Астрофизики Event Horizon смогли зафиксировать тень черной дыры в галактике М87 — кольцо излучения и материи на краю горизонта событий. Сверхмассивная чёрная дыра — чёрная дыра с массой 105—1011 масс Солнца. Сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая Млечный Путь[2][3]. Черная дыра Черные дыры, вероятнее всего, совсем не ограничены никаким горизонтом событий.
Путешествие среди чёрных дыр
Это похоже на то, как будет различаться горизонт с разных точек поверхности планеты. Горизонт Риндлера Горизонт событий также существует для наблюдателя, который находится в состоянии релятивистски равноускоренного движения. Такое тело будут сопровождать два горизонта, которые во многом схожи с горизонтом чёрных дыр. К примеру, этот горизонт будет также обладать излучением, аналогичному излучению испаряющихся чёрных дыр. Этот горизонт также называется горизонтом Риндлера. Он назван в честь его первооткрывателя Вольфганта Риндлера, который, к слову, придумал сам термин «горизонт событий».
Видимый горизонт Черная дыра в представлении художника Итак, теперь мы имеем представление о том, каким видит горизонт событий современная наука. Казалось бы, каким образом Стивен Хоккинг решил опровергнуть его существование. На самом деле новая гипотеза создана, чтобы разрешить некоторые противоречия, связанные с чёрными дырами. Зарождающаяся квантовая теория уже превратила чёрные дыры в объекты, способные излучать. Согласно той же квантовой модели, горизонт событий для нашего звездолёта теперь не будет просто условной границей.
Обладая большой концентрацией энергии, «новый» квантовый горизонт событий полностью уничтожит звездолёт. Однако, как мы помним, согласно принципам теории относительности, звездолёт должен беспрепятственно пройти этот рубеж. Первое прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени в центре галактики M87 Поэтому было решено внести некоторые коррективы в устоявшиеся представления о горизонте событий. Теперь горизонт событий лишь временно удерживает то, что получил. По мере испарения чёрной дыры информация вернётся за горизонт, хоть и в искаженном виде.
Однако даже сам Хоккинг называет свою идею не больше, чем и гипотезой. Он подчеркивает, что учёным ещё многое нужно познать, прежде чем с уверенностью говорить о горизонте событий. Герой фантастики Черная дыра Гаргантюа из фильма Интерстеллар В любом случае загадочность и неизведанность горизонта событий ещё долго будет будоражить умы фантастов. Чаще всего горизонт событий фигурирует как ворота в отдалённое пространство, время или измерение. Фантасты действительно вольны приписывать ему многие свойства, ведь пока что с ними неспособна поспорить наука.
Наиболее удачной в этом плане можно выделить кинокартину Кристофера Нолана «Интерстеллар». Над сценарием и проработкой графики картины трудился не безызвестный физик-теоретик Кип Торн. Это резко выделяет фильм на фоне большинства фантастических картин. Вряд ли кто-то может сравниться с реалистичностью «прорисовки» сверхмассивной чёрной дыры, проделанной в «Интерстелларе». Для тех, кто хочет почувствовать себя героем «Интерстлеллара» создано приложение.
При разрушении приливами возникают яркие вспышки света, когда газовый поток взаимодействует с диском материала, вращающимся вокруг чёрной дыры. Учёные исследуют эти вспышки, чтобы получить характеристики системы: не все события разрушения приливными силами приводят к мгновенному уничтожению звезды. Иногда звезда обращается вокруг чёрной дыры на таком расстоянии, где приливные силы не так сильны, чтобы полностью разорвать звезду, но они всё равно стягивают с неё газ и материал. Звезда продолжает обращаться вокруг чёрной дыры до тех пор, пока не теряет слишком много газа и материала, и наконец истощается.
Swift J0230 — одно из таких событий.
Общеизвестно, что черные дыры поглощают звезды, планеты и другую материю, которая оказывается в зоне их притяжения. Но новая гипотеза, предложенная учеными из Германии, Италии и Нидерландов, предполагает, что и сами черные дыры могут быть притянуты одним из типов нейтронных звезд и поглощены ими. Расчеты команды опубликованы на сервисе препринтов arXiv , о них сообщает портал UniverseToday. Куда делись пульсары?
Неожиданная гипотеза была разработана в попытке ответить на вопрос: почему, несмотря на тщательные поиски, ученым так и не удалось обнаружить в центральном секторе нашей галактики Млечный путь ни одного пульсара? Пульсарами называют один из типов нейтронных звезд, образующихся после сверхновых. Его отличает очень быстрое вращение: некоторые делают оборот вокруг оси за доли секунды.
Из 3 и неотрицательности энтропии получаем знаменитое ограничение сверху на энтропию вещества: Sвещество? Из стандартного курса статистической физики известно, что энтропия системы является не первичным понятием, а функцией от степеней свободы микроскопических составляющих системы - например, энтропия газа определяется как логарифм числа возможных микросостояний его молекул.
Таким образом, если черная дыра имеет энтропию, то она должна обладать внутренней структурой! Только в последние годы наметился подлинно большой прогресс в понимании этой структуры 1 , а тогда идеи Бекенштейна были вообще скептически восприняты физиками. Стивен Хокинг, по его собственному признанию, решил опровергнуть Бекенштейна его же оружием - термодинамикой. Излучение Хокинга. Коль скоро 2 и 3 наделены физическим смыслом, первый закон термодинамики диктует, что черная дыра должна иметь температуру T.
Но позвольте, какая может быть у нее температура?! Ведь в таком случае дыра должна излучать, что противоречит ее главному свойству! Действительно, классическая черная дыра температуры, отличной от абсолютного нуля, иметь не может. Однако если предположить, что микросостояния черной дыры подчиняются законам квантовой механики , что, вообще говоря, практически очевидно, то противоречие легко устранимо. Согласно квантовой механике, а точнее, ее обобщению - квантовой теории поля, может происходить спонтанное рождение частиц из вакуума.
При отсутствии внешних полей пара частица-античастица, рожденная таким образом, аннигилирует обратно в вакуумное состояние. Однако если поблизости есть черная дыра, ее поле притянет ближайшую частицу. Тогда, по закону сохранения энергии-импульса, другая частица уйдет на бoльшее расстояние от черной дыры, унося с собой "приданое" - часть энергии-массы коллапсара иногда говорят, что "черная дыра потратила часть энергии на рождение пары", что не совсем корректно, ибо выживает не вся пара, а только одна частица. Как бы то ни было, в результате удаленный наблюдатель обнаружит поток всевозможных частиц, излучаемых черной дырой, которая будет расходовать свою массу на рождение пар, пока полностью не испарится, превратившись в облако излучения 2. Температура черной дыры обратно пропорциональна ее массе, таким образом, более массивные испаряются медленнее, ибо время их жизни пропорционально кубу массы в четырехмерном пространстве-времени.
Черные дыры и сингулярности В научно-фантастической литературе и фильмах черная дыра обычно представляется этаким космическим Гаргантюа, безжалостно пожирающим пролетающие корабли с отважными блондинками и даже целые планеты. Увы, если бы фантасты знали о современной физике чуть больше, они бы не были столь несправедливы к черным дырам. Дело в том, что коллапсары фактически защищают Вселенную от гораздо более грозных монстров... Сингулярностью называется точка пространства, в которой его кривизна неограниченно стремится к бесконечности, - пространство-время как бы рвется в этой точке. Современная теория говорит о существовании сингулярностей как о неизбежном факте 3 - с математической точки зрения, решения уравнений, описывающие сингулярности, также равноправны, как и все прочие решения, описывающие более привычные объекты Вселенной, которые мы наблюдаем.
Есть тут, однако, очень серьезная проблема. Дело в том, что для описания физических явлений необходимо не только иметь соответствующие уравнения, но нужно также задать граничные и начальные условия. Так вот, в сингулярных точках эти самые условия задать нельзя в принципе , что делает предсказательное описание последующей динамики невозможным. А теперь представим, что на раннем этапе существования Вселенной когда она была достаточно малой и плотной образуется множество сингулярностей. Тогда в областях, которые находятся внутри световых конусов этих сингулярностей иными словами, причинно-зависимых от них никакое детерминистское описание невозможно.
Мы имеем абсолютный и бесструктурный хаос, без намека на какую-либо причинность. Далее, эти области хаоса расширяются со временем по мере эволюции Вселенной. В результате к настоящему времени подавляющая часть Вселенной была бы совершенно стохастичной случайной и ни о каких "законах природы" не могло бы быть и речи. Не говоря уже о блондинках, планетах и прочих неоднородностях вроде нас с вами. К счастью, ситуацию спасают наши ненасытные обжоры.
Математическая структура уравнений фундаментальной теории и их решений указывает на то, что в реальных ситуациях пространственные сингулярности должны появляться не сами по себе, а исключительно внутри черных дыр. Как тут не вспомнить мифологических титанов, пытавшихся воцарить Хаос на Земле, но низвергнутых Зевсом и Ко в Тартар и благополучно заключенных там навеки… Таким образом, черные дыры отделяют сингулярности от остальной Вселенной и не позволяют им влиять на ее причинно-следственные связи. Этот принцип запрета существования "голых" англ. Пенроузом в 1969 году, получил название гипотезы космической цензуры. Как это часто бывает с фундаментальными принципами, полностью он не доказан, но принципиальных нарушений пока замечено не было - Космический цензор на пенсию пока не собирается.
Стало быть, фундаментальная квантовая теория с учетом ОТО также принадлежит к этому типу? Так какая же из формул верна: 4 , базирующаяся на ОТО и свойствах черных дыр в квазиклассическом приближении, или 5 , основанная на экстраполяции обычной квантовой теории поля до планковских масштабов? В настоящее время имеются весьма сильные аргументы в пользу того, что "мертва" скорее формула 5 , чем 4. Это, в свою очередь, может означать, что подлинно фундаментальная теория материи не просто очередная модификация квантовой теории поля, сформулированной "по объему", а некая теория, "живущая" на определенной поверхности, ограничивающей этот объем. Гипотеза получила название голографического принципа , по аналогии с оптической голограммой, которая, будучи плоской, тем не менее дает объемное изображение.
Принцип сразу же вызвал большой интерес, ибо теория "на поверхности" - это нечто принципиально новое, вдобавок сулящее упрощение математического описания: ввиду понижения пространственной размерности на единицу, поверхности имеют меньшее число геометрических степеней свободы. Первое дает рецепт вычисления статистической энтропии 4 для общего случая материального тела, как определенной величины, вычисляемой на светоподобных мировых поверхностях, ортогональных поверхности тела да простит меня неискушенный читатель за эту фразу. Общая идея состоит в следующем. Что принять за меру энтропии в искривленном пространстве-времени, то есть как ее посчитать правильно?
«Интерстеллар» с точки зрения науки
Конечно, это не прямолинейная визуализация космического объекта, а образ, близкий по пластике и эстетике, и вдохновивший на графически чистую геометрию. Но ведь можно представить, что Москва образно похожа на черную дыру, куда всех затягивает. А Кремль спрятался во мраке за горизонтом событий.
Одна из них расположена прямо над северным полюсом Гаргантюа, другая — прямо под южным.
Это аналоги Полярной звезды, которая расположена прямо над Северным полюсом Земли. Я нарисовал пятиконечные звездочки рядом с первичными красная звездочка и вторичными желтая изображениями полярных звезд Гаргантюа. С Земли кажется, будто все звезды циркулируют вокруг Полярной звезды — поскольку мы вращаемся вместе с Землей.
Аналогично по мере движения камеры по орбите вокруг дыры все первичные изображения звезд рядом с Гаргантюа циркулируют вокруг первичных изображений полярных звезд, но пути их движения например, две замкнутые красные кривые сильно искажены пространственным вихрем и гравитационным линзированием. Тем же образом вторичные изображения звезд циркулируют вокруг вторичных изображений полярных звезд например, вдоль двух желтых кривых. Почему в случае невращающейся черной дыры рис.
На самом деле они все же циркулируют вдоль замкнутых кривых, но внутренний край этих кривых находится так близко к краю тени, что его невозможно увидеть.
Такую форму искусственной гравитации вы испытываете, когда едете вокруг кривой малого радиуса и вам кажется, что вас отталкивает наружу, от центральной точки кривой. Во вращающемся космическом корабле стены для вас становятся полом. Вращающаяся черная дыра в космосе Астрономы, хотя и косвенно, наблюдали в нашей Вселенной вращающиеся черные дыры. Никто не знает, что находится в центре черной дыры, но у ученых есть для этого название — сингулярность. Вращающиеся черные дыры искажают пространство вокруг себя по-иному в отличие от неподвижных черных дыр. Этот процесс искажения называется "увлечение инерциальных систем отсчёта" или эффект Лензе-Тирринга, и оно влияет на то, как будет выглядеть черная дыра, искажая пространство, и что более важно пространство-время вокруг нее. Черная дыра, которую вы видите в фильме, достаточно сильно приближена к научному понятию. Космический корабль "Эндюранс" направляется к Гаргантюа - вымышленной сверхмассивной черной дыре массой в 100 миллион раз больше Солнца. Она находится на расстоянии 10 миллиардов световых лет от Земли, и вокруг нее вращается несколько планет.
Гаргантюа вращается с поразительной скоростью 99,8 процентов от скорости света. Аккреционный диск Гарагантюа содержит газ и пыль с температурой поверхности Солнца. Диск снабжает планеты Гаргантюа светом и теплом. Сложный вид черной дыры в фильме связан с тем, что изображение аккреционного диска искривлено гравитационным линзированием. На изображении появляется две дуги: одна образуется над черной дырой, а другая под ней. Кротовая нора Кротовая нора или червоточина, которую использует экипаж в "Интерстеллар" — это одно из явлений в фильме, существование которого не доказано. Она гипотетическая, но очень удобная в сюжетах научно-фантастических историй, где нужно преодолеть большое космическое расстояние. Просто кротовые норы — это своего рода кратчайший путь сквозь пространство. Любой объект с массой создает норку в пространстве, что означает, что пространство можно растягивать, деформировать и даже складывать. Червоточина - это как складка на ткани пространства и времени , которая соединяет две очень далекие области, что помогает космическим путешественникам преодолеть большое расстояние за короткий период времени.
