Взрыв во вселенной черные дыры
Рекордный взрыв во вселенной исходит из Черной дыры
Самый большой взрыв во Вселенной был найден. Это рекордное, гигантское извержение произошло из черной дыры в далеком скоплении галактик за сотни миллионов световых лет от нас.
«В некотором смысле этот взрыв похож на извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году», — сказала Симона Джацинтуччи из Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне, округ Колумбия, и ведущий автор исследования. «Ключевое отличие состоит в том, что вы могли бы поместить пятнадцать галактик Млечного в ряд кратер и это извержение нагреет весь газ в этом скоплении».
Астрономы сделали это открытие, используя рентгеновские данные с рентгеновской обсерватории Чандра НАСА и XMM-Ньютон ЕКА, а также радиоданные из широкополосного массива Мерчисона (MWA) в Австралии и радиотелескопа гигантского Metrewave (GMRT) в Индии.
Непревзойденная вспышка была обнаружена в скоплении галактик Змееносец, которое находится на расстоянии около 390 миллионов световых лет от Земли. Галактические скопления — это самые большие структуры во Вселенной, удерживаемые гравитацией вместе, которые содержат тысячи отдельных галактик, темную материю и горячий газ.
В центре скопления Змееносца находится большая галактика, которая содержит сверхмассивную черную дыру. Исследователи считают, что источником гигантского извержения является как раз эта черная дыра.
Хотя черные дыры известны тем, что притягивают к себе материал, они часто извергают огромное количество материала и энергии. Это происходит, когда вещество, падающее на черную дыру, перенаправляется в струи или лучи, которые вырываются наружу в космос и врезаются в любой окружающий черную дыру материал.
Наблюдения Чандры, о которых сообщалось в 2016 году, впервые выявили намеки на гигантский взрыв в скоплении галактик Змееносца. Норберт Вернер и его коллеги сообщили об обнаружении необычного изогнутого края на изображении скопления Чандры. Они рассмотрели часть стенки полости горячего газа, которая вероятно создается струями из сверхмассивной черной дыры. Однако они отклонили эту возможность, отчасти потому, что для черной дыры потребовалось бы огромное количество энергии для создания такой большой полости.
Последнее исследование Джацинтуччи и ее коллег показывает, что действительно произошел огромный взрыв. Во-первых космический рентгеновский телескоп XMM-Ньютон также обнаружил искривленный край, что подтверждает наблюдения Чандры. Их решающим достижением стало использование новых радиоданных от MWA и данных из архивов GMRT, чтобы показать, что изогнутый край действительно является частью стенки полости, поскольку она граничит с областью, заполненной радиоизлучением. Это излучение от электронов, ускоренных почти до скорости света. Ускорение, вероятно, исходило от сверхмассивной черной дыры.
«Полученные радиоданные совпадают с данными по рентгеновским лучам», — сказал соавтор Максим Маркевич из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Это говорит нам то, что здесь произошло извержение беспрецедентных размеров».
Количество энергии, необходимое для создания полости у Змееносца, примерно в пять раз больше, чем у предыдущего рекордсмена, MS 0735+74 , и в сотни и тысячи раз больше, чем у типичных скоплений.
Извержение черной дыры, должно быть, закончилось, потому что исследователи не видят никаких свидетельств наличия текущих джетов в радиоданных. Это может быть объяснено данными Чандры, которые показывают, что самый плотный и холодный газ, видимый в рентгеновских лучах, в настоящее время находится в другом месте, далеко от центральной галактики. Если этот газ сместился в сторону от галактики, он также лишает черную дыру топлива для роста, что прекращает выбросы из черной дыры.
Это смещение газа, вероятно, вызвано «выплескиванием» газа из скопления. Обычно слияние двух скоплений галактик вызывает такое выплескивание, но здесь оно могло быть вызвано извержением.
Одна из загадок состоит в том, что видна только одна гигантская область радиоизлучения, хотя эти системы обычно содержат две на противоположных сторонах черной дыры. Возможно, что газ на другой стороне скопления менее плотный, поэтому радиоизлучение там затухало быстрее.
«Как это часто бывает в астрофизике, нам действительно нужны многоволновые наблюдения, чтобы по-настоящему понять физические процессы в работе», — сказала Мелани Джонстон-Холлитт, соавтор Международного центра радиоастрономии в Австралии. «Объединение информации от рентгеновских и радиотелескопов выявило этот необычный источник, но для ответа на многие оставшиеся вопросы, которые ставит этот объект, потребуются дополнительные данные».
