Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

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

Идея черных дыр восходит к 1783 году, когда кембриджский ученый Джон Мичелл осознал, что достаточно массивный объект в достаточно маленьком пространстве может притягивать даже свет, не давая ему вырваться. Спустя более века Карл Шварцшильд нашел точное решение для общей теории относительности Эйнштейна, которое предсказало такой же результат: черную дыру. Как Мичелл, так и Шварцшильд предсказали явную связь между горизонтом событий, или радиусом области, из которой свет не может вырваться, и массой черной дыры.

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

В течение 103 лет после шварцшильдовского предсказания его не могли проверить. И только 10 апреля 2019 года ученые раскрыли первую в истории фотографию горизонта событий. Теория Эйнштейна снова сработала, как и всегда.

Хотя мы уже знали о черных дырах довольно много всего, еще до появления первого снимка горизонта событий, он многое изменил и прояснил. У нас было много вопросов, на которые теперь есть ответы.

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

10 апреля 2019 года коллаборация Event Horizon Telescope представила первый успешный снимок горизонта событий черной дыры. Эта черная дыра находится в галактике Messier 87: самой большой и массивной галактике в нашем локальном сверхскоплении галактик. Угловой диаметр горизонта событий составил 42 микро-арк-секунды. Это значит, что для того, чтобы покрыть все небо, нужно 23 квадриллиона черных дыр таких же размеров.

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

На расстоянии в 55 миллионов световых лет, предполагаемая масса этой черной дыры в 6,5 миллиарда раз превышает солнечную. Физически это соответствует размеру, превышающему размер орбиты Плутона вокруг Солнца. Если бы черной дыры не было, свету понадобилось бы около суток, чтобы пройти через диаметр горизонта событий. И только потому, что:

  • у Телескопа горизонта событий достаточно разрешающей способности, чтобы увидеть эту черную дыру
  • черная дыра сильно излучает радиоволны
  • очень мало радиоволновых излучений на фоне, чтобы помешать сигналу

мы смогли соорудить этот первый снимок. Из которого теперь мы извлекли десять глубоких уроков.

Мы узнали, как выглядит черная дыра. Что дальше?

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

Это правда черная дыра, как и предсказывалось ОТО. Если вы когда-либо видели статью с названием типа «теоретик смело утверждают, что черных дыр не существует» или «эта новая теория гравитации может перевернуть Эйнштейна», вы догадываетесь, что у физиков нет проблем с придумыванием альтернативных теорий. Несмотря даже на то, что ОТО прошла все испытания, которым мы ее подвергали, недостатка в расширениях, заменах или возможных альтернативах у физиков нет.

И наблюдение черной дыры исключает огромное их количество. Теперь мы знаем, что это черная дыра, а не червоточина. Мы знаем, что горизонт событий существует и что это не голая сингулярность. Мы знаем, что горизонт событий — это не твердая поверхность, поскольку падающее вещество должно выдавать инфракрасную сигнатуру. И все эти наблюдения соответствуют общей теории относительности.

Однако это наблюдение ничего не говорит о темной материи, наиболее модифицированных теориях гравитации, квантовой гравитации или о том, что скрывается за горизонтом событий. Эти идеи находятся за рамками наблюдений EHT.

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

Гравитационная динамика звезд дает хорошие оценки для масс черной дыры; наблюдения газа — нет. До первого изображения черной дыры у нас было несколько различных способов измерения масс черных дыр.

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

Как для нашей галактики, так и для M87, эти две оценки были очень разными: гравитационные оценки были на 50-90% больше, чем газовые. Для M87 измерения газа показали, что масса черной дыры составляет 3,5 миллиарда солнц, а гравитационные измерения были ближе к 6,2 — 6,6 млрд. Но результаты EHT показали, что черная дыра имеет 6,5 миллиарда солнечных масс, а значит, гравитационная динамика — прекрасный индикатор масс черных дыр, но выводы по газу смещаются в сторону более низких значений. Это прекрасная возможность пересмотреть наши астрофизические предположения об орбитальном газе.

