Откройте для себя загадочный мир черных дыр и проекты, которые пытаются их запечатлеть
Черные дыры являются одними из самых впечатляющих и самых странных астрономических странностей в существовании. Но, какими бы сложными они ни были, именно Альберт Эйнштейн впервые предсказал их присутствие еще в 1916 году с помощью своей теории общей теории относительности. Однако только в 1967 году астроном Джон Уилер придумал название «черные дыры», довольно точное прозвище, учитывая, что даже свет не может уйти от него.
Галактические гиганты
Звездные черные дыры, рожденные в результате смерти звезды, создаются коллапсом массы звезды и представляют собой наименьшую форму черной дыры. Как и наше Солнце, звезды превращают водород в гелий во время ядерного синтеза в их ядре. Излучение, вызванное этой реакцией, воздействует на гравитационные силы звезды, которые толкают внутрь. Пока существует баланс между излучением и гравитацией, звезда останется такой, как есть. Однако, поскольку это излучение со временем уменьшается, борьба с гравитацией также уменьшается. В конце концов гравитация звезды заставляет ее массу складываться, создавая звездную черную дыру, в результате чего особенность примерно в 30 и более раз превышает массу нашего Солнца. Хотя звездные черные дыры довольно большие, есть и другие, которые заставляют их выглядеть крошечными.
В основе галактик лежат сверхмассивные черные дыры. Обладая массой более 1 миллиона Солнц, эти черные дыры являются настоящими галактическими гигантами. Хотя их происхождение неясно, некоторые предполагают, что они являются результатом коллапса массивных газовых облаков во время формирования галактики.
Что особенно интересно в сверхмассивных черных дырах и что ученые хотят изучать, так это горизонт событий. Точка, в которой ничто не может избежать гравитационного притяжения черной дыры, эта граница отбрасывает «тень» на черную дыру. Например, используя ручку, нарисуйте круг на листе бумаги. Как вы видите круг на странице? Чернила показывают круг, так же, как горизонт событий обнаруживает черную дыру. В этой точке нисходящей бесконечной гравитации само время зависит от гравитации черной дыры. Однако черные дыры действуют не как пылесос, всасывающий звездную пыль, а скорее как глубокий колодец, в который безвозвратно падают предметы.
В настоящее время существование черной дыры, как мы ее знаем, носит теоретический характер. Причина, по которой мы знаем, что эти массы существуют, заключается в том, как звезды и свет действуют, когда кто-то рядом. Наблюдая за положением звезд во Вселенной, ученые могут записывать, как они вращаются вокруг потенциальной черной дыры. Наблюдение за излучением рентгеновских лучей из черных дыр также доказало, что эти дыры точно указывают, но это может привести к тому, что вы не сможете увидеть их напрямую. Так как же вы мельком увидеть один?
Вглядываясь в неизвестность
Три проекта собрались вместе, чтобы сформировать самый большой в мире набор радиотелескопов и, как мы надеемся, обеспечить необходимое разрешение изображения. Телескоп Event Horizon (EHT), дочерний проект Global mm-VLBI Array (GMVA) и Большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama (ALMA) превратили Землю в телескоп размером с планету. Они сосредоточат свое внимание на компактном радиоисточнике в центре Млечного Пути. Известный как Стрелец А *, считается, что это место сверхмассивной черной дыры с равной массой около
4 миллиона Солнц.
Используя технику, называемую интерферометрией с очень длинной базой (VLBI), массив телескопов соединен вместе, чтобы захватить астрономические радиоисточники в космосе. Объекты в космосе испускают различные радиоволны и излучения, в том числе черные дыры. Излучение может помочь создать изображение: не самой черной дыры, как это было бы невозможно, но ее горизонта событий и аккреционного диска, который ее окружает.
Когда звезда, планета или любая материя в любой форме пересекает путь черной дыры, абсолютная величина гравитационного притяжения дыры поглотит ее. Еда, которую едят так агрессивно, оставит только маленькие кусочки мусора. Оставшаяся пыль, газ и плазма удерживаются на орбите черной дыры в так называемом аккреционном диске и стреляют вертикально, образуя релятивистские струи. Это где производство электромагнитного излучения и света генерируется и выстреливает из черной дыры. Когда столкновение со звездой производит огромное количество энергии и света, оно называется квазаром. Это огромное событие позволяет множеству радиотелескопов обнаружить излучение, определить горизонт событий и, наконец, сформировать изображение тени черной дыры.