Официальное название кротовой норы — "мост Эйнштейна-Розена", так как впервые она была предложена Альбертом Эйнштейном и его коллегой Натаном Розеном в 1935 году. В двухмерных диаграммах устье кротовой норы показано в виде круга. Однако, если бы мы могли увидеть кротовую нору, она бы выглядела, как сфера. На поверхности сферы был бы виден гравитационно искаженный вид пространства с другой стороны "норы". Размеры кротовой норы в фильме: 2 км в диаметре и расстояние переноса - 10 миллиардов световых лет. Гравитационное замедление времени Гравитационное замедление времени — это реальное явление, наблюдаемое на Земле. Оно возникает потому, что время относительно. Это означает, что оно течет по-разному для различных систем координат. Когда вы находитесь в сильной гравитационной среде, время течет медленнее для вас по сравнению с людьми, находящимися в слабой гравитационной среде. Вселенная таит в себе множество загадок.
Строение и особенности различных , возможность межпланетных путешествий привлекают внимание не только ученых, но и любителей научной фантастики. Естественно, наибольшей привлекательностью обладает то, что имеет уникальные свойства, что, в силу разных обстоятельств, недостаточно исследовано. К подобным объектам относятся чёрные дыры. Чёрные дыры обладают очень высокой плотностью и невероятно большой силой гравитации. Даже лучи света не могут вырваться из них. Именно поэтому учёные могут «увидеть» чёрную дыру только благодаря тому действию, которое она оказывает на окружающее пространство. В непосредственной близости от чёрной дыры вещество раскаляется и движется с очень большой скоростью. Это газообразное вещество называют аккреционным диском, который выглядит как плоское светящееся облако. Рентгеновское излучение аккреционного диска учёные наблюдают в рентгеновские телескопы. Также фиксируют огромную скорость движения звёзд по их орбитам, что происходит благодаря большой гравитации невидимого объекта огромной массы.
Астрономы выделяют три класса чёрных дыр: Чёрные дыры, имеющие звёздную массу, Чёрные дыры с промежуточной массой, Сверхмассивные чёрные дыры. Звёздной считают массу от трех до ста солнечных масс. Сверхмассивными называют чёрные дыры, имеющие от сотен тысяч до нескольких миллиардов масс Солнца. Они находятся обычно в центре галактик. Вторая космическая скорость или скорость убегания — это тот минимум, который необходимо достичь для преодоления гравитационного притяжения и выхода за пределы орбиты данного небесного тела. Для Земли скорость убегания равна одиннадцати километрам в секунду, а для чёрной дыры - это более трёхсот тысяч, вот насколько сильна её гравитация! Границу чёрной дыры называют горизонтом событий. Объект, попавший внутрь него, уже не может покинуть эту область. Размер горизонта событий пропорционален массе чёрной дыры. Чтобы показать, насколько огромна плотность чёрных дыр, учёные приводят следующие цифры — чёрная дыра с массой, в 10 раз превосходящей солнечную, имела бы, примерно, 60 км в диаметре, а чёрная дыра с массой нашей Земли — всего лишь 2 см.
Но это только теоретические расчеты, поскольку чёрных дыр, не достигших трёх солнечных масс, учёными ещё не выявлено. Всё, что входит в область горизонта событий, двигается по направлению к сингулярности. Сингулярность, если сказать упрощенно, - это место, где плотность стремится к бесконечности. Через гравитационную сингулярность нельзя провести входящую в неё геодезическую линию. Для чёрной дыры характерно искривление структуры пространства и времени. Прямая линия, которая в физике представляет собой путь движения света в вакууме, вблизи чёрной дыры становится кривой. Какие физические законы работают рядом с точкой сингулярности и непосредственно в ней, пока неизвестно. Некоторые исследователи, например, говорят о наличии так называемых червоточин, или пространственно-временных туннелей, в чёрных дырах. Но не все учёные согласны признать существование подобных туннелей-червоточин. Тема космических путешествий, пространственно-временных туннелей служит источником вдохновения для писателей-фантастов, сценаристов и режиссеров.
В 2014 году состоялась премьера фильма «Интерстеллар». Над его созданием работала целая группа учёных. Их руководителем стал известный учёный, специалист в области теории гравитации, астрофизики — Кип Стивен Торн. Этот фильм считают одним из самых научных среди фантастических кинокартин и, соответственно, предъявляют к нему высокие требования. Велись многочисленные споры о том, насколько различные моменты фильма соответствуют научным фактам. Была даже издана книга «Наука Интерстеллара», в которой профессор Стивен Торн объясняет с научной точки зрения различные эпизоды из фильма. Он говорил о том, что многое в киноленте основано как на научных фактах, так и на научных предположениях.
Сходным образом у Гаргантюа все первичные звездные изображения обращаются вокруг красных изображений полюсных звезд по мере движения камеры по орбите дыры, но траектории их обращения например, две красные кривые-турбуленции сильно искажены пространственным вихрем и гравитационной линзой. Аналогично, все вторичные звездные изображения обращаются вокруг желтых изображений полюсных звезд например, вдоль двух искаженных желтых кривых. Почему в случае невращающейся черной дыры рисунок 8. Вообще-то, они таки обращаются по замкнутой кривой в случае невращающейся черной дыры. Однако, внутренний край этой замкнутой кривой так близко к краю тени, что его невозможно увидеть. Вращение Гаргантюа создает пространственный вихрь, и этот вихрь отодвигает внутреннее кольцо Эйнштейна наружу, вскрывая рисунок полного обращения вторичных изображений желтые кривые на рисунке 8. Внутри внутреннего кольца Эйнштейна рисунок струения более запутан. Звезды в этой области - это третичные и еще более высокоразрядные изображения всех звезд во Вселенной - тех же, что видны в виде первичных изображений снаружи от внешнего кольца Эйнштейна и в виде вторичных изображений между кольцами Эйнштейна. Луч света несет камере изображение звезды, которое находится на кончике голубой стрелки. Камера движется вокруг Гаргантюа против часовой стрелки. Можно здорово вникнуть в гравитационную линзу, если самостоятельно пройтись по этим картинкам одной за другой. Отметьте: настоящее направление на звезду - вверх и вправо посмотрите на внешние концы красных лучей. Камера и начало каждого луча указывают на изображение звезды. Десятое изображение совсем рядом с левым краем тени, а правое вторичное изображение - рядом с правым краем; сравнивая направления камеры для этих изображений, мы видим, что тень занимает дугу около 150 градусов в направлении вверх. Это несмотря на то, что настоящее направление от камеры к центру Гаргантюа - влево и вверх. Линза сместила тень относительно настоящего положения Гаргантюа. Лучи света, которые несут изображения звезд на кончиках голубых стрелок. Пол вывел меня на связь с командой Интерстеллара, которую он собрал в студии по визуальным эффектам Double Negative в Лондоне. Я вошел в раж, тесно работая с Оливером Джеймсом, главным ученым. Мы с Оливером разговаривали по телефону и по Скайпу, обменивались электронными сообщениями и файлами и встречались лично в Лос-Анджелесе и в его офисе в Лондоне. У Оливера ученая степень по оптике и атомной физике, и он понимает законы теории относительности Эйнштейна, так что мы говорили на одном и том же техническом языке. Некоторые из моих коллег-физиков уже делали компьютерные модели того, что увидит наблюдатель, находясь на орбите черной дыры или даже падая в нее. Эндрю создал видео о черных дырах, которое показывают в планетариях по всему миру, а Ален смоделировал черные дыры, которые вращаются очень-очень быстро, как Гаргантюа. Так что первоначально я собирался свести Оливера с Аленом и Эндрю и попросить их предоставить ему необходимые входные данные. Несколько дней мне было неуютно от этого решения, а потом я передумал. В течение своей полувековой карьеры физика я прикладывал огромные усилия, совершая новые открытия сам и воспитывая студентов, совершавших новые открытия. Почему бы, для разнообразия, не сделать что-нибудь просто потому, что это весело, спросил я себя, даже если другие уже делали это до меня? И это было весело. И к моему удивлению, побочным продуктом это привело скромно к новым открытиям. Эти уравнения рассчитывают траектории световых лучей, начинающихся от некоторого источника света, к примеру, от далекой звезды, и движущихся сквозь искривленное пространство Гаргантюа к камере. Из этих лучей света мои уравнения затем рассчитывают видимые камерой изображения, учитывая не только источники света и искажение пространства и времени Гаргантюа, но и движение камеры вокруг Гаргантюа. Получив эти уравнения, я сам опробовал их с помощью дружелюбного программного обеспечения под названием Mathematica. Я сравнивал изображения, создаваемые моим компьютерным кодом Mathematica, с изображениями Алена Riazuelo, и когда они согласовались, я возликовал. Затем я написал подробные описания своих уравнений и отправил их Оливеру в Лондон, вместе с моим кодом Mathematica. Мой код был очень медленным и имел низкое разрешение. Задачей Оливера было перевести мои уравнения в компьютерный код, который мог бы создать необходимые для фильма изображения IMAX сверхвысокого качества. Мы с Оливером делали это пошагово.