Статья, описывающая эти результаты, появилась в номере Astrophysical Journal от 27 февраля. Помимо Джацинтуччи, Маркевича и Джонстона-Холлитта авторами являются Дэниел Вик (Университет Юты), Цянь Ван (Университет Юты) и Трейси Кларк (военно-морская исследовательская лаборатория). Статья Норберта Вернера за 2016 год была опубликована в ежемесячных Заметках Королевского астрономического общества.
Источник
Как умирают черные дыры?
Самыми таинственными объектами во Вселенной по праву можно назвать черные дыры – области пространства-времени гравитация которых настолько сильна, что ничто, даже свет, не может их покинуть. Интересно, что на просторах бесконечной Вселенной существуют черные дыры, масса которых превышает массу Солнца в пять-сто раз, но есть и такие, чья масса превышает миллиард солнечных. Сегодня астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердце большинства галактик, отмечая при этом, что Вселенная находится в так называемой «звездной эре» – этапе эволюции Вселенной, во время которого звезды и галактики рождаются непрерывно. Но что лежит за границей звездной эры? Исследователи полагают, что в конечном итоге все ингредиенты для создания черных дыр будут исчерпаны, а звезды в ночном небе медленно погаснут, превратив тем самым черные дыры в единственных обитателей Вселенной. Но даже эти космические монстры не могут существовать вечно. Когда-нибудь и они погибнут, озарив, на прощание, пустое и безжизненное пространство фейерверком.
Доказать существование черных дыр ученым удалось совсем недавно.
Как появляются черные дыры?
Свое существование черные дыры начинают со смерти: когда в ядрах некоторых массивных звезд заканчивается топливо, они переходят на следующую ступень своей эволюции и взрываются. Во время мощного взрыва яркость сверхновых звезд (именно так их называют ученые) резко увеличивается, а затем медленно затухает. Взрыв также является причиной выброса в межзвездное пространство значительной массы вещества из внешней оболочки звезды, а также огромного количества энергии.
Та часть вещества, которую не выбросило в межзвездную среду, как правило, преобразуется либо в компактный объект – нейтронную звезду (в случае, если масса звезды до взрыва составляла более 8 солнечных масс), либо в черную дыру – область пространства-времени, в которой всем управляет ее величество гравитация (в случае, если масса оставшегося после взрыва ядра превышает солнечную в пять раз).
Так выглядит вспышка сверхновой в объективе космического телескопа NASA Hubble.
Как отмечают астрономы, подобная связь между рождением черной дыры и смертью звезды, которая ее образовала, довольно распространенное явление во Вселенной. Особенно близки черные дыры с другими звездами в тех ее уголках, где звездообразование происходит с высокой скоростью. Напомним также, что звездообразование является крупномасштабным процессом, в ходе которого из межзвездного газа в галактике начинают массово формироваться звезды.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира астрономии и физики? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
Эволюция черных дыр
Итак, после рождения черной дыры в результате гибели массивной звезды, ее главным занятием становится поглощение любых объектов, оказавшихся поблизости. В некоторых случаях поглощенный материал (газ и звезды) окружает этих космических монстров, двигаясь все быстрее и скапливаясь вокруг. Так как трение между пылью генерирует тепло, аккреционный диск черной дыры начинает светиться, очерчивая ее тень или горизонт событий. Именно его в 2019 году удалось сфотографировать ученым, о чем подробно рассказал мой коллега Николай Хижняк в своем материале.
Но помимо того, что горизонт событий окружает черную дыру, он также является ключом к ее гибели. Все потому, что любой поглощенный черной дырой материал пропадает навсегда, по крайней мере, это следует из нашего понимания гравитации. Однако эта так называемая точка невозврата не учитывает квантовую механику – да, да, физики по-прежнему трудятся над созданием единой теории квантовой гравитации и, кстати, недавно добились довольно интересных результатов.
Стивен Хокинг – английский физик-теоретик, космолог и астрофизик. Хокинг первым изложил космологическую теорию, в которой были объединены представления общей теории относительности и квантовой механики.
