Черные дыры (стр. 2 из 2)

Черная дыра была обнаружена благодаря тому, что “пожирала” вещество соседки – более малой звезды.

Открытие было сделано в результате наблюдений радиотелескопов Национального Научного общества (VLBA), объединенных в систему радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой вместе со спутниками приема рентгеновского излучения Rossi.

Доказательством подтверждения открытия послужили оптические снимки, сделанные на Паломарской Обсерватории (POSS). Это впервые, когда орбитальное движение черной дыры было измерено.

Результаты исследований были сообщены 13 сентября 2001 года в выпуске журнала “Природа”.

Объект называется XTE J1118+480 и был обнаружен спутником Rossi X- 29 марта 2000 года. Более поздние наблюдения в оптическом и радиодиапазоне показали, что черная дыра отстоит на 6,000 световых лет от Земли и представляет собой бинарную систему, в которой она засасывает звездный газ из соседней звезды, формируя горячий вращающийся диск, напоминающий воронку водоворота в море. Этот процесс сопровождается выбросом субатомных частиц, которые испускают радиоволны.

Большинство звезд в нашей Галактике - Млечный Путь, находятся в пределах галактической плоскости. Однако, также имеются шаровые звездные скопления, которые содержат сотни тысяч самых старых звезд в Галактике, и которые находятся вне плоскости Галактики. XTE J1118+480 подобно таким шаровым скоплениям, перемещающимся со скоростью 145 километров в секунду относительно Земли, совершает замысловатые петли вокруг Галактики. Эта черная дыра образовалась в результате смерти массивной звезды, которая по классу была на уровне голубого гиганта. Такие звезды, когда полностью выработают свой ресурс, либо взрываются как новые звезды, оставляя после себя ядро оболочки в виде нейтронной звезды, либо заканчивают путь “гравитационным хлопком” сжатия, образуя черную дыру.

Эта черная дыра имеет массу, больше солнечной в 7 раз. Чтобы разогнаться до существующей скорости, ей потребовался толчок ускорения, который могла дать только гравитационная сила общей массы шарового звездного скопления, из которого она когда-то и была выброшена.

Расположенная неподалеку от Млечного Пути галактика Centeurus A имеет в своем центре массивную черную дыру. Это удалось установить международной команде астрономов из Южной Европейской Обсерватории, проводивших наблюдения с помощью телескопа VLT (Very Large Telescope) в Чили. Измерения позволили определить массу черной дыры - около 200 миллионов масс Солнца. Галактика Centaurus A, известная также как NGC 5128, удалена от Земли на 11 миллионов световых лет. Это один из самых изученных объектов Вселенной. Как галактика она была каталогизирована в 1847 году британским астроном Джоном Гершелем (John Herschel) и уже полтора века изучается с использованием всего набора астрономических инструментов. О том, что в центре галактики находится черная дыра, подозревали давно, но никто не думал, что она настолько массивна.

Дж.Моран (J.Moran; Астрофизический центр в Кембридже, штат Массачусетс, США) утверждает, что ему удалось обнаружить сверхмассивную черную дыру в центре весьма удаленной от нас спиральной галактики NGC 4258, по результатам изучения мощного мазерного излучения, создаваемом молекулами воды газовых облаков, которые подвергаются воздействию интенсивной радиации.

Сопоставляя скорость движения космических облаков с их расположением, Моран установил, что они обращаются вокруг некоего центрального объекта, подобно планетам вокруг Солнца. По значениям скоростей удалось вычислить массу притягивающего центра: она оказалась близкой к 36 млн М*! Причем вся эта гигантская масса сосредоточена в области, поперечник которой менее 1 светового года. Такими характеристиками может обладать только черная дыра.

Источники мазерного излучения находятся на окружающей галактику NGC 4258 внешней периферии диска (или сферы - на этот счет среди астрофизиков нет единого мнения). Однако на столь значительных расстояниях, как в данном случае, наиболее вероятна, по общему мнению, форма диска. Мазеры располагаются там по S-образной кривой; такой изгиб, считает Моран, вызван давлением рентгеновского излучения от скопления сверхраскаленного газа, находящегося в центре данной системы.

Изучение движения мощных мазеров поможет, по мнению Моргана, поиску свермассивных черных дыр. Ближайшим кандидатом он считает галактику NGC 1068, в которой, судя по наблюдаемым скоростям мазеров, может находиться черная дыра с массой, превышающей солнечную в 10 млн раз.

Что внутри у черной дыры

Черной дырой называется область пространства-времени, ограниченная горизонтом, то есть поверхностью, которую даже свет не может покинуть вследствие действия гравитационных сил. Точка зрения теории относительности (ОТО) на черные дыры (и их внутреннюю структуру) состоит в следующем. Мы (по определению) не можем получить никакой информации из черной дыры, поэтому она для нас именно ЧЕРНАЯ, то есть в рамках этого подхода вопрос о внутренней структуре черной дыры не является полностью корректным, т.к. мы не можем произвести соответствующие измерения, а можем лишь предполагать что-то, не получая непосредственной информацию оттуда.

Черная дыра (как идея) первоначально появилась в 18 веке благодаря работам Митчелла и Лапласа как предсказание в ньютоновской теории. Затем уже - как математическое решение ОТО. Для наиболее простой оценки радиуса горизонта черной дыры (как у Митчелла и Лапласа) достаточно лишь положить вторую космическую скорость равной скорости света. Для случае вращающихся и заряженных черных дыр решения получаются уже только в рамках ОТО.