Видео обои Сверхмассивная чёрная дыра
Forwarded from ДПС контроль Благовещенск (@dpskontrol_28rus) Сканер портамур амурлайф новости ДТП аварии autoroadblg народный. В Белогорске автомобиль засосало в Гаргантюа (черную дыру). Невероятное приключение автомобиля на ул. Гастелло. Живые обои «Космическая черная дыра, туманный круг». Искувственно смодулированная Кипом Торном СМЧД (сверхмассивная черная дыра («Гаргантюа») специально для киноленты Кристофера Нолана «Интерстеллар».
Фильм «Интерстеллар» секрет концовки раскрыли спустя 9 лет
Эти снимки неожиданным образом показали, что черная дыра-«гаргантюа» и сама W2246-0526 были соединены толстыми линиями из холодного газа и пыли с тремя спутниками этого «звездного мегаполиса». Вымышленная черная дыра «Гаргантюа» (сцена из фильма «Интерстеллар»).© Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection. Звездный узор на рис. 8.1 (Гаргантюа) заметно отличается от изображенного на рис. 8.4 (невращающаяся черная дыра), а эффект при движении камеры отличается еще больше. Изучаем свойства чёрных дыр: откуда они берутся, каких размеров бывают и что в реальности сделали бы с планетой Миллер из «Интерстеллара». Эта черная дыра вовсе не похожа на Гаргантюа — аналог из фильма Нолана с МакКонахи в главной роли. Изучив орбитальное вращение этого «бублика», вы определяете массу черной дыры – 2·109 Mслн, т.е. примерно в тысячу раз меньше, чем масса Гаргантюа, но гораздо больше массы любой черной дыры в Млечном Пути.
Самая важная вещь во вселенной. Снимок черной дыры стал научным прорывом?
При разрушении приливами возникают яркие вспышки света, когда газовый поток взаимодействует с диском материала, вращающимся вокруг чёрной дыры. Учёные исследуют эти вспышки, чтобы получить характеристики системы: не все события разрушения приливными силами приводят к мгновенному уничтожению звезды. Иногда звезда обращается вокруг чёрной дыры на таком расстоянии, где приливные силы не так сильны, чтобы полностью разорвать звезду, но они всё равно стягивают с неё газ и материал. Звезда продолжает обращаться вокруг чёрной дыры до тех пор, пока не теряет слишком много газа и материала, и наконец истощается.
Swift J0230 — одно из таких событий.
Все эти три параметра непосредственно зависят от самого наблюдателя. В этом и состоит одно из отличий горизонта событий чёрной дыры от горизонта событий Вселенной. То есть, горизонт событий чёрной дыры не зависит от местоположения различных наблюдателей. Напротив, каждый наблюдатель, в зависимости от своего местоположения, будет видеть границу Вселенной по-своему. Это похоже на то, как будет различаться горизонт с разных точек поверхности планеты.
Горизонт Риндлера Горизонт событий также существует для наблюдателя, который находится в состоянии релятивистски равноускоренного движения. Такое тело будут сопровождать два горизонта, которые во многом схожи с горизонтом чёрных дыр. К примеру, этот горизонт будет также обладать излучением, аналогичному излучению испаряющихся чёрных дыр. Этот горизонт также называется горизонтом Риндлера. Он назван в честь его первооткрывателя Вольфганта Риндлера, который, к слову, придумал сам термин «горизонт событий». Видимый горизонт Черная дыра в представлении художника Итак, теперь мы имеем представление о том, каким видит горизонт событий современная наука.
Казалось бы, каким образом Стивен Хоккинг решил опровергнуть его существование. На самом деле новая гипотеза создана, чтобы разрешить некоторые противоречия, связанные с чёрными дырами. Зарождающаяся квантовая теория уже превратила чёрные дыры в объекты, способные излучать. Согласно той же квантовой модели, горизонт событий для нашего звездолёта теперь не будет просто условной границей. Обладая большой концентрацией энергии, «новый» квантовый горизонт событий полностью уничтожит звездолёт. Однако, как мы помним, согласно принципам теории относительности, звездолёт должен беспрепятственно пройти этот рубеж.
Первое прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени в центре галактики M87 Поэтому было решено внести некоторые коррективы в устоявшиеся представления о горизонте событий. Теперь горизонт событий лишь временно удерживает то, что получил. По мере испарения чёрной дыры информация вернётся за горизонт, хоть и в искаженном виде. Однако даже сам Хоккинг называет свою идею не больше, чем и гипотезой. Он подчеркивает, что учёным ещё многое нужно познать, прежде чем с уверенностью говорить о горизонте событий. Герой фантастики Черная дыра Гаргантюа из фильма Интерстеллар В любом случае загадочность и неизведанность горизонта событий ещё долго будет будоражить умы фантастов.
Чаще всего горизонт событий фигурирует как ворота в отдалённое пространство, время или измерение. Фантасты действительно вольны приписывать ему многие свойства, ведь пока что с ними неспособна поспорить наука.
Отправляясь в путешествие, вы детально изучили свойства черных дыр. Как доказали в 70-е годы английский и канадские астрофизики С. Хокинг, В. Израэл и Б.
Картер, использовавшие представления общей теории относительности ОТО Эйнштейна, черная дыра — это удивительно простой объект. Все его свойства — сила гравитационного притяжения, отклоняющая световое излучение звезд, а также форма и размер ее поверхности — определяются лишь двумя числами: массой дыры которую вы уже знаете и моментом количества движения. Этот момент — мера того, как быстро дыра вращается вокруг собственной оси. Вращаясь, она создает в пространстве вокруг себя некий вихрь, закручивающий все, что попадает внутрь дыры. Падая, некоторые водородные атомы межзвездной среды кружатся по часовой стрелке, а другие — в противоположном направлении. В результате они могут сталкиваться между собой, но в среднем падают в дыру отвесно «вертикально» , т.
И вы приходите к выводу, что эта черная дыра с массой 10 Mслн едва ли вращается вообще — ее момент количества движения близок к нулю. Зная массу и момент количества движения, можно теперь, пользуясь формулами ОТО, рассчитать все свойства, которыми должна обладать черная дыра. Наиболее интересны свойства ее поверхности, или горизонта — границы, из-за которой все, что падает в дыру, уже не может вернуться; границы, из-за которой не выбраться звездолету и даже любому виду излучения: радиоволнам, свету, рентгеновским или гамма-лучам. Поскольку эта дыра не вращается, ее горизонт имеет форму сферы, длина большой окружности которой при массе 10 Mслн составляет 185 км, что равно, например, периметру Лос-Анджелеса. Эта величина ничтожна по сравнению с длиной вашей орбиты 1 млн км. И тем не менее в столь крошечный объем втиснута масса вдесятеро больше солнечной!
Но насколько позволяют судить ваши наблюдения, она сотворена из вакуума — пустоты. Снаружи от горизонта вещества нет вовсе, если не считать атомов водорода, падающих в дыру из межзвездного пространства, и вашего корабля. И так как они никогда больше не появятся и не передадут никакой информации наружу, вы можете полагать в своих дальнейших расчетах, что они полностью исчезли из нашей Вселенной. Единственное, что после них осталось,— сильное гравитационное притяжение, которое влияет на вашу орбиту так же, как и до коллапса, и которое на сфере с экватором длиной 185 км становится столь огромным, что преодолевает любое сопротивление и, тем самым, создает горизонт. Однако вас уже предупредили, что не следует доверять подобным вычислениям по двум причинам. Во-вторых, понятие диаметра имеет смысл лишь тогда, когда вы его можете измерить.
Но чтобы измерить диаметр горизонта черной дыры, вам придется проникнуть внутрь него, а очутившись там, вы никогда не сможете вернуться в нашу Вселенную. Вам не удастся даже передать результаты своих измерений на Землю — сигналы не выйдут за горизонт из-за неумолимого тяготения. Но тут же вы вспоминаете, что, хотя снаружи черная дыра чрезвычайно проста, о ее внутренности этого сказать нельзя. Хотя по массе и моменту количества движения черной дыры вы в состоянии вычислить все ее свойства снаружи, вы не можете ничего узнать о ее внутренности. Она может иметь неупорядоченную структуру и быть сильно несимметричной. Все это будет зависеть от деталей коллапса, в результате которого образовалась черная дыра, а также от особенностей последующего втягивания межзвездного водорода.
Так что диаметр дыры просто нельзя рассчитать на основе той убогой информации, которая имеется в вашем распоряжении. Получив эти результаты, вы можете исследовать окрестности горизонта черной дыры. Не желая рисковать человеческой жизнью, вы отправляете десятисантиметровый робот по имени R3D3 со встроенным передатчиком, который должен передать результаты своих исследований на корабль. Робот получает довольно простое задание: с помощью ракетного двигателя он должен сойти с круговой орбиты вашего звездолета и начать падать к черной дыре. Падая, R3D3 будет передавать на корабль информацию о состоянии своих электронных систем и о пройденном расстоянии. Для этого может быть использован ярко-зеленый луч лазера.
Вы рассчитываете принять лазерный сигнал, расшифровать его для определения состояния аппаратуры и пройденного расстояния, а также измерить цвет длину волны излучения. Вы знаете, что, хотя лазер все время испускает зеленый луч, вы будете видеть его все более красным по мере приближения робота к горизонту черной дыры. Отчасти излучение «покраснеет» за счет того, что ему придется затратить энергию на преодоление сильного гравитационного поля черной дыры, и отчасти — из-за доплеровского смещения, связанного с удалением источника излучения от вас. Измеряя «покраснение» лазерного излучения, вы сможете рассчитать скорость падения робота. Итак, эксперимент начинается. R3D3 сходит с круговой орбиты и падает по радиальной траектории.
Как только он начинает падать, вы пускаете часы, по которым фиксируется время прихода лазерных импульсов. По истечении 10 с вы получаете от него сообщение, что все системы функционируют нормально и он уже опустился на 2600 км. Здесь и далее прим. Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт — на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс.
Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость — 30 тыс. А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено — лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом. По мере того как возбуждение спадает и вы подавляете налет сожаления по поводу участи робота, ваше внимание вновь обращается к записанным данным.
В них зафиксированы подробности изменения окраски лазерного излучения. Вы знаете, что свет представляет собой колебания электромагнитного поля и что каждый цвет характеризуется своей собственной длиной волны. Там, в записях — история этого удлинения. Из них следует, что пока R3D3 падал, длина волны принимаемого вами излучения сначала менялась очень медленно, а затем все быстрее и быстрее. Следует предположить, однако, что длина волны продолжала все так же удваиваться и после этого, так что после огромного числа удвоений длина волны стала бесконечной и возле горизонта все еще испускались чрезвычайно слабые и длинноволновые сигналы. Означает ли это, что R3D3 так и не пересек горизонт и никогда не сможет сделать этого?
Вовсе нет. Эти последние сигналы с многократно удваивавшейся длиной волны будут бесконечно долго «выбираться» из «тисков» гравитационного поля черной дыры. Но слабые сигналы от него будут продолжать приходить, поскольку время их пребывания в пути оказалось бесконечно велико. Они — следы далекого прошлого. Подчеркнем, что реализовать такую систему отсчета на самом горизонте и внутри него невозможно. Поэтому никаких нарушений принципа причинности, конечно, не происходит.
После многочасового изучения данных, полученных от робота, и продолжительного сна, необходимого для восстановления сил, вы приступаете к следующему этапу исследований. На этот раз вы решаете самостоятельно обследовать окрестности горизонта событий, правда, рассчитываете сделать это с большей предосторожностью, чем ваш посланник: вместо свободного падения к горизонту, вы собираетесь снижаться постепенно. Попрощавшись с командой, вы влезаете в спускаемый аппарат и покидаете корабль, оставаясь сначала на той же круговой орбите. Затем, включая ракетный двигатель, слегка тормозите, чтобы замедлить свое орбитальное движение. При этом вы начинаете по спирали приближаться к горизонту, переходя с одной круговой орбиты на другую. Ваша цель — выйти на круговую орбиту с периметром, слегка превышающим длину горизонта.
Поскольку вы движетесь по спирали, длина вашей орбиты постепенно сокращается: от 1 млн км до 500 тыс. Находясь в состоянии невесомости, вы подвешены в своем аппарате, предположим, ногами — к черной дыре, а головой — к орбите вашего корабля и звездам. Но постепенно вы начинаете ощущать, что кто-то тянет вас за ноги вниз и вверх — за голову. Вы соображаете, что причина — притяжение черной дыры: ноги ближе к дыре, чем голова, поэтому они притягиваются сильнее. То же самое справедливо, конечно, и на Земле, но разница в притяжении ног и головы там ничтожна — меньше 10—6, так что никто этого не замечает. Двигаясь же по орбите длиной 80 тыс.
Несколько озадаченный вы продолжаете движение по закручивающейся спирали, но удивление быстро сменяется беспокойством: по мере уменьшения размеров орбиты, силы, растягивающие вас, будут нарастать все стремительнее. При длине орбиты 64 тыс. Скрипя зубами от натуги, вы продолжаете движение по спирали. При длине орбиты 25 тыс. Больше вы не в состоянии выдержать в вертикальном положении. Пытаетесь решить эту проблему, свернувшись калачиком и подтянув ноги к голове, уменьшив тем самым разность сил.
Но они уже настолько велики, что не дадут вам согнуться — снова вытянут вертикально вдоль радиального по отношению к черной дыре направления. Что бы вы ни предпринимали, ничто не поможет. И если движение по спирали будет продолжаться, ваше тело не выдержит — его разорвет на части. Итак, достичь окрестности горизонта нет никакой надежды... Разбитый, преодолевая чудовищную боль, вы прекращаете свой спуск и переводите аппарат сначала на круговую орбиту, а затем начинаете осторожно и медленно двигаться по расширяющейся спирали, переходя на круговые орбиты все большего размера, пока не доберетесь до звездолета. В изнеможении добравшись до капитанской рубки, вы изливаете свои беды бортовому компьютеру.
Вам рассказывали о растяжении в направлении от головы к ногам в процессе подготовки к полету. Это ведь те же самые силы, что вызывают океанские приливы на Земле». Но почему же робот R3D3 оказался столь стойким к действию приливных сил? Вы догадываетесь, что это произошло по двум причинам: он был изготовлен из сверхпрочного титанового сплава и имел размеры, значительно меньшие, чем ваши. Его высота, помнится, равнялась 10 см и, стало быть, приливная сила, действующая на него, была, соответственно, гораздо слабее.
Развитие науки позволило разрушить наше представление о времени. Когда главные герои попали на планету Миллер, то получили сведения о том, что час, проведенный там, равен семи годам на Земле. Это связано с тем, что планета вращается вокруг черной дыры на близком расстоянии от нее. В фильме подробно объясняется влияние гравитации на время. Гаргантюа — черная дыра огромной массы, а объекты с большой массой способны создать сильную гравитацию. Гравитация искривляет пространство и время. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет изменяться пространство и время, а значит, время будет идти медленнее. Искривление времени также является правдой. В реальном мире время идет быстрее в горах, хоть разница и небольшая. При этом замедляться будут не только часы, но и все процессы, включая старение человека. Почему в фильме показана именно водная планета? Здесь можно рассматривать аналогию с Луной. Жидкость способна двигаться за Луной, притягиваясь. Роль Луны очень высока в жизни Земли, она влияет на продолжительность дня, постепенно отдаляется от Земли, если много лет назад у нас было 18 часов в сутках, то сейчас — 24, что не может не радовать.
Фильм “Интерстеллар” помог ученым раскрыть новые свойства черных дыр
Кстати, общепризнанный в кругах многих астрономов, тот факт, что изображение чёрной дыры "Гаргантюа" из к/a "Интерстеллар" наиболее точно и достоверно передаёт внешний вид свермассивной чд в галактике М87 (точнее её тени). В заключение отметим, что система Гаргантюа — поистине впечатляющее открытие, и нетрудно понять, почему ученые решили назвать ее в честь вымышленной черной дыры в «Интерстеллар». С массивной звездой, меньшей звездой-компаньоном и двумя. Часть светящегося диска черной дыры Гаргантюа вблизи и пролетающий над ним космолет «Эндюранс». Светится не черная дыра, а диск вокруг нее, состоящий из раскаленного газа, который дыра «забирает» у звезд при помощи сил гравитации, когда разрывает их на части.
Гаргантюа: самая большая Солнечная система во Вселенной
Они имеют столь огромную массу, что ни свет, ни материя не способны вырваться за пределы гравитационного влияния. А граница, за которую уже ничто не способно выбраться, называется горизонт событий. Вчера ученые продемонстрировали изображение этого феномена — не фотографию, а реконструированное изображение "тени", которую черная дыра отбрасывает на свет, находящийся по другую сторону. Представленная черная дыра выглядит почти так, как и ожидали ученые, полагаясь на теорию относительности. Слева — изображение черной дыры в центре M87.
В центре — изображение, полученное путем симуляции, справа — размытое изображение симуляции для соответствия разрешению телескопа. Однако обычные люди, складывающие впечатления о черных дырах на основе фильмов, могли ожидать что-то подобное кадру из "Интерстеллар": Однако в действительности разница не столь большая, как кажется. Изображение, представленное в "Интерстеллар", почти корректно. Главное отличие в том, что вокруг центра вымышленной черной дыры находится полоса материи, которой нет на M87.
Такие отклонения от формулы Евклида возможны лишь в кривом пространстве — вы воочию наблюдаете кривизну, которая, в соответствии с предсказаниями ОТО Эйнштейна, должна появляться в сильном гравитационном поле черной дыры. На заключительном этапе спуска вы вынуждены все больше увеличивать тягу двигателей, чтобы замедлить падение. Наконец, вы останавливаетесь, оставаясь на орбите, длина которой составляет 1,0001 длины горизонта. Последний километр пройденного пути уменьшил длину вашей орбиты всего лишь на 0,0628 км. С трудом двигая руками из-за причиняющего мучительную боль притяжения, превосходящего земное в 10 раз, вы готовите телескопы и камеры для длительных и детальных съемок. За исключением слабых вспышек вокруг от нагретого при столкновениях падающего газа, единственный доступный съемке источник излучения — это светлое пятно над вами. Но в этом пятне сконцентрированы изображения всех звезд, обращающихся вокруг Гаргантюа, и всех галактик во Вселенной.
В самом центре пятна расположены галактики, которые находятся над вами точно в зените. Одинаково необычные, цвета всех звезд и галактик сильно искажены. Галактика, которая, как вам известно, излучает в зеленом диапазоне спектра, кажется испускающей мягкое рентгеновское излучение; длина волны ее электромагнитного излучения уменьшилась с 500 до 5 нм за счет гигантского гравитационного притяжения черной дыры, находящейся под вами. После тщательной регистрации всех деталей светлого пятна над вами вы обращаете внимание на то, что происходит внутри звездолета. Вы почти уверены, что здесь, столь близко от горизонта черной дыры, законы физики тоже изменяются и изменения повлияют на вашу собственную физиологию. Вы смотрите на своих спутников и спутниц — они выглядят обычно. Вы ощупываете друг друга — все нормально.
Вы выпиваете стакан воды — за исключением влияния ускорения в 10 g, которое вы можете устранить, если решитесь нырнуть под горизонт, — вода льется нормально. Вы запускаете аргоновый лазер — он испускает такой же яркий пучок зеленого цвета, как и всегда. Вы берете импульсный рубиновый лазер, зеркало, детектор излучения и высокоточные часы; включая и выключая лазер, вы измеряете время прохождения импульса от лазера до зеркала и обратно к детектору, вычисляя из результатов экспериментов скорость света. Все в звездолете выглядит нормально: так, словно вы стоите на поверхности планеты Гиперион, где сила притяжения вдесятеро больше земной. Если не смотреть через иллюминаторы звездолета наружу и не видеть странного пятна над головой и все поглощающей темноты вокруг, нельзя понять, где вы находитесь: возле горизонта черной дыры или на поверхности Гипериона. Кривизна пространства, обусловленная черной дырой, естественно, сохраняется и внутри корабля, так что, располагая достаточно точными инструментами, вы сможете обнаружить ее здесь. Вы ищете добровольцев для самоубийственного спуска в дыру.
Робот R4D5 с его пристрастием к приключениям и опасности вызывается с готовностью. В спускаемом аппарате вместе с ним находится импульсный лазер, зеркало, фотодетектор и часы: робот будет измерять скорость света по мере своего падения и передавать результаты измерений на корабль с помощью лазерных импульсов. R4D5 покидает звездолет и начинает измерения. Модулируемый лазерный пучок сообщает вам: «299 800; 299 800; 299 800... Лазерное излучение превращается из зеленого в красное, инфракрасное, микроволновое, радиоволны, но сообщение остается неизменным: 299 800. А затем пучок пропадает: R4D5 ныряет под горизонт. Но ни разу в процессе своего падения он не регистрирует никаких изменений скорости света внутри спускаемого аппарата и не отмечает никаких отличий от физических законов, управляющих работой его электронных систем.
Результаты этих экспериментов очень радуют вас. Еще в 1907 г. Эйнштейн выдвинул гипотезу базирующуюся в основном на философских соображениях , согласно которой законы физики должны быть одинаковы во Вселенной всюду и всегда, и это утверждение вскоре стало фундаментальным положением, получившим название «принципа эквивалентности Эйнштейна». В дальнейшем этот принцип не раз подвергался экспериментальной проверке, но никогда она не была столь наглядной и тщательной, как в вашем эксперименте в окрестностях горизонта Гаргантюа. Устав от десятикратных перегрузок, вы приступаете к подготовке следующего, завершающего этапа своего путешествия — к возвращению в свою Галактику — Млечный Путь. Вы передаете детальный отчет о своих исследованиях в окрестностях Гаргантюа, и поскольку вскоре намереваетесь двигаться со скоростью, близкой к скорости света, ваше сообщение поступит в Млечный Путь менее чем на год раньше вас по земным часам. По мере удаления звездолета от Гаргантюа вы с помощью телескопа ведете тщательные наблюдения за квазаром 8C 2975.
Его струи — длинные тонкие столбы горячего газа, выбрасываемые из ядра квазара,— имеют огромную длину 3 млн св. Направляя телескопы на ядро, вы видите источник энергии, обеспечивающей существование струй: толстый горячий «бублик» из газа размером около 1 св. Наблюдая вихревое движение газа вблизи дыры, вы приходите к заключению, что эта дыра, в отличие от тех, которые встречались вам прежде, вращается весьма быстро. Энергия, поддерживающая существование струй чудовищной длины, отчасти обусловлена вращением черной дыры, а отчасти — движением газового «бублика». Различие между Гаргантюа и 8C 2975 поразительно: почему Гаргантюа, масса и размеры которой в 1000 раз больше, чем у квазара, не захватывает вращающийся газовый «бублик» и гигантские струи? Дальнейшие исследования подсказывают ответ: один раз в несколько месяцев какая-либо звезда, обращающаяся вокруг черной дыры, входящей в состав квазара, подходит к дыре слишком близко и разрывается на части приливными силами черной дыры. Вещество из внутренней части звезды — газ массой около 1 Mслн — выбрасывается наружу и распределяется вокруг черной дыры, после чего постепенно опускается, группируясь в окружающий дыру «бублик».
В результате он всегда заполнен газом, несмотря на постоянные потери — падение вещества на черную дыру и выброс в струях. Звезды подходят близко и к Гаргантюа. Но из-за ее больших размеров приливные силы снаружи от горизонта слишком слабы, чтобы разорвать звезду на части. Поэтому Гаргантюа «заглатывает» звезды целиком, без выбросов вещества из внутренней части звезды в окружающий ее газовый «бублик». Не имея такого «бублика», Гаргантюа не может образовать струи или другие атрибуты квазаров. Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд лет старше, чем во время вашего старта.
Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации. Аккуратные вычисления на бортовом компьютере предсказывают, что каждая из этих звезд должна была взорваться, пока вы путешествовали к Гаргантюа, образовав невращающуюся черную дыру массой около 24 Mслн общая масса выброшенного при взрыве газа составляет примерно 6 Mслн. Обе черные дыры должны теперь вращаться одна относительно другой, испуская в процессе вращения гравитационные волны. Эти волны будут передавать слабый импульс отдачи черным дырам, вызывая их чрезвычайно медленное, но неумолимое сближение по спирали. Небольшая коррекция ускорения звездолета позволит вам прибыть туда на последней стадии этого взаимного сближения: через несколько дней после прилета вы сможете наблюдать, как сливаются невращающиеся горизонты обеих черных дыр и как в результате образуется одна быстро вращающаяся дыра.
Две родительские дыры были непригодны для поселения, поскольку не обладали заметным моментом количества движения, но новорожденная, быстро вращающаяся дыра представляется идеальной для поселения. Итак, спустя 39 лет 11 мес. А вот и они, точно на месте! Измеряя траектории движения межзвездного водорода, падающего на дыры, вы убеждаетесь, что они не вращаются и масса каждой составляет около 24 Mслн в соответствии с предсказаниями компьютера. Длина горизонта дыры равна 440 км, дыры отстоят на 60 тыс. Подставляя эти значения в формулы Эйнштейна определяющие отдачу при испускании гравитационных волн , вы заключаете, что черные дыры должны слиться через три дня. Этого времени как раз достаточно для подготовки телескопов и съемочных камер к регистрации всех деталей события.
Фотографируя искажения, вносимые гравитационной линзой в распределение звезд, расположенных за дырами, вы без труда проконтролируете их движение. Светлое кольцо сфокусированного излучения звезд, окружающее диск каждой черной дыры, обеспечит вам превосходный фотоснимок. Вам бы хотелось быть поблизости, чтобы видеть все отчетливо, но при этом достаточно далеко, чтобы не испытывать беспокойства из-за приливных сил. Подходящим расстоянием, решаете вы, будет орбита, в 10 раз длиннее той, по которой обращаются черные дыры. В течение трех следующих дней дыры постепенно сближаются и ускоряют свое орбитальное движение. За день до слияния расстояние между ними уменьшается с 60 до 46 тыс. За час до слияния они находятся на расстоянии 21 тыс.
За минуту до слияния расстояние между ними 7400 км, а период 0,61 с. За 10 с до слияния расстояние 4700 км, период 0,31 с. А затем в последние 10 с вы и ваш звездолет начинаете сотрясаться, сначала слабо, а затем все сильнее и сильнее. Все происходит так, словно гигантская пара рук схватила вашу голову и ноги и стала поочередно сжимать и растягивать вас все сильнее и сильнее, быстрее и быстрее. А затем еще более внезапно, чем началась, дрожь прекращается. Все спокойно. Вы привыкли к тому, что гравитационные волны настолько слабы, что зарегистрировать их могут лишь сверхчувствительные приборы.
Но при слиянии черных дыр они необычайно сильны — будь ваша орбита в 50 раз меньше, звездолет могло разорвать на части вызванной ими тряской. Но сейчас вы в безопасности. Слияние завершилось, и волны прошли. На своем пути во Вселенной они расскажут удаленным наблюдателям о происшедшем здесь событии». Направляя телескопы на источник гравитационного поля, вы обнаруживаете, что там, где недавно были две дыры, сейчас всего одна, причем она быстро вращается — вы видите это по вихрям падающих атомов водорода. Эта дыра станет идеальным генератором энергии для вас, вашей команды и тысяч поколений ваших потомков. Аккуратные измерения параметров орбиты звездолета свидетельствуют, что масса образовавшейся дыры составляет 45 Mслн.