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

Это должна быть вращающаяся черная дыра, и ее ось вращения указывает в сторону от Земли. Посредством наблюдений горизонта событий, радиоизлучения вокруг него, крупномасштабного джета и расширенных радиоизлучений, измеренных другими обсерваторий, EHT определила, что это черная дыра Керра (вращающаяся), а не Шварцшильда (не вращающаяся).

Не ни единой простой черты черной дыры, которую мы могли бы изучить, чтобы определить эту природу. Вместо этого нам приходится строить модели самой черной дыры и вещества вне ее, а затем развивать их, чтобы понять, что происходит. Когда вы ищете возможные сигналы, которые могут проявиться, вы получаете возможность ограничивать их так, чтобы они согласовались с вашими результатами. Эта черная дыра должна вращаться, а ось вращения указывает от Земли примерно на 17 градусов.

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

Мы смогли окончательно определить, что вокруг черной дыры есть вещество, соответствующее аккреционным дискам и потокам. Мы уже знали, что у M87 был джет — по оптическим наблюдениям — и что она также испускала в радиоволновом и рентгеновском диапазонах. Такого рода излучение не получится получить только от звезд или фотонов: нужно вещество, а также электроны. Только разгоняя электроны в магнитном поле можно получить характерное радиоизлучение, которое мы увидели: синхротронное излучение.

И это также потребовало невероятное количество работы по моделированию. Подкручивая всевозможные параметры всех возможных моделей, вы узнаете, что эти наблюдения не только требуют аккреционных потоков для объяснения радиорезультатов, но и обязательно предсказывают не-радиоволновые результаты — вроде рентгеновских излучений. Важнейшие наблюдения произвел не только EHT, но и другие обсерватории вроде рентгеновского телескопа «Чандра». Потоки аккреции должны нагреваться, о чем свидетельствует спектр магнитных излучений M87, в соответствии с релятивистскими ускоряющимися электронами в магнитном поле.

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

Видимое кольцо демонстрирует силу гравитации и гравитационное линзирование вокруг центральной черной дыры; и снова ОТО прошла испытания. Это кольцо в радиодиапазоне не соответствует самому горизонту событий и не соответствует кольцу вращающихся частиц. И это также не самая стабильная круговая орбита черной дыры. Нет, это кольцо возникает из сферы гравитационно линзируемых фотонов, пути которых искривляются гравитацией черной дыры по дороге к нашим глазам.

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

«Мы выяснили, что больше 50% общего потока в арксекундах проходит вблизи горизонта и что это излучение резко подавляется при попадании в эту область, в 10 раз, что является прямым доказательством предсказанной тени черной дыры».

Общая теория относительности Эйнштейна в очередной раз оказалась верной.

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

Черные дыры — динамические явления, их излучение меняется со временем. При массе в 6,5 миллиарда солнц, свету понадобится примерно день, чтобы преодолеть горизонт событий черной дыры. Это грубо устанавливает временные рамки, в которые мы можем ожидать увидеть изменения и флуктуации излучения, наблюдаемого EHT.

Даже наблюдения, которые длились несколько дней, позволили нам подтвердить, что структура испускаемого излучения меняется со временем, как и предсказывалось. Данные за 2017 год содержат четыре ночи наблюдений. Даже взглянув на эти четыре изображения можно визуально увидеть, что первые два обладают схожими чертами и последние два также, однако между первым и последним есть значительные отличия. Иными словами, свойства излучения вокруг черной дыры в M87 действительно меняются со временем.

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

EHT в будущем раскроет физическое происхождение вспышек черных дыр. Мы увидели, как в рентгеновском, так и в радиодиапазоне, что черная дыра в центре нашего собственного Млечного Пути испускает кратковременные вспышки излучения. Хотя самое первое представленное изображение черной дыры показало сверхмассивный объект в M87, черная дыра в нашей галактике — Стрелец А* — будет такой же большой, только меняться будет быстрее.

По сравнению с массой M87 — 6,5 миллиарда солнечных масс — масса Стрельца А* будет всего 4 миллиона солнечных масс: 0,06% от первой. Это значит, что колебания будут наблюдаться уже не в течение дня, а в течение даже одной минуты. Особенности черной дыры будут меняться быстро, и когда произойдет вспышка, мы сможем раскрыть ее природу.

Как вспышки связаны с температурой и светимостью радиокартины, которую мы увидели? Происходит ли магнитное пересоединение, как в выбросах корональной массы нашего Солнца? Что-нибудь разрывается в потоках аккреции? Стрелец А* вспыхивает ежедневно, поэтому мы сможем связать все нужные сигналы с этими событиями. Если наши модели и наблюдения будут такими же хорошими, какими они оказались для M87, мы сможем определить, что движет этими событиями и, возможно, даже узнаем, что падает в черную дыру, создавая их.

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

Появятся поляризационные данные, которые раскроют, обладают ли черные дыры собственным магнитным полем. Хотя мы все мы определенно были рады увидеть первый снимок горизонта событий черной дыры, важно понимать, что вскоре появится совершенно уникальная картина: поляризации света, исходящего от черной дыры. Из-за электромагнитной природы света его взаимодействие с магнитным полем отпечатает особенную поляризационную сигнатуру на ней, позволив нам реконструировать магнитное поле черной дыры, а также и то, как оно меняется со временем.

Мы знаем, что вещество за пределами горизонта событий, являясь по сути движущимися заряженными частицами (вроде электронов), генерирует собственное магнитное поле. Модели указывают, что линии поля могут либо оставаться в аккреционных потоках, либо проходить через горизонт событий, образуя своеобразный «якорь» в черной дыры. Есть связь между этими магнитными полями, аккрецией и ростом черной дыры, а также джетами. Без этих полей материя в потоках аккреции не могла бы терять угловой импульс и падать в горизонт событий.

Поляризационные данные, благодаря силе поляриметрической визуализации, расскажут нам об этом. Данные у нас уже есть: осталось выполнить полный анализ.

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

Усовершенствование Event Horizon Telescope покажет наличие других черных дыр вблизи галактических центров. Когда планета вращается вокруг Солнца, это связано не только с тем, что Солнце оказывает гравитационное воздействие на планету. Всегда есть равная и противоположная реакция: планета оказывает воздействие на солнце. Точно так же, когда объект кружит вокруг черной дыры, он также оказывает гравитационное давление на черную дыру. В присутствии целого набора масс возле центров галактик — и, в теории, множества невидимых пока черных дыр — центральная черная дыра должна буквально дрожать на своем 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 черной дыры. Техника для такого измерения подразумевает, что вы смотрите на калибратор, затем на источник, снова на калибратор, снова на источник и так далее. При этом перемещать взгляд нужно очень быстро. К сожалению, атмосфера меняется очень стремительно, и за 1 секунду многое может измениться, поэтому вы просто не успеете сравнить два объекта. Во всяком случае, не с современными технологиями.

Но технологии в этой области развиваются невероятно быстро. Инструменты, которые используются на EHT, ожидают обновления и, возможно, смогут достичь необходимой скорости к середине 2020-х годов. Эта загадка может быть решена к концу следующего десятилетия, и все благодаря улучшению инструментария.

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

Наконец, Event Horizon Telescope в конечном счете увидит сотни черных дыр. Чтобы разобрать черную дыру, нужно, чтобы разрешающая сила массива телескопа была лучше (то есть с высоким разрешением), чем размер объекта, который вы ищете. В настоящее время EHT может разобрать только три известных черных дыры во Вселенной с достаточно большим диаметром: Стрелец А*, центр M87, центр галактики NGC 1277.

