В дыру: порно через дырку в стене – Через дырку в стене — порно на TOPporno.TV

Содержание

Чёрная дыра — Википедия

Компьютерная симуляция слияния двух чёрных дыр, от которого впервые были зарегистрированы гравитационные волны

Чёрная дыра́ — область пространства-времени[2], гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда.

Теоретически возможность существования таких областей пространства-времени следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна, первое[3] из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Изобретатель термина достоверно не известен[4], но само обозначение было популяризовано Джоном Арчибальдом Уилером и впервые публично употреблено в популярной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное» (англ. Our Universe: the Known and Unknown) 29 декабря 1967 года

[Комм 1]. Ранее подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звёзды» или «коллапсары» (от англ. collapsed stars), а также «застывшие звёзды» (англ. frozen stars)[5].

Вопрос о реальном существовании чёрных дыр тесно связан с тем, насколько верна теория гравитации, из которой следует их существование. В современной физике стандартной теорией гравитации, лучше всего подтверждённой экспериментально, является общая теория относительности (ОТО), уверенно предсказывающая возможность образования чёрных дыр (но их существование возможно и в рамках других (не всех) моделей, см. Альтернативные теории гравитации). Поэтому наблюдаемые данные анализируются и интерпретируются, прежде всего, в контексте ОТО, хотя, строго говоря, эта теория пока не является интенсивно экспериментально протестированной для условий, соответствующих области пространства-времени в непосредственной близости от горизонта чёрных дыр звёздных масс (однако хорошо подтверждена в условиях, соответствующих сверхмассивным чёрным дырам

[6], и с точностью до 94 % согласуется с первым гравитационно-волновым сигналом). Поэтому утверждения о непосредственных доказательствах существования чёрных дыр, в том числе и в этой статье ниже, строго говоря, следует понимать в смысле подтверждения существования астрономических объектов, таких плотных и массивных, а также обладающих некоторыми другими наблюдаемыми свойствами, что их можно интерпретировать как чёрные дыры общей теории относительности[6].

Кроме того, чёрными дырами часто называют объекты, не строго соответствующие данному выше определению, а лишь приближающиеся по своим свойствам к такой чёрной дыре — например, это могут быть коллапсирующие звёзды на поздних стадиях коллапса. В современной астрофизике этому различию не придаётся большого значения

[7], так как наблюдаемые проявления «почти сколлапсировавшей» («замороженной») звезды и «настоящей» («извечной») чёрной дыры практически одинаковы. Это происходит потому, что отличия физических полей вокруг коллапсара от таковых для «извечной» чёрной дыры уменьшаются по степенным законам с характерным временем порядка гравитационного радиуса, делённого на скорость света — то есть за доли секунды для чёрных дыр звёздных масс и часы для сверхмассивных чёрных дыр[8].

10 апреля 2019 года Национальный научный фонд США впервые показал «фотографию» сверхмассивной черной дыры в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли.[9][10] Изображение получили благодаря проекту Event Horizon Telescope, который включает в себя восемь радиотелескопов, расположенных по всему земному шару

[11]. «Полученная картинка подтверждает существование горизонта событий, то есть подтверждает правильность общей теории относительности Эйнштейна», — заявил один из руководителей проекта Event Horizon Telescop Лучано Реццола[12].

Различают четыре сценария образования чёрных дыр:

  • два реалистичных
  • и два гипотетических

«Чёрная звезда» Мичелла (1784—1796)[править | править код]

«Чёрная дыра» Мичелла

Концепция массивного тела, гравитационное притяжение которого настолько велико, что скорость, необходимая для преодоления этого притяжения (вторая космическая скорость), равна или превышает скорость света, впервые была высказана в 1784 году Джоном Мичеллом в письме[13], которое он послал в Королевское общество. Письмо содержало расчёт, из которого следовало, что для тела с радиусом в 500 солнечных радиусов и с плотностью Солнца вторая космическая скорость на его поверхности будет равна скорости света

[14]. Таким образом, свет не сможет покинуть это тело, и оно будет невидимым[15]. Мичелл предположил, что в космосе может существовать множество таких недоступных наблюдению объектов. В 1796 году Лаплас включил обсуждение этой идеи в свой труд «Exposition du Systeme du Monde», однако в последующих изданиях этот раздел был опущен. Тем не менее, именно благодаря Лапласу эта мысль получила некоторую известность[15].

От Мичелла до Шварцшильда (1796—1915)[править | править код]

На протяжении XIX века идея тел, невидимых вследствие своей массивности, не вызывала большого интереса у учёных. Это было связано с тем, что в рамках классической физики скорость света не имеет фундаментального значения. Однако в конце XIX — начале XX века было установлено, что сформулированные Дж. Максвеллом законы электродинамики, с одной стороны, выполняются во всех инерциальных системах отсчёта, а с другой стороны, не обладают инвариантностью относительно преобразований Галилея. Это означало, что сложившиеся в физике представления о характере перехода от одной инерциальной системы отсчёта к другой нуждаются в значительной корректировке.

В ходе дальнейшей разработки электродинамики Г. Лоренцем была предложена новая система преобразований пространственно-временных координат (известных сегодня как преобразования Лоренца), относительно которых уравнения Максвелла оставались инвариантными. Развивая идеи Лоренца, А. Пуанкаре предположил, что все прочие физические законы также инвариантны относительно этих преобразований.

В 1905 году А. Эйнштейн использовал концепции Лоренца и Пуанкаре в своей специальной теории относительности (СТО), в которой роль закона преобразования инерциальных систем отсчёта окончательно перешла от преобразований Галилея к преобразованиям Лоренца. Классическая (галилеевски-инвариантная) механика была при этом заменена на новую, Лоренц-инвариантную релятивистскую механику. В рамках последней скорость света оказалась предельной скоростью, которую может развить физическое тело, что радикально изменило значение чёрных дыр в теоретической физике.

Однако ньютоновская теория тяготения (на которой базировалась первоначальная теория чёрных дыр) не является лоренц-инвариантной. Поэтому она не может быть применена к телам, движущимся с околосветовыми и световой скоростями. Лишённая этого недостатка релятивистская теория тяготения была создана, в основном, Эйнштейном (сформулировавшим её окончательно к концу 1915 года) и получила название общей теории относительности (ОТО)[15]. Именно на ней и основывается современная теория астрофизических чёрных дыр[7].

По своему характеру ОТО является геометрической теорией. Она предполагает, что гравитационное поле представляет собой проявление искривления пространства-времени (которое, таким образом, оказывается псевдоримановым, а не псевдоевклидовым, как в специальной теории относительности). Связь искривления пространства-времени с характером распределения и движения заключающихся в нём масс даётся основными уравнениями теории — уравнениями Эйнштейна.

Искривление пространства

(Псевдо)римановыми называются пространства, которые в малых масштабах ведут себя «почти» как обычные (псевдо)евклидовы. Так, на небольших участках сферы теорема Пифагора и другие факты евклидовой геометрии выполняются с очень большой точностью. В своё время это обстоятельство и позволило построить евклидову геометрию на основе наблюдений над поверхностью Земли (которая в действительности не является плоской, а близка к сферической). Это же обстоятельство обусловило и выбор именно псевдоримановых (а не каких-либо ещё) пространств в качестве основного объекта рассмотрения в ОТО: свойства небольших участков пространства-времени не должны сильно отличаться от известных из СТО.

Однако в больших масштабах римановы пространства могут сильно отличаться от евклидовых. Одной из основных характеристик такого отличия является понятие кривизны. Суть его состоит в следующем: евклидовы пространства обладают свойством абсолютного параллелизма: вектор X′,{\displaystyle X’,} получаемый в результате параллельного перенесения вектора X{\displaystyle X} вдоль любого замкнутого пути, совпадает с исходным вектором X.{\displaystyle X.} Для римановых пространств это уже не всегда так, что может быть легко показано на следующем примере. Предположим, что наблюдатель встал на пересечении экватора с нулевым меридианом лицом на восток и начал двигаться вдоль экватора. Дойдя до точки с долготой 180°, он изменил направление движения и начал двигаться по меридиану к северу, не меняя направления взгляда (то есть теперь он смотрит вправо по ходу). Когда он таким образом перейдёт через северный полюс и вернётся в исходную точку, то окажется, что он стоит лицом к западу (а не к востоку, как изначально). Иначе говоря, вектор, параллельно перенесённый вдоль маршрута следования наблюдателя, «прокрутился» относительно исходного вектора. Характеристикой величины такого «прокручивания» и является кривизна

[16]

.

Решения уравнений Эйнштейна для чёрных дыр[править | править код]

Так как чёрные дыры являются локальными и относительно компактными образованиями, то при построении их теории обычно пренебрегают наличием космологической постоянной, так как её эффекты для таких характерных размеров задачи неизмеримо малы. Тогда стационарные решения для чёрных дыр в рамках ОТО, дополненной известными материальными полями, характеризуются только тремя параметрами: массой (M{\displaystyle M}), моментом импульса (L{\displaystyle L}) и электрическим зарядом (Q{\displaystyle Q}), которые складываются из соответствующих характеристик вошедших в чёрную дыру при коллапсе и упавших в неё позднее тел и излучений (если в природе существуют магнитные монополи, то чёрные дыры могут иметь также магнитный заряд (G{\displaystyle G})

[17], но пока подобные частицы не обнаружены). Любая чёрная дыра стремится в отсутствие внешних воздействий стать стационарной, что было доказано усилиями многих физиков-теоретиков, из которых особо следует отметить вклад нобелевского лауреата Субраманьяна Чандрасекара, перу которого принадлежит фундаментальная для этого направления монография «Математическая теория чёрных дыр»[18]. Более того, представляется, что никаких других характеристик, кроме этих трёх, у не возмущаемой снаружи чёрной дыры быть не может, что формулируется в образной фразе Уилера: «Чёрные дыры не имеют волос»
[17]
.

Решения уравнений Эйнштейна для чёрных дыр с соответствующими характеристиками:

  • Решение Шварцшильда (1916 год, Карл Шварцшильд) — статичное решение для сферически-симметричной чёрной дыры без вращения и без электрического заряда.
  • Решение Рейснера — Нордстрёма (1916 год, Ганс Рейснер и 1918 год, Гуннар Нордстрём) — статичное решение сферически-симметричной чёрной дыры с зарядом, но без вращения.
  • Решение Керра (1963 год, Рой Керр) — стационарное, осесимметричное решение для вращающейся чёрной дыры, но без заряда.
  • Решение Керра — Ньюмена (1965 год, Э. Т. Ньюмен (англ.), Э. Кауч, К. Чиннапаред, Э. Экстон, Э. Пракаш и Р. Торренс)[19] — наиболее полное на данный момент решение: стационарное и осесимметричное, зависит от всех трёх параметров.

Решение для вращающейся чёрной дыры чрезвычайно сложно. Его вывод был описан Керром в 1963 году очень кратко[20], и лишь спустя год детали были опубликованы Керром и Шильдом в малоизвестных трудах конференции. Подробное изложение вывода решений Керра и Керра — Ньюмена было опубликовано в 1969 году в известной работе Дебнея, Керра и Шильда[21]. Последовательный вывод решения Керра был также проделан Чандрасекаром более чем на пятнадцать лет позже[18].

Считается, что наибольшее значение для астрофизики имеет решение Керра, так как заряженные чёрные дыры должны быстро терять заряд, притягивая и поглощая противоположно заряженные ионы и пыль из космического пространства. Существует также гипотеза[22], связывающая гамма-всплески с процессом взрывной нейтрализации заряженных чёрных дыр путём рождения из вакуума электрон-позитронных пар (Р. Руффини с сотрудниками), но она оспаривается рядом учёных[23].

Теоремы об «отсутствии волос»[править | править код]

Теоремы об «отсутствии волос» у чёрной дыры (англ. No hair theorem) говорят о том, что у стационарной чёрной дыры внешних характеристик, помимо массы, момента импульса и определённых зарядов (специфических для различных материальных полей), быть не может (в том числе и радиуса), и детальная информация о материи будет потеряна (и частично излучена вовне) при коллапсе. Большой вклад в доказательство подобных теорем для различных систем физических полей внесли Брэндон Картер, Вернер Израэль, Роджер Пенроуз, Пётр Хрусьцель (Chruściel), Маркус Хойслер. Сейчас представляется, что данная теорема верна для известных в настоящее время полей, хотя в некоторых экзотических случаях, аналогов которых в природе не обнаружено, она нарушается[24].

Решение Шварцшильда[править | править код]

Основные свойства[править | править код]

Согласно теореме Биркгофа[en], гравитационное поле любого сферически симметричного распределения материи вне её даётся решением Шварцшильда. Поэтому слабо вращающиеся чёрные дыры, как и пространство-время вблизи Солнца и Земли, в первом приближении тоже описываются этим решением.

Две важнейшие черты, присущие чёрным дырам в модели Шварцшильда — это наличие горизонта событий (он по определению есть у любой чёрной дыры) и сингулярности, которая отделена этим горизонтом от остальной Вселенной[15].

Решением Шварцшильда точно описывается изолированная невращающаяся, незаряженная и не испаряющаяся чёрная дыра (это сферически симметричное решение уравнений гравитационного поля (уравнений Эйнштейна) в вакууме). Её горизонт событий — это сфера, радиус которой, определённый из её площади по формуле S=4πr2,{\displaystyle S=4\pi r^{2},} называется гравитационным радиусом или радиусом Шварцшильда.

Все характеристики решения Шварцшильда однозначно определяются одним параметром — массой. Так, гравитационный радиус чёрной дыры массы M{\displaystyle M} равен[25]

rs=2GMc2,{\displaystyle r_{s}={\frac {2\,GM}{c^{2}}},}

где G{\displaystyle G} — гравитационная постоянная, а c{\displaystyle c} — скорость света. Чёрная дыра с массой, равной массе Земли, обладала бы радиусом Шварцшильда около 9 мм (то есть Земля могла бы стать чёрной дырой, если бы что-либо смогло сжать её до такого размера). Для Солнца радиус Шварцшильда составляет примерно 3 км.

Такая же величина гравитационного радиуса получается в результате вычислений на основе классической механики и ньютоновской теории тяготения. Данный факт не случаен, он является следствием того, что классическая механика и ньютоновская теория тяготения содержатся в общей теории относительности как её предельный случай.[26]

Объекты, размер которых наиболее близок к своему радиусу Шварцшильда, но которые ещё не являются чёрными дырами, — это нейтронные звёзды.

Можно ввести понятие «средней плотности» чёрной дыры, поделив её массу на «объём, заключённый под горизонтом событий»[Комм 2]:

ρ=3c632πM2G3.{\displaystyle \rho ={\frac {3\,c^{6}}{32\pi M^{2}G^{3}}}.}

Средняя плотность падает с ростом массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью, превышающей ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 109 солнечных масс (существование таких чёрных дыр подозревается в квазарах) обладает средней плотностью порядка 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды. Таким образом, чёрную дыру можно получить не только сжатием имеющегося объёма вещества, но и экстенсивным путём — накоплением огромного количества материала.


Для более точного описания реальных чёрных дыр необходим учёт наличия момента импульса. Кроме того, малые, но концептуально важные добавки для чёрных дыр астрофизических масс — излучение Старобинского и Зельдовича и излучение Хокинга — следуют из квантовых поправок. Учитывающую это теорию (то есть ОТО, в которой правая часть уравнений Эйнштейна есть среднее по квантовому состоянию от тензора энергии-импульса) обычно называют «полуклассической гравитацией». Представляется, что для очень малых чёрных дыр эти квантовые поправки должны стать определяющими, однако это точно неизвестно, так как отсутствует непротиворечивая модель квантовой гравитации[27].