В 1974 году выдающийся британский физик-теоретик Стивен Хокинг доказал, что с точки зрения квантовой механики побег из черной дыры возможен, хотя и очень, очень медленно. То, как долго проживет отдельная черная дыра, зависит от ее массы. Чем больше становится черная дыра, тем дольше она испаряется. В этом смысле, как отмечают астрономы в интервью порталу astronomy.com, черные дыры могут обмануть смерть, становясь больше.
Исследователи сравнивают этот процесс с песочными часами, где песок наверху – это количество времени, оставшееся у черной дыры. Поглощая все больше звезд и газа, прожорливый космический монстр продолжает добавлять песчинки в «тикающие» песочные часы, даже когда отдельные частицы просачиваются наружу. Но по мере старения Вселенной материал вокруг черной дыры иссякнет, знаменуя ее неминуемую погибель.
В последнюю десятую долю секунды жизни черной дыры она озарит все вокруг ярчайшим фейерверком, подобно миллиону термоядерных бомб, взрывающихся в очень крошечной области космоса.
Кстати, самая мощная из когда-либо зарегистрированных сверхновых (ASSASN-15lh) сегодня считается в 22 триллиона раз более взрывоопасной, чем черная дыра в ее последние мгновения. А как вы думаете, каким будет конец Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.
Источник
В черных дырах могут быть вселенные. Рассказываем о новом открытии
Астрофизики показали, что в заряженных черных дырах теоретически могут существовать экзотические фрактальные объекты и множество других необычных вещей. Разбираемся, что мы вообще знаем о черных дырах теперь.
Что такое черные дыры?
Черные дыры — массивные космические объекты. Увидеть их почти невозможно, поскольку они не отражают свет, даже, наоборот, поглощают его в прямом смысле слова. Их сила притяжения настолько велика, что даже лучи света не могут устоять, и они попадают под влияние дыры. Поэтому вокруг нее «изображение» космоса нам кажется расплывчатым и искаженным. Это видно на картинке выше.
Черные дыры — не черные шары, какими мы привыкли видеть их. Они прозрачные, но оставляют черную тень. Это даже не дыра, а шарообразный поглотитель всего, что попадает под влияние его гравитации.
Как возникают черные дыры?
Звезды, превышающие массу и размеры нашего Солнца во много раз, в конце своей жизни взрываются и образуют либо нейтронную звезду, либо начинают сильно сжиматься, словно «падая» внутрь себя, стремительно уменьшая свои размеры при неизменной массе. Плотность материи в сжимаемой точке становится очень высокой, соответственно, гравитация сильно увеличивается. Когда размер звезды становится настолько мал и плотность настолько высока в одном месте, она «проваливается» внутрь себя, в результате чего появляется черная дыра.
Черная дыра, например, массой с одно Солнце будет по размеру меньше, чем наше светило.
Однако такие маленькие звезды, как наше Солнце, не превратятся в конце жизненного цикла в черную дыру — их масса недостаточна даже для взрыва и образования сверхновой. Взрыв, конечно, будет, однако на финальном этапе маленькие звезды превращаются в белых карликов — в очень маленькие и горячие звездочки, которые тоже вскоре затухнут.
В настоящее время мы знаем о четырех разных способах образования черных дыр
- Лучше всего изучен тот, что связан со звездным коллапсом. Достаточно большая звезда образует черную дыру после того, как ее ядерный синтез прекращается, потому что все, что уже можно было синтезировать, было синтезировано. Когда давление, создаваемое синтезом, прекращается, вещество начинает проваливаться к собственному гравитационному центру, становясь все более плотным. В конце концов оно настолько уплотняется, что ничто не может преодолеть гравитационное воздействие на поверхность звезды: так рождается черная дыра. Эти черные дыры называются «черными дырами солнечной массы», и они наиболее распространены.
- Следующим распространенным типом черных дыр являются «сверхмассивные черные дыры», которые можно найти в центрах многих галактик и которые имеют массы примерно в миллиард раз больше, чем черные дыры солнечной массы. Пока доподлинно неизвестно, как именно они формируются. Считается, что когда-то они начинались как черные дыры солнечной массы, которые в густонаселенных галактических центрах поглощали множество других звезд и росли. Тем не менее, они, похоже, поглощают вещество быстрее, чем предполагает эта простая идея, и как именно они это делают — все еще остается предметом исследований.
- Более спорной идеей стали первичные черные дыры, которые могли быть сформированы практически любой массой в крупных флуктуациях плотности в ранней Вселенной. Хотя это возможно, достаточно трудно найти модель, которая производит их, при этом не создавая чрезмерное их количество.
