Главная / Наука и технологии / 10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры0

Мысль темных дыр всходит к 1783 году, когда кембриджский ученый Джон Мичелл понял, что довольно мощный объект в довольно небольшом пространстве может притягивать даже свет, не давая ему вырваться. Спустя более века Карл Шварцшильд отыскал четкое решение для общей теории относительности Эйнштейна, которое предсказало таковой же итог: черную дыру. Как Мичелл, так и Шварцшильд предсказали очевидную связь меж горизонтом событий, или радиусом области, из которой свет не может вырваться, и массой темной дыры.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры1

В течение 103 лет после шварцшильдовского пророчества его не могли проверить. И только лишь 10 апреля 2019 года ученые раскрыли первую в эпопеи фотографию горизонта событий. Теория Эйнштейна опять сработала, как и постоянно.

Хотя мы уже знали о темных дырах достаточно очень много вообще всего, еще до возникновения первого снимка горизонта событий, он почти все изменил и прояснил. У нас было очень много вопросов, на которые сейчас есть ответы.

Кстати, вот вам 10 фактов о темных дырах, которые должен знать абсолютно каждый.

10 апреля 2019 года коллаборация Event Horizon Telescope представила 1-ый удачный снимок горизонта событий темной дыры. Эта темная дыра находится в галактике Messier 87: самой большой и громоздкой галактике в нашем локальном сверхскоплении галактик. Угловой поперечник горизонта событий составил 42 микро-арк-секунды. Это означает, что для того, чтобы покрыть все небо, надо 23 квадриллиона темных дыр таких же размеров.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры2

На расстоянии в 55 миллионов световых лет, предполагаемая масса данной темной дыры в 6,5 млрд раз превосходит солнечную. На физическом уровне это соответствует размеру, превосходящему размер орбиты Плутона вокруг Солнца. Если бы темной дыры не было, свету пригодилось бы около суток, чтобы пройти буквально через поперечник горизонта событий. И только лишь просто потому, что:

  • у Супер телескопа горизонта событий довольно разрешающей возможности, чтобы узреть эту черную дыру
  • темная дыра очень испускает радиоволны
  • весьма мало радиоволновых излучений на фоне, чтобы помешать сигналу

мы смогли сконструировать данный 1-ый снимок. Из которого сейчас мы извлекли 10 глубочайших упражнений.

Мы узнали, как смотрится темная дыра. Что далее?

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры3

Это правда темная дыра, как и предсказывалось ОТО. Если вы когда-либо лицезрели статью с заглавием типа «теоретик смело говорят, что темных дыр не существует» или «эта новенькая теория (учение, система научного знания, описывающая и объясняющая некоторую совокупность явлений и сводящая открытые в данной области закономерные связи к единому объединяющему началу) гравитации может перевернуть Эйнштейна», вы догадываетесь, что у физиков нет заморочек с придумыванием альтернативных теорий. Невзирая даже на то, что ОТО прошла все тесты, которым мы ее подвергали, недочета в расширениях, подменах или вероятных альтернативах у физиков нет.

И наблюдение темной дыры исключает большущее их кол-во. Сейчас мы знаем, что это темная дыра, а не червоточина. Мы знаем, что горизонт событий существует и что это не нагая сингулярность. Мы знаем, что горизонт событий — это не жесткая поверхность, так как падающее вещество должно выдавать инфракрасную сигнатуру. И все эти наблюдения соответствуют общей теории относительности.

Но это наблюдение (устаревшее — Наблюденье: Наблюдение — восприятие и запоминание личностью; вплоть до формализации для субъекта) ничего не гласит о черной материи, более измененных теориях гравитации, квантовой гравитации или о том, что прячется за горизонтом событий (то, что имеет место, происходит, наступает в произвольной точке пространства-времени; значительное происшествие, явление или иная деятельность как факт общественной или личной жизни; подмножество). Эти идеи находятся за рамками наблюдений EHT.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры4

Гравитационная динамика звезд дает отличные оценки для масс темной дыры; наблюдения газа — нет. До первого изображения темной дыры у нас было несколько разных методов измерения масс темных дыр.

Мы могли либо использовать измерения звезд — вроде отдельных орбит звезд около темной дыры в нашей своей галактики или спец линии абсорбции звезд в M87 — которые давали нам гравитационную массу, либо выбросов из газа, который движется вокруг центральной темной дыры.

Как для нашей галактики, так и для M87, эти две оценки были весьма различными: гравитационные оценки были на 50-90% больше, чем газовые. Для M87 измерения газа проявили, что масса темной дыры составляет 3,5 млрд солнц, а гравитационные измерения были ближе к 6,2 — 6,6 млрд. Но результаты EHT проявили, что темная дыра имеет 6,5 млрд солнечных масс, а означает, гравитационная динамика — красивый индикатор масс темных дыр, но выводы по газу смещаются в сторону более низких значений. Это красивая вероятность пересмотреть наши астрофизические догадки об орбитальном газе.