Но мы можем увеличить мощность ока Event Horizon Telescope до размеров Земли, если запустим телескопы на орбиту. В теории, это уже технически достижимо. Увеличение количества телескопов увеличивает количество и частоту наблюдений, а вместе с тем и разрешение.

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

Внеся необходимые улучшения, вместо 2-3 галактик мы сможем находить сотни черных дыр или даже больше. Будущее фотоальбомов с черными дырами кажется ярким.

Проект Телескопа горизонта событий был дорогим, но он окупился. Сегодня мы живем в эпоху астрономии черных дыр и наконец-то смогли наблюдать их воочию. Это только начало. Подпишитесь на наш канал в Телеграме, чтобы получать все новости с этого невидимого фронта.

Источник: hi-news.ru

49 комментариев

  1. I was really happy to locate this web-site. I wished to thanks for your time for this fantastic read!! I certainly enjoying every bit of it and also I have you bookmarked to check out new things you article.

  2. Mervin Crank Mervin Crank 29.09.2020

    Hi! I just would love to give a big thumbs up for the terrific information you have below on this article. I will be coming back to your blog site for more quickly.

  3. I?m amazed, I must say. Actually seldom do I come across a blog that?s both instructional as well as entertaining, and also let me inform you, you have actually struck the nail on the head. Your idea is superior; the problem is something that insufficient individuals are talking wisely around. I am really satisfied that I stumbled across this in my look for something connecting to this.

  4. glass ionomer glass ionomer 01.10.2020

    Hello there! This is kind of off topic but I need some advice from an established blog. Is it difficult to set up your own blog? I’m not very techincal but I can figure things out pretty quick. I’m thinking about making my own but I’m not sure where to begin. Do you have any ideas or suggestions? Cheers

  5. Have you ever considered publishing an e-book or guest authoring on other blogs? I have a blog centered on the same ideas you discuss and would love to have you share some stories/information. I know my visitors would enjoy your work. If you’re even remotely interested, feel free to shoot me an email.

  6. bone loss in teeth bone loss in teeth 02.10.2020

    I’m not that much of a internet reader to be honest but your blogs really nice, keep it up! I’ll go ahead and bookmark your site to come back later on. Many thanks

  7. Hello! I realize this is kind of off-topic however I needed to ask. Does building a well-established blog such as yours take a large amount of work? I’m completely new to running a blog but I do write in my diary daily. I’d like to start a blog so I can share my own experience and views online. Please let me know if you have any ideas or tips for new aspiring blog owners. Appreciate it!

  8. Howdy this is kinda of off topic but I was wondering if blogs use WYSIWYG editors or if you have to manually code with HTML. I’m starting a blog soon but have no coding knowledge so I wanted to get advice from someone with experience. Any help would be enormously appreciated!

  9. cracked tooth cracked tooth 05.10.2020

    Write more, thats all I have to say. Literally, it seems as though you relied on the video to make your point. You definitely know what youre talking about, why throw away your intelligence on just posting videos to your blog when you could be giving us something enlightening to read?

  10. rotten teeth rotten teeth 06.10.2020

    At this time it appears like WordPress is the top blogging platform available right now. (from what I’ve read) Is that what you are using on your blog?

  11. Melva Molyneux Melva Molyneux 07.10.2020

    Thanks for a wonderful in addition to enlightening post We truly value all the effort which went in to the creating.

  12. Del Valrie Del Valrie 07.10.2020

    The next occasion I read a blog, I’m hoping that this doesnt disappoint me around this. Get real, It was my substitute for read, but I really thought youd have some thing fascinating to talk about. All I hear is actually a couple of whining about something you could fix if you werent too busy seeking attention.

  13. cbd make dogs tiref cbd make dogs tiref 16.10.2020

    I?m satisfied, I need to state. Actually hardly ever do I come across a blog site that?s both enlightening and amusing, and let me inform you, you have actually hit the nail on the head. Your concept is superior; the problem is something that not enough individuals are talking intelligently about. I am really happy that I came across this in my look for something relating to this.