- Наконец, есть идея о том, что на Большом адронном коллайдере могут образовываться крошечные черные дыры с массами, близкими массе бозона Хиггса. Это работает только в том случае, если у нашей Вселенной имеются дополнительные измерения. Пока не было никаких подтверждений в пользу этой теории.
Насколько большие черные дыры?
Можно представить горизонт черной дыры как сферу, и ее диаметр будет прямо пропорциональным массе черной дыры. Поэтому чем больше массы падает в черную дыру, тем больше становится черная дыра.
По сравнению со звездными объектами, черные дыры крошечные, потому что масса сжимается в очень малые объемы под действием непреодолимого гравитационного давления. Радиус черной дыры массой с планету Земля, например, всего несколько миллиметров. Это в 10 000 000 000 раз меньше настоящего радиуса Земли.
Радиус черной дыры называется радиусом Шварцшильда в честь Карла Шварцшильда, который впервые вывел черные дыры как решение для общей теории относительности Эйнштейна.
Где находятся черные дыры?
Чаще всего они расположены в центре галактик. Они имеют большую силу притяжения, благодаря чему им удается удерживать звездные системы на очень большом расстоянии, образуя галактики, известные нам сейчас.
В центре нашего Млечного пути тоже есть сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*. Она тяжелее Солнца в 4.02 млн раза, а радиус ее ≈ 45 астрономическим единицам (одна астрономическая единица = одному расстоянию от Земли до Солнца).
Помимо сверхмассивных черных дыр в центрах галактики есть и «локальные», образующиеся после кончины массивных звезд.
Что внутри черной дыры?
Никто не знает наверняка. Общая теория относительности прогнозирует, что в черной дыре сингулярность, место, в котором приливные силы становятся бесконечно большими, и как только вы преодолеваете горизонт событий, то уже не можете попасть куда-либо еще, кроме как в сингулярность. Соответственно, общую теорию относительности лучше не использовать в этих местах — она попросту не работает. Чтобы сказать, что происходит внутри черной дыры, нам нужна теория квантовой гравитации. Общепризнано, что эта теория заменит сингулярность чем-то другим.
Почему внутри черной дыры могут быть вселенные?
Существует множество гипотетических черных дыр — с электрическим зарядом или без него, вращающиеся или неподвижные, окруженные материей или плавающие в пустом пространстве. Некоторые из этих гипотетических черных дыр наверняка существуют в нашей Вселенной. Например, вращающаяся черная дыра, окруженная падающей материей — довольно распространенный тип этих объектов.
Но некоторые другие виды черных дыр являются чисто теоретическими. Описать их поведение и свойства можно, полагаясь только на математические методы. Одним из таких объектов является электрически заряженная черная дыра, окруженная антидеситтеровским пространством. Этот вид пространства имеет постоянную отрицательную геометрическую кривизну и похож по форме на седло.
Такого пространства в нашей Вселенной не существует, но его существование в теории открывает множество интересных эффектов, которые можно исследовать. Одна из причин, по которой это стоит исследовать, заключается в том, что заряженные черные дыры имеют много общего с вращающимися черными дырами, существующими в нашей Вселенной.
Авторы нового исследования обнаружили, что когда такие черные дыры становятся относительно холодными, они создают «туман» из квантовых полей вокруг своей поверхности. На поверхности объекта этот туман поддерживает гравитация черной дыры, но выталкивает наружу электрическое поле. В результате в таком тумане формируется сверхпроводящая среда. У таких черных дыр помимо обычного горизонта событий есть еще и внутренний горизонт. Благодаря этому в заряженные черные дыры можно проникнуть и не разорваться на атомы.
Ученые показали, что по ту сторону заряженной черной дыры вас могут ждать загадочные эффекты. Исследователи обнаружили, что самые внутренние области сверхпроводящей черной дыры могут представлять собой расширяющуюся Вселенную — место, где пространство может растягиваться и деформироваться с разной скоростью в разных направлениях.
Более того, в зависимости от температуры черной дыры в некоторых из этих областей пространства может произойти новый виток колебаний, который затем создаст еще один участок расширяющегося пространства, он вызовет новый виток колебаний, который затем создаст новый участок расширяющегося пространства, и так далее до бесконечности. Это будет фрактальная мини-Вселенная, бесконечно повторяющаяся с уменьшением размеров.
Источник