?t=2

Это должна быть крутящаяся темная дыра (Дыра — возникший в результате воздействия чего-либо, спорадически или специально сделанный проём (отверстие, щель, углубление, пролом, проход и т. п.) В компьютерном сленге дыра — синоним уязвимости), и ее ось вращения показывает в сторону от Земли. Средством наблюдений горизонта (граница неба с земной или водной поверхностью) событий, радиоизлучения вокруг него, крупномасштабного джета и расширенных радиоизлучений, измеренных иными обсерваторий, EHT обусловила, что это темная дыра Керра (крутящаяся), а не Шварцшильда (не крутящаяся).

Не ни единой простой черты темной дыры, которую мы могли бы изучить, чтобы найти эту природу. За место этого нам приходится строить модели самой темной дыры и вещества вне ее, а потом совершенствовать их, чтобы осознать, что происходит. Когда вы ищете вероятные сигналы, которые могут проявиться, вы получаете вероятность ограничивать их так, чтобы они согласовались с вашими плодами. Эта темная дыра должна крутиться, а ось вращения показывает от Земли приблизительно на 17 градусов.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры5

Мы смогли совсем найти, что вокруг темной дыры есть вещество, соответственное аккреционным дискам и потокам. Мы уже знали, что у M87 был джет — по оптическим наблюдениям — и что она также испускала в радиоволновом и рентгеновском спектрах. Такового рода излучение (это процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц) не получится получить только лишь от звезд или фотонов: надо вещество, а также электроны. Только лишь разгоняя электроны в магнитном поле можно получить свойственное радиоизлучение, которое мы узрели: синхротронное излучение.

И это также потребовало неописуемое кол-во работы по моделированию. Подкручивая различные характеристики всех вероятных моделей, вы узнаете, что эти наблюдения не только лишь требуют аккреционных потоков для разъяснения радиорезультатов, но и непременно предвещают не-радиоволновые результаты — вроде рентгеновских излучений. Важные наблюдения произвел не только лишь EHT, но и остальные обсерватории вроде рентгеновского супер телескопа «Чандра». Потоки аккреции обязаны греться, о чем свидетельствует диапазон магнитных излучений M87, в взаимосоответствии с релятивистскими ускоряющимися электронами в магнитном поле.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры6

Видимое кольцо показывает силу гравитации и гравитационное линзирование вокруг центральной темной дыры; и опять ОТО прошла тесты. Это кольцо в радиодиапазоне не соответствует самому горизонту событий и не соответствует кольцу крутящихся частиц. И это также не самая размеренная радиальная орбита темной дыры. Нет, это кольцо появляется из сферы гравитационно линзируемых фотонов, пути которых искривляются гравитацией темной дыры по дороге к нашим очам.

Данный свет изгибается в большую сферу, чем можно было бы ждать, если бы гравитация была не таковой сильной. Как пишет в работе Event Horizon Telescope Collaboration:

«Мы узнали, что больше 50% общего потока в арксекундах проходит поблизости горизонта и что это излучение резко угнетается при попадании в эту область, в 10 раз, что является прямым подтверждением предсказанной тени темной дыры».

Общая теория относительности Эйнштейна в очередной раз очутилась верной.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры7

Темные дыры — динамические явления, их излучение изменяется со временем. При массе в 6,5 млрд солнц, свету пригодится приблизительно денек, чтобы преодолеть горизонт событий темной дыры. Это грубо устанавливает временные рамки, в которые мы можем ждать узреть видоизменения и флуктуации излучения, наблюдаемого EHT.

Даже наблюдения, которые продолжались несколько дней, позволили нам подтвердить, что структура испускаемого излучения изменяется со временем, как и предсказывалось. Данные за 2017 год содержат четыре ночи наблюдений. Даже взглянув на эти четыре изображения можно зрительно узреть, что 1-ые два владеют похожими чертами и последние два также, но меж 1-ым и последним есть значимые отличия. Другими словами, спец свойства излучения вокруг темной дыры в M87 вправду изменяются со временем.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры8

EHT в будущем раскроет физическое происхождение вспышек темных дыр. Мы узрели, как в рентгеновском, так и в радиодиапазоне, что темная дыра в центре нашего своего Млечного Пути испускает краткосрочные вспышки излучения. Хотя самое 1-ое представленное изображение темной дыры показало сверхмассивный объект в M87, темная дыра в нашей галактике — Стрелец А* — будет таковой же большой, только лишь изменяться будет быстрее.

По сопоставлению с массой (скалярная физическая величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства тел в ситуациях, когда их скорость намного меньше скорости света) M87 — 6,5 млрд солнечных масс — масса Стрельца А* будет вообще всего 4 миллиона солнечных масс: 0,06% от 1-ой. Это означает, что колебания будут наблюдаться уже не в течение дня, а в течение даже одной мин. Характерности темной дыры будут изменяться очень быстро, и когда произойдет вспышка, мы сможем раскрыть ее природу.