  14. best cbd for pain best cbd for pain 17.10.2020

    Place on with this review, I absolutely assume this internet site requires much more factor to consider. I?ll possibly be again to read much more, thanks for that details.

  15. security screens security screens 23.10.2020

    I enjoy what you guys are usually up too. This type of clever work and reporting! Keep up the very good works guys I’ve included you guys to blogroll.

  16. security screens security screens 23.10.2020

    Howdy! I could have sworn I’ve been to this website before but after checking through some of the post I realized it’s new to me. Anyhow, I’m definitely delighted I found it and I’ll be book-marking and checking back often!

  17. Hello! Would you mind if I share your blog with my facebook group? There’s a lot of people that I think would really enjoy your content. Please let me know. Cheers

  18. Woah! I’m really loving the template/theme of this site. It’s simple, yet effective. A lot of times it’s hard to get that «perfect balance» between superb usability and visual appearance. I must say that you’ve done a amazing job with this. Additionally, the blog loads super fast for me on Chrome. Superb Blog!

  19. Johana Wilde Johana Wilde 27.10.2020

    There are definitely a lot of information like that to consider. That is a terrific point to bring up. I provide the thoughts above as basic motivation yet plainly there are concerns like the one you bring up where one of the most important point will certainly be working in truthful good faith. I don?t understand if finest practices have actually arised around points like that, yet I make certain that your task is plainly recognized as an up for grabs. Both kids as well as women feel the influence of simply a moment?s enjoyment, for the remainder of their lives.

  20. Cecil Weavers Cecil Weavers 28.10.2020

    Wonderful blog post. I find out something more tough on different blogs daily. It will always be stimulating to review content from other writers and exercise a something from their store. I?d favor to make use of some with the material on my blog whether you don?t mind. Natually I?ll provide you a web link on your web blog site. Thanks for sharing.

  21. With havin so much content do you ever run into any issues of plagorism or copyright violation? My website has a lot of completely unique content I’ve either written myself or outsourced but it looks like a lot of it is popping it up all over the internet without my permission. Do you know any ways to help reduce content from being ripped off? I’d genuinely appreciate it.

  22. Greetings from Colorado! I’m bored to death at work so I decided to check out your site on my iphone during lunch break. I love the information you present here and can’t wait to take a look when I get home. I’m surprised at how fast your blog loaded on my cell phone .. I’m not even using WIFI, just 3G .. Anyhow, awesome site!

  23. Howdy, i read your blog occasionally and i own a similar one and i was just curious if you get a lot of spam responses? If so how do you protect against it, any plugin or anything you can recommend? I get so much lately it’s driving me crazy so any help is very much appreciated.

  24. crimsafe crimsafe 03.11.2020

    Thanks on your marvelous posting! I certainly enjoyed reading it, you might be a great author.I will ensure that I bookmark your blog and definitely will come back at some point. I want to encourage you to definitely continue your great writing, have a nice weekend!

  25. james kerr james kerr 03.11.2020

    Heya are using WordPress for your site platform? I’m new to the blog world but I’m trying to get started and create my own. Do you need any html coding expertise to make your own blog? Any help would be really appreciated!

  26. crimsafe crimsafe 03.11.2020

    Please let me know if you’re looking for a author for your site. You have some really good posts and I believe I would be a good asset. If you ever want to take some of the load off, I’d absolutely love to write some content for your blog in exchange for a link back to mine. Please blast me an e-mail if interested. Regards!

  27. Hmm it appears like your website ate my first comment (it was extremely long) so I guess I’ll just sum it up what I wrote and say, I’m thoroughly enjoying your blog. I as well am an aspiring blog writer but I’m still new to everything. Do you have any helpful hints for inexperienced blog writers? I’d certainly appreciate it.

  28. I am curious to find out what blog platform you’re utilizing? I’m having some small security problems with my latest blog and I would like to find something more secure. Do you have any suggestions?

  29. I’m not sure exactly why but this web site is loading incredibly slow for me. Is anyone else having this issue or is it a issue on my end? I’ll check back later on and see if the problem still exists.

  30. Hey there! This is my 1st comment here so I just wanted to give a quick shout out and tell you I truly enjoy reading your blog posts. Can you recommend any other blogs/websites/forums that cover the same subjects? Thanks!

  31. Hey! I just wanted to ask if you ever have any problems with hackers? My last blog (wordpress) was hacked and I ended up losing months of hard work due to no back up. Do you have any solutions to prevent hackers?

  32. Good day! I could have sworn I’ve been to this blog before but after checking through some of the post I realized it’s new to me. Nonetheless, I’m definitely happy I found it and I’ll be book-marking and checking back frequently!

  33. Hi there, i read your blog occasionally and i own a similar one and i was just curious if you get a lot of spam feedback? If so how do you stop it, any plugin or anything you can suggest? I get so much lately it’s driving me crazy so any support is very much appreciated.

  34. I was wondering if you ever thought of changing the structure of your website? Its very well written; I love what youve got to say. But maybe you could a little more in the way of content so people could connect with it better. Youve got an awful lot of text for only having one or two images. Maybe you could space it out better?

  35. First off I want to say wonderful blog! I had a quick question which I’d like to ask if you don’t mind. I was curious to find out how you center yourself and clear your mind before writing. I have had difficulty clearing my mind in getting my ideas out there. I do take pleasure in writing however it just seems like the first 10 to 15 minutes are generally wasted simply just trying to figure out how to begin. Any recommendations or hints? Many thanks!

  36. My partner and I stumbled over here from a different web address and thought I might as well check things out. I like what I see so now i am following you. Look forward to exploring your web page repeatedly.

  37. crimsafe crimsafe 07.11.2020

    With havin so much written content do you ever run into any issues of plagorism or copyright infringement? My site has a lot of completely unique content I’ve either written myself or outsourced but it appears a lot of it is popping it up all over the internet without my permission. Do you know any ways to help protect against content from being stolen? I’d certainly appreciate it.

  38. Today, I went to the beach front with my kids. I found a sea shell and gave it to my 4 year old daughter and said «You can hear the ocean if you put this to your ear.» She put the shell to her ear and screamed. There was a hermit crab inside and it pinched her ear. She never wants to go back! LoL I know this is totally off topic but I had to tell someone!

  39. Woah! I’m really enjoying the template/theme of this website. It’s simple, yet effective. A lot of times it’s tough to get that «perfect balance» between usability and visual appearance. I must say that you’ve done a great job with this. In addition, the blog loads super fast for me on Opera. Outstanding Blog!

  40. Thanks on your marvelous posting! I quite enjoyed reading it, you might be a great author.I will make certain to bookmark your blog and definitely will come back in the future. I want to encourage yourself to continue your great writing, have a nice morning!

  41. boss security boss security 17.11.2020

    Appreciating the dedication you put into your website and in depth information you provide. It’s good to come across a blog every once in a while that isn’t the same old rehashed material. Wonderful read! I’ve bookmarked your site and I’m including your RSS feeds to my Google account.

  42. Hey there! I just wanted to ask if you ever have any trouble with hackers? My last blog (wordpress) was hacked and I ended up losing a few months of hard work due to no data backup. Do you have any methods to protect against hackers?

  43. I really like your blog.. very nice colors & theme. Did you make this website yourself or did you hire someone to do it for you? Plz reply as I’m looking to construct my own blog and would like to find out where u got this from. thanks a lot

  44. Hi there! I could have sworn I’ve been to this blog before but after reading through some of the post I realized it’s new to me. Nonetheless, I’m definitely glad I found it and I’ll be bookmarking and checking back frequently!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

11 − 3 =