Метрическое описание и аналитическое продолжение[править | править код]

В 1915 году К. Шварцшильд выписал решения уравнений Эйнштейна без космологического члена для пустого пространства в сферически симметричном статическом случае[15] (позднее Биркхоф показал, что предположение статичности излишне[28]). Это решение оказалось пространством-временем M{\displaystyle {\mathcal {M}}} с топологией R2×S2{\displaystyle R^{2}\times S^{2}} и интервалом, приводимым к виду

ds2=−(1−rs/r)c2dt2+(1−rs/r)−1dr2+r2(dθ2+sin2⁡θdφ2),{\displaystyle ds^{2}=-(1-r_{s}/r)c^{2}dt^{2}+(1-r_{s}/r)^{-1}dr^{2}+r^{2}(d\theta ^{2}+\sin ^{2}\theta \,d\varphi ^{2}),}

где

t{\displaystyle t} — временна́я координата, в секундах,
r{\displaystyle r} — радиальная координата, в метрах,
θ{\displaystyle \theta } — полярная угловая координата, в радианах,
φ{\displaystyle \varphi } — азимутальная угловая координата, в радианах,
rs{\displaystyle r_{s}} — радиус Шварцшильда тела с массой M{\displaystyle M}, в метрах.

Временна́я координата соответствует времениподобному вектору Киллинга ∂t{\displaystyle \partial _{t}}, который отвечает за статичность пространства-времени, при этом её масштаб выбран так, что t{\displaystyle t} — это время, измеряемое бесконечно удалёнными покоящимися часами (r=const→∞,θ=const,φ=const

Аглая Датешидзе | Стихотворение «Про дыру» и резонанс

Автор: Аглая Датешидзе 4 года, 7 месяцев назад

(12 комметариев)

За последние дни у меня в жизни удивительно много дел. Еще больше, чём обычно. Это связано с тем, что стихотворение «Про дыру» отозвалось многим. Я совсем не ожидала такого резонанса, вот правда. Когда я его выкладывала, мне было очень стыдно, потому что оно казалось мне душевно совершенно нагим. Особенно с фотографией. Я думала, что я одна такая дефективная.

Но люди пишут, что это прямо про них и десятками добавляются в контакты. Это удивительно и неожиданно! А в то же время это стихотворение прямо про меня и про многих, на кого я смотрю. В общем, про наше поколение, видимо.

И даже если я ничего больше не напишу, всё равно мне уже что-то удалось хорошее. Хотя, здесь начинает говорить эго. Оно напрягается так, как будто это оно само все пишет и сочиняет. Но стихи и тексты приходят не от напряга и не не из эго, замкнутого в себе. Стоит только расслабиться, настроиться, узреть мир, и все течет само. По крайней мере у меня так.

Вот, один чудесный человек сегодня написал, что только отдавая, мы можем сохранить то, что имеем. Вот я и продолжаю отдавать. То есть даже не отдавать, а возвращать. Видеть, осознавать, обобщать и возвращать обратно в поле. Проводить через себя мысли и энергию. А это наполняет и меня саму.

Спасибо всем, с кем я имела за это время короткие беседы и длинные разговоры.

Столько поддержки! Люблю вас!

Про дыру

Хочешь гляди, а не хочешь, так не гляди:
Я уродилась с огромной дырой в груди.
И чтоб ночами от ужаса не кричать,
Все родные решили не замечать.

Доктор, порассмотрев на стене ковры,
Через меня, сообщил мне, что нет дыры.
Мама навешала елочной мишуры.
Папа велел мне стыдиться своей хандры.

Я лила в нее кофе, несла цветы,
Чтобы как-то спасаться от пустоты.
Я вставляла туда мужчин, подруг,
Книги, идеи, работу и все вокруг.

Складывала конфеты и шоколад
Тоннами. А потом листовой салат.
Мужа, ребенка, машину, свои мечты,
Яркие безделушки, смартфон, кресты.

Позже болезни. С надеждой смотря вокруг,
Преданным взглядом, искала, ну где тот друг,
Принц, целитель, гуру или святой,
Кто мне поможет справиться с пустотой.

Сразу была готова впустить любя
Первого встречного, но не саму себя.
Будто собака голодная в конуре,
Будто бы нищенка у проходных дверей.

Стыдно подумать, что делала, где спала
С кем ночевала, что ела, о чем врала.
Как наутро, сделав приличный вид,
Всем говорила, что вовсе и не болит…

В новеньких платьях, дыхание затая,
Тайно мечтала, что я, наконец, — не я.
Красила волосы в неисправимый цвет,
Рьяно старалась нарушить любой запрет.

Годы идут, и я снова ответ ищу.
Радуюсь разному, и о больном грущу.
Рая не будет. Но кажется, будто свет
Светит мне в душу. И в ней говорит поэт.

Ну а когда недостаточно света дня,
Луч пробивается будто бы из меня.
Через мою дыру, словно в лупу дней,
Люди рядом видят себя ясней.

Сами приходят и часто благодарят.
Вечно в нее мне что-нибудь говорят.
Дети целуют краюшки пустоты,
И доверяют мне тайно свои мечты.

Кто-то (вот это истинно удивил!)
Даже признался моей пустоте в любви.
Как-то художник пришел и, разинув рот,
Мне говорил, что не видел таких пустот.

Кто-то заметил, что тихая пустота
Всех принимает о объятия. И тогда
В ней происходит чудо. И если встать,
Не шевелясь, начинает нас исцелять.

Я бы хотела сказать вам, что все ништяк,
И что дыра затянется просто так.
Но вы простите, я точно не буду врать,
Я не знаю, как мне её залатать.

Мудрые говорят, к сорока годам,
Там, на месте дыры, остается шрам.
Если погода к нам, смертным, благоволит,
То он почти не ноет и не болит.

Может быть по прошествии многих дней
Я успокоюсь и стану чуть-чуть мудрей.
Даже однажды пойму, что дыра и грусть
Точно размером с Бога. И улыбнусь.

Точно размером с душу. И, не спеша,
Я осознаю, что это и есть душа.


17.06.15

Аглая Датешидзе

С 24 октября 2019 – новый онлайн-курс Аглаи Датешидзе «Злость и с чем ее едят»: >>подробности

Сборник текстов Аглаи Датешидзе «Близость, пространство между» бесплатно: >> получить на почту

Понравилось? Подпишитесь на рассылку и вы ничего не пропустите :))

Хотите отблагодарить?
Просто нажмите кнопочки социальных сетей и поделитесь с друзьями!

Чёрная дыра — Lurkmore

«

Чёрные дыры удовлетворяют всем требованиям, чтобы быть местоположением ада

»
— Джек и Рекселл ван Имп, лауреаты Шнобелевской премии
«

Чёрная дыра сосет ада

»
— Джек и Рекселл ван Имп, Саня Пироговʘʘ
Первое настоящее изображение в радиодиапазоне jpg. 55 миллионов световых лет от Земли

Черная дыра — физический объект, результат теоретических изысканий.

Ничто не может вырваться из чёрной дыры из-за ее гравитации, даже свет! Открыта внезапно английским священником Джоном Мичеллом «на кончике пера» еще в 1783 году, но тогда всем было реально не до этого. Позднее, уже в XX веке, к этой теме вернулся Шварцшильд, и теперь она уже пришлась по нраву, сначала физикам, а потом и прочим любителям научной экзотики.

[править] Почему оно так называется

Термин «Черная дыра» придумал американский физик Джон Уилер, который считал, что прошлое название «темная (или черная) звезда» не полностью отражает суть™. Журнал Physical Review статью отверг, так как термин «черная дыра» считался непристойным. Уилер надавил на кого надо, и статью напечатали. В следующей работе физик доказывал, что у черной дыры нет волос (спойлер: горизонт событий не имеет особенностей, две ЧД с одинаковыми массой, зарядом и моментом вращения неотличимы)

[править] Как оно работает

С точки зрения классических теорий, при некоторой гравитации, в некотором линейном размере пространства, вторая космическая скорость (то есть та скорость, что требуется для отрыва от объекта в прекрасное далёко) на радиусе Шварцшильда превышает скорость света, а значит, даже свет не сможет уйти наружу, не то что какое-либо тело. Этот радиус как раз и соответствует равенству второй космической скорости и скорости света и является условной внешней границей дыры. Условная поверхность сферы, из которой уже не выбраться, называется горизонтом событий.