Как вспышки связаны с температурой и светимостью радиокартины, которую мы узрели? Происходит ли магнитное пересоединение, как в выбросах корональной массы нашего Солнца? Чего-нибудть разрывается в потоках аккреции? Стрелец А* вспыхивает раз в день, потому мы сможем связать все нужные сигналы с этими событиями. Если наши модели и наблюдения будут такими же неплохими, какими они очутились для M87, мы сможем найти, что движет этими событиями и, допустимо, даже узнаем, что падает в черную дыру, создавая их.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры9

Появятся поляризационные данные, которые раскроют, владеют ли темные дыры своим магнитным полем. Хотя мы все мы точно были рады узреть 1-ый снимок горизонта событий темной дыры, принципиально осознавать, что скоро появится совсем уникальная картина: поляризации света, исходящего от темной дыры. Из-за электрической природы света его взаимодействие с магнитным полем отпечатает особую поляризационную сигнатуру на ней, позволив нам реконструировать магнитное поле темной дыры, а также и то, как оно изменяется со временем.

Мы знаем, что вещество за пределами горизонта событий, являясь по сущности передвигающимися заряженными частичками (вроде электронов), генерирует собственное магнитное поле. Модели указывают, что спец линии поля могут либо оставаться в аккреционных потоках, либо проходить буквально через горизонт событий, образуя типичный «якорь» в темной дыры. Есть связь меж этими магнитными полями, аккрецией и ростом темной дыры, а также джетами. Без этих полей материя в потоках аккреции не могла бы терять угловой импульс и выпадать в горизонт событий.

Поляризационные данные, благодаря силе поляриметрической визуализации, скажут нам об этом. Данные у нас уже есть: осталось выполнить полнейший разбор.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры10

Усовершенствование Event Horizon Telescope покажет наличие других темных дыр поблизости галактических центров. Когда планетка крутится вокруг Солнца (одна из звёзд нашей Галактики (Млечный Путь) и единственная звезда Солнечной системы), это связано не только лишь с тем, что Солнце оказывает гравитационное воздействие на планетку. Постоянно есть равная и обратная реакция: планетка оказывает воздействие на солнце. Точно так же, когда объект кружит вокруг темной дыры, он также оказывает гравитационное давление на черную дыру. В присутствии целого набора масс около центров галактик — и, в теории, огромного количества невидимых пока темных дыр — центральная темная дыра должна практически дрожать на собственном месте, будучи растаскиваемой броуновским движением окружающих тел.

Сложность проведения этого измерения сегодня заключается в том, что вам нужна контрольная точка для калибровки вашего положения относительно местоположения темной дыры. Техника для такового измерения предполагает, что вы смотрите на калибратор, потом на первоисточник, опять на калибратор, опять на первоисточник и так дальше. При этом перемещать взор надо весьма очень быстро. К огорчению, среда изменяется весьма быстро, и за 1 секунду почти все может поменяться, потому вы просто напросто не успеете сопоставить два объекта. Во всяком случае, не с современными спецтехнологиями.

Но технологии в данной области развиваются неописуемо очень быстро. Инструменты, которые употребляются на EHT, ждут обновления и, допустимо, сумеют достигнуть нужной скорости к середине 2020-х годов. Эта загадка может быть решена к концу последующего десятилетия, и все благодаря улучшению инвентаря.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры11

В конце концов, Event Horizon Telescope в конечном счете увидит сотни темных дыр. Чтобы разобрать черную дыру, надо, чтобы разрешающая сила массива супер телескопа была лучше (то есть с высочайшим разрешением), чем размер объекта, который вы ищете. В истинное время EHT может разобрать только лишь три узнаваемых темных дыры во Вселенной с довольно наибольшим поперечником: Стрелец А*, центр M87, центр галактики NGC 1277.

Но мы можем прирастить мощность ока Event Horizon Telescope до размеров Земли, если запустим супер телескопы на орбиту. В теории, это уже на техническом уровне достижимо. Повышение кол-ва телескопов наращивает кол-во и частоту наблюдений, а совместно с тем и разрешение.

10 научных фактов, которые мы извлекли из первой фотографии черной дыры12

Внеся нужные улучшения, за место 2-3 галактик (гравитационно-связанная система из звёзд, звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, тёмной материи, планет) мы сможем отыскивать сотни темных дыр или даже больше. Будущее фотоальбомов с темными дырами кажется броским.

Спецпроект Супер телескопа горизонта событий был дорогим, но он окупился. Сегодня мы живем в эру астрономии темных дыр и наконец смогли следить их воочию. Это только лишь начало. Подпишитесь на наш канал в Телеграме, чтобы получать все вести с этого невидимого фронта.

Понравилась статья - лайкни и оцени поставив звездочку ниже:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан