частицами, попадающими в воронку. Свет, который излучает частица (а это единственный способ наблюдения за ее последними шагами) будет растягиваться, становясь все более тусклым, до тех пор, пока не исчезнет.

На самом деле, история гораздо более странная. Если мы будет наблюдать за падением частицы, мы можем так и не дожить до момента, когда она пересечет горизонт событий. Экстремальная сила притяжения черной дыры «съедает» время, поэтому для стороннего наблюдателя время около нее будет идти намного медленнее. Нам будет казаться, что частица движется к горизонту событий бесконечно долго. С точки зрения частицы это произойдет незаметно, без каких либо необычных явлений во времени и пространстве.

Если черная дыра – дверь в никуда, то логично было бы спросить, а есть ли оттуда выход?

Общая теория относительности, которая является стандартной теорией гравитации вот уже 100 лет, не делает различий между прошлым и будущим, временем, идущим вперед, и временем, идущим назад. Ньютоновская физика также симметрична относительно времени. Таким образом, идея о существовании «белых дыр» как отражения черных дыр, имеет свой теоретический смысл. У белой дыры тоже есть свой горизонт событий, который нельзя пересечь в обратном направлении. Однако ее горизонт лежит в прошлом. Появляющиеся в нем частицы будут набирать энергию и усиливать свой свет. Если частица каким-то образом появится на горизонте событий, но ее «вытолкнет» наружу.

В принципе, белая дыра – это черная дыра наоборот. Общая теория относительно вполне может предсказать подобные объекты и описать их математически.

Но существуют ли белые дыры? И если да, то что это говорит о симметрии времени?

 -

Ничего и что-то

 -

 -

Черные дыры являются обычным явлением в космосе, в центре практически каждой крупной галактики есть огромная дыра, не говоря уже о маленьких. Тем не менее, астрономы не обнаружили ни единой белой дыры. Однако это не означает, что их нет, возможно, их просто нужно поискать. Если они действительно отталкивают частицы, есть небольшая вероятность того, что они невидимы.

Еще один вопрос: как формируются белые дыры? Черные дыры являются результатом гравитационного коллапса. Когда звезда, которая, как минимум, в 8-20 раз больше Солнца, исчерпывает свое ядерное топливо, она больше не может производить достаточно энергии, чтобы удерживать баланс внутренней силы гравитации. Ядро взрывается, плотность повышается, а гравитация становится настолько сильной, что даже свет не может от нее уйти. В результате образуется черная дыра, сравнимая с большой звездой.

Сверхмассивные черные дыры, которые в миллионы или миллиарды раз тяжелее, формируются каким-то неизвестным образом. В любом случае, они тоже являются результатом гравитационного коллапса, будь то огромная суперзвезда, появившаяся в первые дни мироздания, огромное облако газа в сердце первобытной галактики или какой-либо другой феномен.

Формирование белой дыры также подразумевает нечто похожее на гравитационный взрыв, однако пока не ясно, как именно они возникают. Один из вариантов, белые дыры могут быть «приклеены» к черным. С этой точки зрения, черная и белая дыры являются двумя сторонами одного объекта, соединенные кротовой норой (как во многих научно-фантастических рассказах). К сожалению, этот вариант не решает одной проблемы: согласно теории, если материя попадет в кротовую нору, это приведет к ее краху, в результате чего проход между черной и белой дырами закроется. (Технически, можно создать стабильную червоточину, если существует «экзотическое вещество» с отрицательной энергии, однако это вещество пока не найдено).

 -

Вопрос времени

Итак, мы пришли к выводу, что в нашей Вселенной множество черных дыр, но нет белых. Однако это не означает, что время ассиметрично. Общая теория относительности по-прежнему работает, но природа гравитационного коллапса такова, что время течет лишь в одном направлении. Это соответствует ситуации с космосом в целом.

Когда-то давно произошел Большой взрыв, в результате чего началось стремительное расширение, по-видимому, из одной точки. При этом все говорит против возможного существования Большого сжатия, восстановления всего существующего в одну единственную точку когда-то в далеком будущем. Если нынешние тенденции сохранятся (например, если темная энергия резко не поменяет своих свойств), Вселенная будет продолжать ускоренно расширяться. В этом случае, симметрия Вселенной явно отсутствует.

В чем-то Большой взрыв похож на белую дыру. Для всех наблюдателей он находится в прошлом, а частицы выходят наружу. Однако у него не было горизонта событий (а это значит, что мы имеем дело с «голой сингулярностью», что звучит гораздо более странно, чем это есть на самом деле). Несмотря на это, он все же напоминает гравитационный коллапс в обратном направлении. Только потому, что уравнения общей теории относительности позволяют предсказать белые дыры, большие сжатия и кротовые норы, это не означает, что они действительно существуют. Асимметрия времени гравитации не присуща, однако она возникает из особенностей поведения материи и энергии. Физикам еще предстоит это узнать.

 -

источник

http://www.qwrt.ru/news/2274

http://www.qwrt.ru/news/1029

http://www.qwrt.ru/news/2024

http://www.qwrt.ru/news/1462

http://www.qwrt.ru/news/757

 -

А вообще мы уже с вами разговаривали подробно про Что такое черная дыра ?. Вот еще 10 странных вещей во Вселенной и Поглощение газового облака сверхмассивной черной дырой. Вот посмотрите еще на Фабрику звезд

теги: Космос
Оставить комментарий
иконка
Посетители, находящиеся в группе Гость, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
  • Сегодня
  • Читаемое
  • Комментируют


Облако тегов
Опрос
Календарь
«    Август 2020    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31