Поскольку суммарная масса родительских дыр равнялась 48 Mслн, три солнечных массы должны были превратиться в энергию и унестись гравитационными волнами. Нечего удивляться, что вас трясло так сильно! О вращении дыры свидетельствуют не только возникающие вихри атомов водорода, падающих в дыру, но и форма окруженного светлым кольцом темного пятна на небе под вами: это пятно сплющено из-за вращения дыры, как сплющена из-за вращения Земля. Более того, пятно выпячивается с одной стороны. Зная же момент и массу, вы вычисляете другие свойства черной дыры, включая скорость вращения ее горизонта и длину ее экватора. Вращение дыры заинтересовало вас. Никогда прежде вы не имели возможности вблизи исследовать вращающуюся дыру.
Поэтому вы вновь отыскиваете добровольца, робота R4D4, вызвавшегося исследовать окрестности горизонта. Ему даны четкие инструкции: спуститься, зависнув в нескольких метрах над горизонтом, и там, включив ракетные двигатели, удерживаться неподвижно точно под звездолетом.
Сфотографировать черную дыру удалось благодаря проекту Event Horizon, который с 2012 года занимается этими загадочными объектами.
Спустя семь лет обсерватории проекта, которые следили за черными дырами, объединили усилия и смогли запечатлеть поведение объекта в центре галактики Messier 87, которая расположена в 54 миллионах световых лет от Земли и весит 6,5 миллиарда масс Солнца. Реклама Телескоп размером с Землю Черная дыра — это область пространства, обладающая сильнейшей гравитацией. Исследователи полагали, что такие объекты существуют лишь в рамках общей теории относительности, ведь они невидимы и поглощают электромагнитное излучение.
Астрофизики Event Horizon смогли зафиксировать тень черной дыры в галактике М87 — кольцо излучения и материи на краю горизонта событий. Ученые не просто сфотографировали объект, но и обработали изображения, сделанные с помощью радиотелескопов. Чтобы наблюдать за черной дырой, потребовался бы телескоп, который не может выдержать собственный вес, поэтому исследователи использовали обсерватории, расположенные на Гавайях в США, Испании, Мексике, Чили и на Южном полюсе.
Каждый телескоп собирал информацию, а потом астрофизики использовали суперкомпьютер, чтобы создать изображение, выглядящее так, будто его сделал один большой телескоп размером с Землю. Как сказал астроном Майкл Бремер, в Event Horizon Telescope входят восемь обсерваторий по всему миру. И все они действуют как один телескоп диаметром 10 тысяч километров.
Но фото этого объекта было не первостепенно важным, потому что черная дыра в центре нашей галактики двигается, а поле зрения телескопа не так велико, поэтому ученые решили смотреть сначала на отдаленный объект в чужой галактике. Наблюдения продолжались на протяжении 10 суток в апреле 2017 года. Тогда ученые смогли расшифровать огромный объем данных.
Каждый телескоп собрал по 500 терабайтов информации, на обработку которой ушло два года. Руководитель проекта Шеп Доулман заявил, что полученное изображение черной дыры подтверждает существование горизонта событий — то есть правильность общей теории относительности Эйнштейна. Самым известным в массовой культуре изображением черной дыры стал Гаргантюа в фильме «Интерстеллар».
И пользователи неоднократно заметили, что снимок и кадр из фильма частично сходятся.
Сколько же лететь до ближайшей звезды? В разговоре с профессором в начале фильма Купер упоминает, что до ближайшей звезды лететь больше 1000 лет, и это не имеет смысла. Одна из ближайших звездных систем к Земле — Альфа Центавра, она находится на расстоянии почти 40 триллионов километров. На самом деле у NASA разрабатывается проект, который заключается в отправке туда микрозондов которые весят менее грамма, и разгонять их будут лазерным лучом. А если брать скорость зонда Helios, быстрейшего космического аппарата на данный момент, то на это потребуется 18 тысяч лет. Что с кротовой норой, Купер? Поначалу главный герой демонстрирует весьма глубокие знания в вопросе кротовых нор, но дальше по сюжету фильма эти знания почему-то исчезают. Он верно подмечает, что они не образуются сами собой, большинство физиков действительно считают, что такие сложные и необычные объекты не могут возникнуть во Вселенной естественным путем, как, например звезды и галактики.
Кадр из фильма. Источник: kinopoisk. Но мы в 2023-м до сих пор не наблюдаем ничего похожего возле Сатурна. И очень странно, что, судя по словам героев, такому интересному космическому объекту было уделено мало внимания — за все годы с ее открытия по гравитационным волнам от черной дыры туда отправилась всего одна экспедиция, да и то колонизаторская.
Гаргантюа интерстеллар [82 фото]
Её название происходит от персонажа французской литературы — Гаргантюа, которого описывали как огромного человека с необычайно большими размерами. Именно такие размеры имеет и данная черная дыра, что и послужило основанием для её названия. Гаргантюа находится в нашей галактике, в центре Млечного Пути, и её масса составляет около 17 миллиардов масс Солнца. Её свойства стали известны благодаря множеству исследований, одним из которых является исследование гравитационных волн, которые были обнаружены в 2015 году. Эти волны были образованы из-за слияния двух черных дыр, одна из которых оказалась Гаргантюа. В массовой культуре черная дыра Гаргантюа стала символом невероятной притягательной силы, магической силы, которая может забрасывать людей в другие миры.
У довольно крупного Млечного пути ее масса оценивается в 4 млн солнц. А теперь представьте небольшую галактику NGC 1277 в 230 млн световых лет от нас.
Наблюдения за движением звезд в ее центре показали, что они вращаются вокруг центра огромной массы. Масса дыры составляет невероятные 17 млрд солнц, а размеры вдесятеро больше диаметра орбиты Плутона.
Неожиданная гипотеза была разработана в попытке ответить на вопрос: почему, несмотря на тщательные поиски, ученым так и не удалось обнаружить в центральном секторе нашей галактики Млечный путь ни одного пульсара? Пульсарами называют один из типов нейтронных звезд, образующихся после сверхновых.
Его отличает очень быстрое вращение: некоторые делают оборот вокруг оси за доли секунды. Из-за этого излучение от таких звезд исходит, как свет от маяка, и наблюдателями на Земле считывается как мерцание отдельных импульсов. Несмотря на то, что пульсаров нет в радиусе примерно 25 парсеков от ядра галактики, до недавнего времени это ученых не слишком смущало: многие просто считали, что пока нет техники, способной их обнаружить, ведь как и все нейтронные звезды, пульсары по размерам сравнимы с небольшим городом на Земле, хоть и обладают массой больше, чем у Солнца. По одной из уже существующих версий, в космосе есть «неработающие» пульсары, которые лишились возможности вращаться.
Они, как считается, образуются в двойных звездных системах.
Однако, о чем я смогу заявить точно, так это о крайне прекрасном и завораживающем внешнем виде, способном притягивать не только мой, но и чужие взгляды. Используя данные обои более двух недель я заметил неравнодушие и "звериный интерес", проявляемый к этой картинке у своих друзей. Ее отличной особенностью также является и музыка, используемая в качестве звукового сопровождения. Это композиция "First step" от Hans Zimmer.