Это планетарное сотрудничество начало собирать данные в апреле этого года, и с последними результатами, полученными с Южного полюса в конце года, мы могли наконец увидеть первое изображение черной дыры в начале 2018 года.
Одна картинка стоит тысячи слов
Снимок черной дыры сделает больше, чем просто покажет нам, как выглядит черная дыра: она может укрепить теории, окружающие это явление.
Теория общей теории относительности Эйнштейна описывает гравитацию не как силу, а как кривизну пространства-времени. В результате своих теорий Эйнштейн приходит к выводу, что форма черной дыры является сферической, в то время как другие предложили «раздавить» форму. Может показаться странным иметь дело с формой черной дыры, но форма напрямую связана с тем, как работает черная дыра и как мы видим пространство-время.
Представьте себе плотно растянутый кусок лайкры, закрепленный на каждом конце, с утяжеленным шариком посередине. Вот как мы в настоящее время рассматриваем работу черных дыр и пространства-времени с помощью общей теории относительности. Чем плотнее масса черной дыры (в данном случае шара), тем больше она влияет на лайкру (представляющую пространство-время). Зная форму и массу черной дыры, мы можем лучше понять пространство вокруг нее.
Физик-теоретик Стивен Хокинг также предложил идею о том, что черные дыры испускают излучение из своей массы, затопляя дыру и в конечном итоге приводя к ее полному испарению. С помощью изображения Стрельца A * EHT может определить его форму и размер, а также факторы уменьшения черной дыры. Это могло бы закрепить или скорректировать эти теории и позволить нам лучше понять вселенную, в которой мы живем.
Похоже, что наряду с остатками звезд множество оставшихся без ответа вопросов окружают черные дыры, но, мельком увидев одного ученого, могут начать отвечать на них.
Рекордеры
Ближайший
V616 Monocerotis
В настоящее время существует 3000 световых лет, и эта звездная черная дыра в 9-13 раз больше
масса Солнца.
Самый дальний
GB 1428
Обнаружено излучение релятивистской струи черной дыры
с 12, 4 млрд
Света далеко.
Самый большой
неназванный
Обнаруженная в галактике NGC 1277 на расстоянии 250 миллионов световых лет от Земли, эта сверхмассивная черная дыра в 17 миллиардов раз больше массы Солнца.
Наименьший
XTE J1650-500
Масса JT650 приблизительно в пять-десять раз больше массы Солнца, а диаметр ее составляет 24 километра.
Шпион в небе
Проект Event Horizon - не первая попытка создать какое-то изображение черной дыры. Запущенный в 2012 году телескоп NuStar был первым телескопом, отправленным в космос с возможностью фокусироваться на рентгеновских лучах высокой энергии. Это позволило исследователям определить наличие черной дыры, но не получить изображение одной. Обнаружив рентгеновские лучи высокой энергии, NuStar может нарисовать картину местоположения черной дыры и показать уровень излучения, исходящего от нее. Телескоп помог нам понять слияние галактик, структуру черных дыр и результаты их разрушительной силы. Собранные данные помогли сформировать образ ключевых точек в жизни черной дыры, начиная с ее рождения умирающей звездой и заканчивая поглощением массой массы, образующей энергетический квазар. Пять лет спустя телескоп все еще шпионит за вселенной и производит некоторые необычные визуальные эффекты.
Эта статья была первоначально опубликована в выпуске 105 Как это работает
Чтобы узнать больше о научных и технических статьях, приобретите последнюю версию « Как это работает» во всех хороших магазинах или на нашем веб-сайте. Если у вас есть планшет или смартфон, вы также можете загрузить цифровую версию на свое устройство iOS или Android. Чтобы никогда не пропустить выпуск журнала «Как это работает», подпишитесь «> подпишитесь сегодня !