В рамках же общей теории относительности и модели Шварцшильда, для любого физического тела существует гравитационный радиус, такой, что если это тело в него скукожить, то тензор энергии-импульса породит сферу с бесконечной кривизной. Это очевидно. Разумеется, что тело из этой сферы уже выбраться не сможет, как и всё то, чему не повезло туда влететь. Как правило, вещество до такого состояния доводят коллапс умирающих звёзд и столкновения частиц со сверхвысокими энергиями. Но об этом ниже.

Расовые пиндосы имеют следующее популярное объяснение принципа работы ЧД. Суть его сводится к тому, что пространство попросту «утекает» в дырку, причём на горизонте скорость утечки пространства равна скорости света, а за горизонтом и того больше. Поэтому тело не сможет преодолеть втекающий поток пространства и неизбежно будет засосано внутрь, если его скорость не превосходит скорости света (то есть почти любое, кроме тахионов (которые, кстати, ещё и не открыты), которые имеют скорость всегда выше скорости света и могут невозбранно свалить, будучи даже далеко за горизонтом).

А вот струнщикам сабж показался недостаточно кошерным, поэтому они запилили свою чёрную дыру с формулами и уравнениями. Физики старой закалки ехидно смеются и тыкают пальцами… или тайно завидуют, что до них не дошло это раньше.

[править] Как оно образуется

[править] В природе

При издыхании массивной (более 2,5 солнечных масс) звезды, когда иссякает энергия термоядерного синтеза, а масса остаётся, звезда превращается в такую чёрную дыру. Считается, что Солнце не осилит — масса маловата. Гравитационное сжатие звезды уравновешивается газовым давлением, а также давлением света, излучаемого ее внутренними слоями[1]. После прекращения горения водорода ядро звезды остывает, и это внутреннее давление пропадает, что приводит к сжатию ядра гравитационными силами и, следовательно, новому разогреву; это позволяет включить реакции трансмутации гелия в бериллий, бериллия в углерод[2] и так далее до железа. После прекращения энергетически выгодных реакций ядро звезды вновь остывает и, теряя устойчивость, коллапсирует под давлением внешних и внутренних слоёв газа.

Если масса ядра звезды меньше 1,4 масс Солнца, то звезда переходит в состояние, в первом приближении похожее на металлическое, а давление вышележащих слоёв уравновешивается давлением вырожденного электронного газа — звезда становится белым карликом; внешние же слои газа рассеиваются. Ежели масса ядра звезды больше предела Чандрасекара, то электронный газ физически становится неспособным удержать звезду от сжатия, и она коллапсирует до другой точки равновесия, превращаясь в нейтронную звезду, фактически представляющую собой одно сплошное гигантское «жидкое» атомное ядро, которое в поперечнике размером с Тулу, а весит как полтора Солнца. Но перед этим как ебанёт! Вообще, в подобных условиях образуются много разных штук, вроде пульсаров и сверхновых, но они не разрекламированы быдлокультурой и не столь эпичны, поэтому и говорить о них здесь не будем.

При массах ядра звезды, больших 3 масс Солнца, коллапс продолжается и дальше, пока на некотором радиусе (тот самый радиус Шварцшильда) кривизна пространства не становится бесконечной. Происходит классическое деление на ноль: большой звёздной массы на совершенно никакой объём — и звезда превращается в чёрную дыру. При этом захватывается с собой всё, что плохо лежало рядом, и продолжает зохватываться и далее всё доступное. Собственно, по этому захвату их и обнаружили — падающее в бездонный гравитационный колодец вещество, разогнанное почти до световых скоростей, испускает вопли oh shi! в гамма- и рентген-диапазонах [4].

Есть мнение, что в центрах многих (или даже всех — ну, по крайней мере, спиральных) галактик есть сверхмассивные черные дыры с массами от сотен тысяч до миллиардов солнечных. И в нашей тоже. Так что всякое может произойти! Не веришь, битард? Допустим, к нам приближается M31. А ещё M87 может плюнуть в нас релятивистской струёй. Ну и не стоит забывать, что за галактический год (200—250 млн земных лет) Солнце может повстречать очень много представителей сабжа, и не только их.

[править] В лаборатории

Альтернативный способ получения чёрной дыры — накачать заметную, хотя и вполне разумного размера энергию, но зато в крайне малый объем, например, при столкновении атомных частиц. Специально для экспериментальной проверки подобной методики был построен и сейчас вовсю доставляет столкновениями этих самых частиц Большой Адронный Коллайдер. 95% ужасов, накручиваемых хомячками вокруг БАК, также растут из идеи «вот создадут на нём дыру — И ВСЕМ ПИЗДЕЦ!!!11». Что, естественно, хуита. Во-первых, чёрная дыра размером с атом водорода (а это очень и очень дохуя массы — 2.16·10-15кг) будет поглощать эту вашу Землю астрономическое количество времени. Во-вторых, планктону невдомёк, что атмосфера планеты регулярно обстреливается космическими лучами с энергиями куда более охуительными, чем может выдать этот ваш Кол-Ай-Дыр — и ничего, все живы-здоровы. Ну а в-третьих, маленькие чёрные дыры довольно быстро выкипают — теряют массу из-за излучения Хокинга. Причём, некоторые ученые считают, что вообще все элементарные частицы — и так миниатюрные черные дыры. Эксперимент на коллайдыре должен это доказать или опровергнуть.

Чисто теоретически, ещё присутствуют такие понятия, как «белая дыра» и «серая дыра». Есть теория, что всё вещество, попадающее в черную дыру в нашей вселенной, вываливается пачками в другую (например, параллельную) или опять в нашу, и тот объект, который всё это там вываливает — и является белой дырой (собсно, название «чёрная дыра» дано сабжу потому, что по теории даже свет не может оттуда выбраться, и его не видно, а «белой дырой» может называться объект, в который вообще попасть нихуя не может — а только вываливается). Эдакий пищеварительный тракт, всё как у людей, те же рот и жопа. Однако у нас во Вселенной белых дыр ещё видеть не видывали, но это может быть из-за всего что угодно. Возможно, потому, что белые дыры нарушают принцип причинности. Или потому, что строение нашей вселенной позволяет только проёбывать все в черную дыру и ничего не высерать из белой. Или, к примеру, потому, что ТБВ — как раз и есть та дыра, из которой и получилась наша Вселенная. Серая же дыра — это фактически нейтронная звезда, которая вот-вот собирается поделить себя на ноль, поэтому и наблюдается астрономами как сабж, хотя таковым де-факто и не является.

ЖРЕМ ЗВЁЗДЫ@ПИЗДИМ СВЕТ

А всё. Попавший в чёрную дыру обратного хода уже не имеет. В системе отсчёта, связанной с самим телом, время падения будет конечно. Впрочем, с точки зрения внешнего наблюдателя, ему наоборот гарантирована вечная жизнь, парадокс времени из той же ОТО обеспечивает бесконечное время наблюдаемого ухода объекта под радиус Шварцшильда (если этот радиус не растёт со временем). Хотя, конечно, всё это — мелочи. Средняя шварцшильдовская чёрная дыра порвёт этого героя задолго до достижения горизонта событий. Для полноты картины следует сказать, что радиус ЧД прямо пропорционален массе, а так как объём пропорционален кубу радиуса, то с ростом массы средняя её плотность будет быстро падать. У сверхмассивных чёрных дыр с массой в сотни миллионов солнечных масс средняя плотность может быть даже меньше плотности воздуха. Или по-другому: радиус ЧД пропорционален массе, которая сосредоточена в центре, а напряжённость гравитационного поля снижается как квадрат расстояния. Итого: чем больше масса сабжа, тем меньше гравитационное поле на её границе. Поэтому при пересечении границы чёрной дыры достаточно большой массы (то есть сверхмассивной ЧД) испытуемый не заметит ничего необычного, хотя на самом деле пиздец уже не за горами, и назад таки дороги нет. Со временем такой анонимус будет неизбежно затянут в сингулярность с предсказуемым результатом. Причём никакие хитрые манёвры не спасут — время достижения центра в собственной системе отсчёта вполне себе конечно.