Существуют или нет черные дыры во Вселенной, или, все-таки, это лишь наша игра ума и математики - вопрос пока остается открытым. Сейчас есть более 10 кандидатов в черные дыры в тесных двойных системах и несколько десятков кандидатов в сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик (в том числе и нашей). Однако, это лишь кандидаты, хотя и очень хорошие, и Нобелевская премия за открытие черных дыр пока никому не вручена. Но, оставив вопрос о физическом обосновании, никто не запрещает продлить решение внутрь черной дыры. Оказывается, что решение гладко продолжается под горизонт и заканчивается в точке, в которой одна из важнейших характеристик пространства - кривизна - становится равной бесконечности (как говорят "расходится"). Такое поведение и называется сингулярностью, то есть областью, в которой не работает не только физика, но и математика.

В какой-то мере исследование сингулярностей можно считать физичным и в рамках ОТО, особенно в свете недавних результатов о конечной стадии гравитационного коллапса. Дело в том, что несколько десятилетий назад была сформулирована "гипотеза космической цензуры", которая утверждает, что в обыкновенной Вселенной сингулярность может существовать, лишь закрытая от нас горизонтом, то есть в виде черной дыры. Так вот, недавно в ходе численного анализа разных сценариев гравитационного коллапса было установлено, что при определенных начальных условиях (вполне физических, надо отметить) процесс гравитационного коллапса может закончится возникновением "голой" сингулярности. В рамках ОТО аналитического ответа на этот вопрос пока нет.

У ОТО есть один очень большой недостаток - она не поддается процедуре квантования, в отличии от теорий остальных физических взаимодействий (электромагнитного, слабого и сильного). Поэтому создаются так называемые теории суперобъединения, в которые входит не сама ОТО, а какой-либо (еще до конца не ясно, какой) вариант эффективной теории гравитации, включающий ОТО. С точки зрения идей квантовой механики, лежащей в основе объединения взаимодействий, вопрос о внутренней структуре вполне правомерен, потому что все пространство должно описываться одной характеристикой - волновой функцией. В рамках этого нового подхода были открыты (в математическом плане, конечно) новые типы сингулярностей, которых нет в ОТО. Можно выделить характеристики сингулярности, например, по скорости, с которой кривизна расходится. В какой-то мере и горизонт событий черной дыры можно считать сингулярностью, но не истинной, потому что кривизна в этом случае конечна (расходится лишь один коэффициент), более того, эту сингулярность можно убрать после соответствующего преобразования координат.

Черные дыры сливаются

Ученые открыли, что в одной галактике вполне могут сосуществовать две сверхмассивные черные дыры, которые в конечном итоге обязательно сольются в одну. Это событие будет сопровождаться такими выбросами энергии, что звезды будут вытеснены из центра галактики, где будет бушевать радиоактивное и гравитационное цунами.
Ученые давно знали, что в галактике NGC 6240 существует два ярких пятна, что зовутся ядрами. Поскольку центр галактики закрыт от обзора пылью, ученые направили в ту сторону телескоп Чандра, в надежде определить, является ли любое из этих ядер активной сверхмассивной черной дырой. Каково же было их удивление, когда они поняли, что оба объекта являются активными черными дырами.

Странствующая пара: черная дыра и ее звезда (слева - путь через Млечный путь).

Эта галактика находится от нас на расстоянии около 400 световых лет - довольно близко по космическим масштабам и образовалась она в результате столкновения двух галактик, которое началось 30 миллионов лет назад. Астрономы считают, что слияние галактик на самом деле происходит очень мирно. Поскольку звезды расположены очень редко, они почти не "ощущают" происходящего. Сейчас пока центры сталкивающихся галактик только слегка гравитационно взаимодействуют. Но постепенно расстояние, равное сейчас 3 тысячам световых лет, будет уменьшаться. И тогда они неизбежно начнут взаимодействовать. Звезды, что вращаются вокруг центров, ускорят свое движение и вылетят из центра галактики. Когда черные дыры приблизятся на расстояние около одного светового года, они начнут сливаться. Тогда газ, вращающийся вокруг черных дыр разогреется до таких температур, что начнет излучать радиоактивные волны. В конце концов поле радиоактивности уничтожит все объекты, находящиеся вокруг ядер, что даст возможность обозревать ядро. Ни одна звезда не уцелеет в поле влияния более массивной черной дыры после того, как они сольются.
Ученые также построили компьютерную версию того, что происходит сейчас в галактике NGC 362. До этого астрономы никогда не видели двойных черных дыр. Это наводило их на мысли, что такого явления, как двойная черная дыра не бывает, что черные дыры сливаются в одну. Недавно они получили доказательство этого: джеты, испускаемые черными дырами в объекте, известном под номером NGC 362, сместились. Это говорит о том, что черные дыры в сталкивающихся галактиках "почувствовали" существование друг друга.

Список использованной литературы:

1. Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная. М.: Мол. гвардия, 1985.

2. Липунов В.М. В мире двойных звезд. М.: Квант, 1986.

3. Черепащук А.М. Массивные тесные двойные системы. Земля и Вселенная. 1985. № 1.

С. 16-24.

4. Лютый В.М., Черепащук А.М. Оптические исследования рентгеновских двойных систем // Там же. 1986. № 5. С. 18-25.

5. Черепащук А.М. Черные дыры: новые данные // Там же. 1992. № 3. С. 23-30.

6. Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. М.: Бюро "Квантум", 1995. 106 с.