Важно отметить следующее: все вышесказанные рассуждения верны для модели Шварцшильда со сферическим распределением массы, то есть для черной дыры, которая не вращается. Но так как большинство космических объектов (звёзд, скоплений, галактик) всё-таки вертится, то по закону сохранения момента импульса умирающая звезда будет хуячить обороты как бешеная. Вполне возможно, что её разорвёт на куски ещё на фазе сжатия, если, скажем, частота вращения превысит 40 оборотов в секунду. Но если ей повезёт, то получится ещё хуже. Дело в том, что если невращающаяся ЧД формально похожа на колодец, то вращающаяся — уже на червоточину, и теоретическая физика не отрицает возможности существования безопасных траекторий внутри оной. Однако сама возможность таких путешествий заставляет физиков всего мира срать кирпичами, а фантастов, соответственно, клепать свои бредни о машинах времени и параллельных вселенных, от которых учёные пуще прежнего рвут волосы на жопе.

Также, благодаря незыблемым законам термодинамики, чёрные дыры имеют свойство «испаряться» сами по себе, особенно мелкие, квантовые (вообще, чем меньше масса, тем сильнее). Высокие перепады сил гравитации (aka приливные силы) обеспечивают вероятность создания в малой окрестности пар частица-античастица, одна из которых проваливается в дыру, а другая улетает наружу, тем самым унося с собой часть массы дыры. Постепенно такая утечка массы и испаряет дыру. И то, согласно квантовой теории гравитации, до планковской дыры с планковской массой и радиусом. Потому что полное исчезновение горизонта ведёт к нарушению принципа причинности, так как непонятно, в каком вообще времени должно оказаться тело, когда вернётся из дыры, если рассматривать его в собственной системе отсчёта.

Впрочем, стоит заметить, что по состоянию на начало 2020 года теории, которая бы объединяла квантовую механику и гравитацию, нет (правда теория струн уже давно является главным кандидатом на неё), поэтому, в общем, хрен знает, что там на самом деле происходит.

Кроме того, существует проблема, связанная с потерей информации. Если вкинуть внутрь ЧД томики Пейсателя (где им и место), книжки разорвет на кванты и засосет. Со временем за счет излучения Хокинга масса уменьшится к первоначальной. И если ленточки из шредера склеить можно, то вот из излучения ничего не соберешь. Получается, что ЧД такой себе добротный биореактор, в котором происходит необратимый процесс переработки информации в хуету. Проблема в том, что если такое происходит на самом деле, то квантовая механика обречена на забвение.

Матан вкл/выкл 

На матановом языке предыдущий абзац означает, что в чёрной дыре происходит преобразование волновой функции в неинтерферирующую суперпозицию (смешанное состояние). Притом это преобразование, во-первых, нарушает законы сохранения квантовых чисел (таких, как странность, лептонный и барионный заряды), не будучи калибровочно-инвариантной, и, во-вторых, не является унитарным.

В ответ на это физики выдвинули гипотезу о AdS/CFT-дуальности, опираясь на которую, Хокинг доказал унитарность процесса коллапса и испарения сабжа и, что более важно, отсутствие в ЧД топологической сингулярности. Последнее делает её уже не суровым делителем на ноль, а всего лишь туннелем в будущее.

Однако доказывать, что наш мир — это всего лишь 4-поверхность 5-мерного пространства с отрицательной собственной кривизной, физики будут ещё ооочень долго. Учитывая, что гипотеза эта таки нарушается, правда, при весьма и весьма странных условиях.

На самом деле чёрные дыры являются одними из самых простых объектов в теорфизике. Для полного описания чёрной дыры необходимо всего лишь 3 числа: масса, заряд и момент импульса. Это, разумеется, не означает, что неебически сложной метрикой, пульсациями, схлопываниями сингулярности и прочими радостями можно пренебречь. Но для стороннего наблюдателя все представители сабжа, у которых одинаковы эти три параметра, будут абсолютно идентичны, о чём, кстати, и говорит эпиграф.

b

Прежде, чем переходить к откровенному бреду, рассмотрим наиболее часто встречающиеся среди масс заблуждения:

● Чёрные дыры засасывают всё на своём пути, оказавшись рядом с ней, тебя неминуемо ждут Ад и Погибель!

○ На самом деле на достаточно большом расстоянии гравитационное воздействие чёрной дыры такое же, как если бы на её месте была звезда с той же массой. А что вы хотели, предельный случай ОТО — это, как ни странно, ньютоновская теория гравитации. Более того, пока тело не засосало за горизонт, у него всегда есть шанс сделать бочку передумать. Одно из самых ярких доказательств — это релятивистские струи, идущие перпендикулярно плоскости вращения галактических дырищ.

● Чёрные дыры вечны.

○ Хокинг доказал обратное. Вот только время жизни хорошей черной дыры не большое, а необычайно большое. БТВ, по той же причине нельзя создать на адронном коллайдере черную дыру, которая зохавает всё вокруг — дырка получится маленькой и быстро-быстро «испарится».

● Наше Солнце превратится в чёрную дыру.

○ Не хватит массы. В чёрные дыры превращаются звёзды с ядром как минимум в 2,5 раза тяжелее самого нашего Солнца (а такая звезда будет в 30 раз больше Солнца). Вообще говоря, у любой массы есть гравитационный радиус, достигнув которого, мы получим сабж с горизонтом событий данного радиуса. Но в нашем случае речь идёт конкретно о естественной эволюции звёзд, и наше Солнце в конце концов просто потухнет. Точнее превратится сперва в красного гиганта (радиусом примерно до орбиты Земли), а затем в белого карлика, теоретическое время остывания которого в разы больше предсказанного времени существования Вселенной.

● Космонавт, падающий в чёрную дыру, увидит всё будущее нашей Вселенной.

○ Нет, даже если умудрится долететь до сингулярности.

● Чёрные дыры Керра ведут в параллельные вселенные.

○ А возможно, снова в нашу. Или вообще в никуда. Включаем «бритву Оккама». В любом случае, оттуда еще никто не возвращался чтобы рассказать о путешествии.

● «Ой, нам на работе офис-менеджер рассказала, что в Коллайдере…»

○ Оставьте уже в покое этот Коллайдер!

Голубая луна голубая Чёрная дыра чёрная

○ Единственный способ её увидеть — это гравитационная линза либо в момент кормления, либо на фоне светящегося объекта — например, звезды-спутника. В этом случае она и вправду будет чёрной, а звезда-спутник — прикольно искажённой в результате линзирования. Во всех же остальных случаях мы видим не собственно дыру, а следы поглощения ею внешней массы — аккреционный диск и релятивистские джеты перпендикулярно его оси — которые, сцуко, блядь, дохуя ЯРКИЕ. Такой вот парадокс.

[править] Чёрные дыры в литературе и прочих креативах

bТабельная ЧД протоссов. ЧСХ, падающая в дыру материя почему-то не замирает на радиусе Шварцшильда, а проваливается дальше в сингулярность

Служат постоянным пугалом, а также очень удобны в качестве не очень четко описанного, но зато заведомо существующего Страшного Объекта™. Например, см. у Ларри Нивена рассказ «Дырявый», «Гиперион» и «Эндимион» Симмонса.

Множество фантастических кулстори о мужественных космолётчиках, бороздящих окрестности ЧД. Также сабжи применялись некоторыми авторами для телепортации. При этом, очевидно, попутаны понятия чёрной дыры и червоточины, с помощью последних теоретически можно путешествовать. Теория путешествий через червоточины вперемешку с инопланетным пиздецом подробно и весьма винрарно описаны в книгах Р.Аллена «Кольцо Харона» и «Разбитая Сфера».

Генераторы ЧД как корабельное оружие встречаются во многих игрушках и фантастических произведениях. Но это всё атмта. Во-первых, ЧД нестабильны и неуправляемы, что делает их для космических баталий (с расстояниями далеко не в два-три километра) хуже говна. Во-вторых, для создания солидной ЧД необходимы очень и очень большие энергии, потому что её радиус пропорционален массе в отношении «1 см : одна земная масса». В-третьих, эту энергию можно куда эффективнее использовать в разрушительных целях, в тех же самых лазерах или электромагнитном разгоне ракет.

И ещё примеры для тех, кому интересно:  
  • У Головачева в одной из повестей цикла «Чёрный человек» виновником всех бед была разумная (sic!) сверхмассивная черная дыра в центре галактики. Nuff said.
  • В романе Станислава Лема «Фиаско» команда звездолёта осталась ожидать своих эмиссаров вблизи ЧД для того, чтобы время для них текло быстрее, и ждать возвращения своих посланцев можно было бы гораздо меньше.
  • В первом рассказе цикла «Монополия на разум» Михаила Пухова звездолетчики приняли ЧД за инопланетный корабль, за что и были потроллены главным героем.
  • В вышеупомянутом Гиперионе конгломерат головожопых искусственных интеллектов поделил на ноль нашу планету благодаря экспериментам с сами знаете чем.
  • В одном из хэллоуинских выпусков Симпсонов («Гомер в кубе») Гомер падает в сингулярность и оказывается… в нашем мире!
  • В деццкой повести «Чёрный свет» Виталия Мелентьева (так же отличившегося «Голубыми людьми Розовой Земли») рассказывается о путешествии инопланетных анхуманов сквозь чёрную дыру, с последующим вылетом аккурат в Солнечную систему и успешным приземлением на нашу дружелюбную планетку. Впрочем, последний анхуман, переживший этот перелёт, всё равно тут же загнулся от земных вирусов. Такие дела.
  • В романе советского фантаста Бережного черная дыра оказывается проходом в параллельное (на самом деле сложнее, микромир/макромир) пространство, где планеты кубической и гантелеобразной формы. Корабль проваливается в нее, экипаж стареет на 30 лет, потом резко молодеет и бодро колонизирует планету Гантель, строя там коммунизьм.
  • В Alpha Centauri открытие физики черных дыр давало бонусы к защите от загрязнений и прочей сантехнике
  • В Spore после приобретения определённой вундерфафли к кораблю, можно забубениться внутрь этой дыры, чтобы безболезненно выпасть в туевой хуче парсеков от первоначального положения.
  • В Космических Рейнджерах 2 игрок, влетев в одну из черных дыр, победив там противников и собрав лут, оказывается за кучу систем от той, в которой находился. Частенько под боком у доминаторов. Хотя в самих же «Рейнджерах» упоминается, что эти «дыры» — просто жаргонное название червоточин, не имеющих прямого отношения к реальным чёрным дырам.
  • В «Часе Быка» Ефремова черные дыры — искажения в точках перехода между нашим миром (Шакти) и антимиром (Тамасом) (еще и закрученных друг вокруг друга в виде гигантской спирали). В описываемые времена от них стараются держаться подальше, а для сверхдальних космических перелетов используют кошерные ЗПЛ, а вот (спойлер: за две тысячи лет до того китайцы таки попытались на каких-то допотопных ведрах, и, ЧСХ, два ведра таки пришли к успеху, благополучно пройдя по грани между IRL и антимиром и попав в окрестности пригодной для колонизации планеты).
  • В расовом аниму Gunbuster людишки создали кошерную чёрную дыру, использовав в роли топлива для бомбы не какую-нибудь антинаучную хуйню, а самый настоящий Юпитер, что выглядит вполне натурально, хотя и провоцирует астрофизиков срать кирпичами.
  • В Portal черная дыра находится внутри портальной пушки. Nuff said.
  • В финском сайфай/фентези Causal Angel за авторством Ханну Райаниеми чёрные дыры довольно часто используются в сюжете. Во-первых, «компактные» сингулярности (вернее, их ярко светящийся аккреционный диск) используется как маленькое солнце для Марса и кометных жителей в Облаке Оорта. Во-вторых, автор предлагает гипотезу о том, что уже упомянутая квантовая информация на самом деле сохраняется в дыре, и поэтому чёрная дыра может быть использована для создания вычислительного устройства (компьютера), оперирующего закодированными в горизонте событий чёрной дыры данными. Книга содержит смертельные для головного мозга дозы неподтверждённых научных гипотез, гипотеза о сохраняющейся в чёрной дыре информации — одна из наиболее ярких.

Существует полная матана теория о возможности создания машин времени на основе чёрных дыр, или, как минимум, некоей конструкции, которая будет способна перенести объекты и информацию вдоль всего времени своего существования (но не в произвольный момент времени). Подобными исследованиями занимается множество самых разных персонажей (вплоть до Тифарета), все как на подбор — ёбнутые на всю голову, матан же!

Да-да, а как же без него!

Во-первых, сабжем троллят ученых, в особенности релятивистов. Ну как же, гениальный Эйнштейн создал мудрую теорию, которая не может ошибаться! Или можно прикинуться дилетантом и пороть антинаучную чушь, вызывая гнев даже, казалось бы, спокойных персонажей. Впрочем, их троллинг уныл и безблагодатен, так как довольно быстро скатывается в матан.

Во-вторых, кошмаром от засасывания в черную дыру журналюги нередко пугают простых обывателей, ничего в данной теме не смыслящих. Особенно случаи учащаются при запуске какой-нибудь исследовательской вундервафли, как коллайдер, например. От этих высеров учёные кусают локти, скрипят зубами, и вообще, хотят переработать их в метан.

И наконец, троллят сами черные дыры, плюя релятивистскими струями в планеты, население которых не верит в их существование.

[править] «Черные дыры» IRL

13yesПоказатьСкрыть
  • Great Blue Hole в Карибском море.[3]

  • Кимберлитовая трубка «Мир» в Якутии.

  • Труба для сброса избытков воды плотины Монтичелло в США.

  • NSFW|С точностью до мельчайших деталей


  1. ↑ [1], [2], w:Предел Эддингтона, w:Предел Хаяcи
  2. ↑ Подробности про бериллий и углерод для любителей подробностей: [3]
  3. ↑ В реальности — ценот, карстовый провал: обрушение крыши промытой водой в растворимом грунте (обычно известняке) пещеры, просто на этот раз под водой.
Чёрная дыра — одна из тайн мироздания.

Черные дыры: описание, факты, классификация

Объекты глубокого космоса > Черные дыры

Черные дыры

Рассмотрите загадочные и невидимые черные дыры во Вселенной: интересные факты, исследование Эйнштейна, сверхмассивные и промежуточные типы, теория, строение.

Черные дыры – одни из наиболее интересных и таинственных объектов в космическом пространстве. Обладают высокой плотностью, а гравитационная сила настолько мощная, что даже свету не удается вырваться за ее пределы.

Впервые о черных дырах заговорил Альберт Эйнштейн в 1916 году, когда создал общую теорию относительности. Сам термин возник в 1967 году благодаря Джону Уилеру. А первую черную дыру «заметили» в 1971 году.

Черные дыры

Классификация черных дыр включает три типа: черные дыры звездной массы, сверхмассивные и черные дыры средней массы. Обязательно посмотрите видео про черные дыры, чтобы узнать много интересных фактов и познакомиться с этими загадочными космическими формированиями поближе.

Интересные факты о черных дырах

  • Если вы оказались внутри черной дыры, то гравитация будет вас растягивать. Но бояться не нужно, ведь вы умрете еще до того, как достигнете сингулярности. Исследования 2012 года предположили, что квантовые эффекты превращают горизонт событий в огненную стену, сделавшую из вас кучку пепла.
  • Черные дыры не «всасывают». Этот процесс вызывается вакуумом, которого нет в этом образовании. Так что материал просто падает.
  • Первой черной дырой стал Лебедь Х-1, найденный ракетами со счетчиками Гейгера. В 1971 году ученые получили сигнал радиоизлучения от Лебедя Х-1. Этот объект стал предметом спора между Кипом Торном и Стивеном Хокингом. Последний считал, что это не черная дыра. В 1990 году он признал свое поражение.
  • Крошечные черные дыры могли появиться сразу после Большого Взрыва. Стремительно вращающееся пространство сжимало некоторые области в плотные дыры, с меньшей массивностью, чем у Солнца.
  • Если звезда подойдет слишком близко, то ее может разорвать.
  • По общим подсчетам, существует примерно до миллиарда звездных черных дыр с массой втрое больше солнечной.
  • Если сравнивать теорию струн и классическую механику, то первая порождает больше разновидностей массивных гигантов.

Опасность черных дыр

Когда у звезды заканчивается топливо, она может запустить процесс саморазрушения. Если ее масса была втрое больше солнечной, то оставшееся ядро станет нейтронной звездой или белым карликом. Но более крупная звезда трансформируется в черную дыру.

Зависимость между массой черной дыры и массой балджа

Зависимость между массой черной дыры и массой балджа

Такие объекты маленькие, но обладают невероятной плотностью. Представьте, что перед вами объект, размером в город, но его масса в три раза больше солнечной. Это создает невероятно огромную гравитационную силу, которая притягивает пыль и газ, увеличивая ее размеры. Вы удивитесь, но в Млечном Пути может располагаться несколько сотен миллионов звездных черных дыр.

Сверхмассивные черные дыры

Конечно, ничто во Вселенной не сравнится с устрашающими сверхмассивными черными дырами. Они превосходят солнечную массу в миллиарды раз. Полагают, что такие объекты есть практически в каждой галактике. Ученые пока не знают всех тонкостей процесса формирования. Скорее всего, они вырастают за счет накапливания массы из окружающего пыли и газа.

Размер крупнейшей из известных черных дыр

Размер крупнейшей из известных черных дыр

Возможно, они обязаны своим масштабам слиянию тысячи небольших черных дыр. Или же могло разрушиться целое звездное скопление.

Черные дыры в центрах галактик

Астрофизик Ольга Сильченко об открытии сверхмассивной черной дыры в туманности Андромеды, исследованиях Джона Корменди и темных гравитирующих телах:


Природа космических радиоисточников

Астрофизик Анатолий Засов о синхротронном излучении, черных дырах в ядрах далеких галактик и нейтральном газе:

Промежуточные черные дыры

Не так давно ученые нашли новый вид — черные дыры средней массы (промежуточные). Они могут формироваться, когда звезды в скоплении сталкиваются, поддавшись цепной реакции. В итоге, падают в центр и формируют сверхмассивную черную дыру.

Рост черных дыр

Рост черных дыр

В 2014 году астрономы обнаружили промежуточный тип в рукаве спиральной галактики. Их очень сложно найти, потому что могут располагаться в непредсказуемых местах.

Микрочерные дыры

Физик Эдуард Боос о безопасности БАК, рождении микрочерной дыры и понятии мембраны:

Теория черных дыр

Черные дыры — чрезвычайно массивные объекты, но охватывают сравнительно скромный объем пространства. Кроме того, обладают огромной гравитацией, не позволяя объектам (и даже свету) покинуть их территорию. Однако, напрямую увидеть их невозможно. Исследователям приходится обращаться к излучению, появляющемуся, когда черная дыра питается.

Черные дыры в сливающихся галактиках

Черные дыры в сливающихся галактиках

Интересно, но бывает так, что вещество, направляющееся к черной дыре, отскакивает от горизонта событий и выбрасывается наружу. При этом формируются яркие струи материала, передвигающиеся на релятивистских скоростях. Эти выбросы можно зафиксировать на больших дистанциях.

Черные дыры – удивительные объекты, в которых сила тяжести настолько огромна, что может сгибать свет, деформировать пространство и искажать время.

В черных дырах можно выделить три слоя: внешний и внутренний горизонт событий и сингулярность.

Горизонт событий черной дыры – граница, где у света пропадают все шансы на бегство. Как только частичка переходит этот рубеж, она не сможет уйти. Внутренняя область, где находится масса черной дыры, называется сингулярностью.

Черная дыра Млечного Пути может являться источником высокоэнергетических нейтрино

Черная дыра Млечного Пути может являться источником высокоэнергетических нейтрино

Если мы говорим с позиции классической механики, то ничто не может покинуть черную дыру. Но квантовая вносит свою поправку. Дело в том, что у каждой частицы есть античастица. Они обладают одинаковыми массами, но разным зарядом. Если пересеклись, то могут аннигилировать друг друга.

Когда такая пара возникает за пределами горизонта событий, то одна из них может втянуться, а вторая оттолкнется. Из-за этого горизонт способен уменьшиться, а черная дыра разрушиться. Ученые все еще пытаются изучить этот механизм.

Аккреция

Астрофизик Сергей Попов о сверхмассивных черных дырах, образовании планет и аккреции вещества в ранней Вселенной:

Наиболее известные черные дыры

Часто задаваемые вопросы о черных дырах

— Что такое черная дыра?

- Что такое черная дыра?

Если более емко, то черная дыра — определенный участок в космосе, в котором сконцентрировано такое огромное количество массы, что ни одному объекту не удается избежать гравитационного влияния. Когда речь идет о гравитации, мы полагаемся на общую теорию относительности, предложенную Альбертом Эйнштейном. Чтобы разобраться в деталях изучаемого объекта, будем двигаться поэтапно.

Давайте представим, что вы находитесь на поверхности планеты и подбрасываете булыжник. Если вы не обладаете мощью Халка, то не сможете приложить достаточно силы. Тогда камень поднимется на определенную высоту, но под давлением гравитации рухнет обратно. Если же у вас есть скрытый потенциал зеленого силача, то вы способны придать объекту достаточное ускорение, благодаря которому он полностью покинет зону гравитационного воздействия. Это называется «скорость убегания».

Если разбить на формулу, то эта скорость зависит от планетарной массы. Чем она больше, тем мощнее гравитационный захват. Скорость вылета будет полагаться на то, где именно вы находитесь: чем ближе к центру, тем проще выбраться. Скорость вылета нашей планеты – 11.2 км/с, а вот Луны – 2.4 км/с.

Приближаемся к самому интересному. Допустим у вас есть объект с невероятной концентрацией массы, собранной в крошечном месте. В таком случае скорость убегания превышает скорость света. А мы знаем, что ничто не движется быстрее этого показателя, а значит, никто не сможет преодолеть такую силу и сбежать. Даже световому лучу это не под силу!

Еще в 18 веке Лаплас размышлял над чрезвычайной концентрацией массы. После общей теории относительности Карл Шварцшильд смог найти математическое решение для уравнения теории, чтобы описать подобный объект. Дальше свою лепту внесли Оппенгеймер, Волькофф и Снайдер (1930-е гг.). С того момента люди начали обсуждать эту тему всерьез. Стало ясно: когда у массивной звезды заканчивается топливо, она не способна противостоять силе гравитации и обязана рухнуть в черную дыру.

В теории Эйнштейна гравитация выступает проявлением кривизны в пространстве и времени. Дело в том, что обычные геометрические правила здесь не работают и массивные объекты искажают пространство-время. Черная дыра обладает причудливыми свойствами, поэтому ее искажение видно отчетливее всего. Например, у объекта есть «горизонт событий». Это поверхность сферы, отмечающая черту дыры. То есть, если вы перешагнете этот предел, то назад пути нет.

Если буквально, то это место, где скорость убегания приравнивается к световой. Вне этого места скорость убегания уступает скорости света. Но если ваша ракета способна разогнаться, то энергии хватит на побег.

Сам горизонт довольно странный с точки зрения геометрии. Если вы расположены далеко, то вам покажется, что смотрите на статическую поверхность. Но если подойти ближе, то приходит осознание, что она движется наружу со световой скоростью! Теперь понятно, почему легко войти, но так сложно сбежать. Да, это очень запутанно, ведь фактически горизонт стоит на месте, но одновременно и мчится со скоростью света. Это как в ситуации с Алисой, которой нужно было бежать максимально быстро, чтобы просто остаться на месте.

При попадании в горизонт, пространство и время переживают такое сильное искажение, что координаты начинают описывать роли радиального расстояния и времени переключения. То есть «r», отмечающая дистанцию от центра, становится временной, а за «пространственность» теперь отвечает «t». В итоге, вы не сможете перестать передвигаться с меньшим показателем r, как и не способны в обычном времени попасть в будущее. Вы придете к сингулярности, где r = 0. Можно выбрасывать ракеты, запускать двигатель на максимум, но вам не убежать.

Термин «черная дыра» придумал Джон Арчибальд Уилер. До этого их называли «остывшими звездами».

Черные дыры

Физик Эмиль Ахмедов об изучении черных дыр, Карле Шварцшильде и гигантских черных дырах:

— Насколько велика черная дыра?

- Насколько велика черная дыра?

Существует два способа вычислить, насколько что-то велико. Можно назвать массу или какую величину занимает участок. Если брать первый критерий, то нет конкретного предела массивности черной дыры. Можно использовать любое количество, если вы способны сжать ее до необходимой плотности.

Большая часть этих образований появилась после смерти массивных звезд, поэтому можно ожидать, что их вес должен быть равнозначен. Типичная масса для такой дыры должна быть в 10 раз больше солнечной – 1031 кг. Кроме того, в каждой галактике должна проживать центральная сверхмассивная черная дыра, чья масса превосходит солнечную в миллион раз – 1036 кг.

Сравнительный размер сверхмассивной черной дыры TON 618

Сравнительный размер сверхмассивной черной дыры TON 618

Чем массивнее объект, тем больше массы охватывает. Радиус горизонта и масса прямо пропорциональны, то есть, если черная дыра весит в 10 раз больше другой, то и ее радиус в 10 раз крупнее. Радиус дыры с солнечной массивностью равняется 3 км, а если в миллион раз больше, то 3 миллиона км. Кажется, что это невероятно массивные вещи. Но не будем забывать, что для астрономии это стандартные понятия. Солнечный радиус достигает 700000 км, а у черной дыры у в 4 раза больше.

— Что случится, если вы упадете в черную дыру?

- Что случится, если вы упадете в черную дыру?

Допустим, что вам не повезло и ваш корабль неумолимо движется к сверхмассивной черной дыре. Нет смысла бороться. Вы просто выключили двигатели и идете навстречу неизбежному. Чего ожидать?

Начнем с невесомости. Вы пребываете в свободном падении, поэтому экипаж, корабль и все детали невесомы. Чем ближе подходите к центру отверстия, тем сильнее ощущаются приливные гравитационные силы. Например, ваши ноги ближе к центру, чем голова. Тогда вам начинает казаться, что вас растягивают. В итоге, вас просто разорвет на части.

Эти силы неприметны, пока вы не подойдете на удаленность в 600000 км от центра. Это уже после черты горизонта. Но мы говорим об огромном объекте. Если вы падаете в дыру с солнечной массой, то приливные силы охватили бы вас в 6000 км от центра и разорвали до того, как вы подошли к горизонту (поэтому мы отправляем вас в большую, чтобы смогли умереть уже внутри дыры, а не на подходе).

Что внутри? Не хочется разочаровывать, но ничего примечательного. Некоторые объекты могут искажаться по внешнему виду и больше ничего необычного. Даже после перехода горизонта вы будете видеть вещи вокруг себя, так как они движутся с вами.

Сколько на все это уйдет времени? Все завит от вашей удаленности. Например, вы начали с точки покоя, где сингулярность в 10 раз больше радиуса дыры. Для подхода к горизонту понадобится лишь 8 минут, а затем еще 7 секунд, чтобы войти в сингулярность. Если падаете в маленькую черную дыру, то все произойдет быстрее.

Как только перешагнете горизонт, можете стрелять ракетами, кричать и плакать. На все это у вас 7 секунд, пока не попадете в сингулярность. Но ничего уже не спасет. Поэтому просто насладитесь поездкой.

— Что увидит мой друг с безопасного расстояния?

- Что увидит мой друг с безопасного расстояния?

Допустим, вы обречены и падаете в дыру, а ваш друг/подруга наблюдает за этим издалека. Ну, он увидит все по-другому. Заметит, что ближе к горизонту вы замедлите свой ход. Но даже если человек просидит сотню лет, он так и не дождется, когда вы достигнете горизонта.

Попробуем объяснить. Черная дыра могла появиться из коллапсирующей звезды. Так как материал разрушается, то Кирилл (пусть будет вашим другом) видит его уменьшение, но никогда не заметит подхода к горизонту. Именно поэтому их называли «замороженными звездами», ведь кажется, будто они замерзают с определенным радиусом.

В чем же дело? Назовем это оптической иллюзией. Для формирования дыры не нужна бесконечность, как и для перехода через горизонт. По мере вашего подхода свету требуется больше времени, чтобы добраться к Кириллу. Если точнее, то излучение в реальном времени от вашего перехода зафиксируется у горизонта навечно. Вы уже давно перешагнули за линию, а Кирилл все еще наблюдает световой сигнал.

Или же можно подойти с другой стороны. Время тянется дольше возле горизонта. Например, вы обладаете супермощным кораблем. Вам удалось приблизиться к горизонту, побыть там пару минут и выбраться живым к Кириллу. Кого же вы увидите? Старика! Ведь для вас время текло намного медленнее.

Что тогда верно? Иллюзия или игра времени? Все зависит от используемой системы координат при описании черной дыры. Если полагаться на координаты Шварцшильда, то при пересечении горизонта временная координата (t) приравнивается к бесконечности. Но показатели этой системы предоставляют размытое представление того, что происходит возле самого объекта. У линии горизонта все координаты искажаются (сингулярность). Но вам можно использовать обе системы координат, поэтому два ответа имеют силу.

В реальности вы просто станете невидимкой, и Кирилл перестанет вас видеть еще до того, как пройдет много времени. Не стоит забывать о красном смещении. Вы излучаете наблюдаемый свет на определенной волне, но Кирилл увидит его на более длинной. Волны удлиняются по мере приближения к горизонту. Кроме того, не стоит забывать, что излучение происходит в определенных фотонах.

Например, в момент перехода вы отправите последний фотон. Он достигнет Кирилла в определенное конечное время (примерно час для сверхмассивной черной дыры).

— А не может ли черная дыра поглотить все вещество во Вселенной?

- А не может ли черная дыра поглотить все вещество во Вселенной?

Конечно, нет. Не забывайте про существование горизонта событий. Только из этой области вы не можете выбраться. Достаточно просто не приближаться к ней и чувствуйте себя спокойно. Более того, с безопасного расстояния вам этот объект будет казаться самым обычным.

Информационный парадокс Хокинга

Физик Эмиль Ахмедов о действии гравитации на электромагнитные волны, информационном парадоксе черных дыр и принципе предсказуемости в науке:

— Что будет, если наша звезда станет черной дырой?

- Что будет, если наша звезда станет черной дырой?

Не паникуйте, так как Солнцу никогда не трансформироваться в подобный объект, потому что ему просто не хватит массы. Тем более, что оно будет сохранять свой теперешний внешний вид еще 5 миллиардов лет. Затем перейдет к этапу красного гиганта, поглотив Меркурий, Венеру и хорошо поджарив нашу планету, а затем станет обычным белым карликом.

Но давайте предадимся фантазии. Итак, Солнце стало черной дырой. Начнем с того, что сразу нас укутает темнота и холод. Земля и прочие планеты не будут всасываться в дыру. Они продолжат вращаться вокруг нового объекта по обычным орбитам. Почему? Потому что горизонт будет достигать всего 3 км, и гравитация ничего не сможет с нами сделать.

— Есть доказательства существования черных дыр?

- Есть доказательства существования черных дыр?

Да. Естественно, мы не можем полагаться на видимое наблюдение, так как свету не удается вырваться. Но есть косвенные улики. Например, вы видите участок, в котором может быть черная дыра. Как это проверить? Начните с измерения массы. Если видно, что в одной области ее слишком много или она как бы незаметна, то вы на верном пути. Есть две точки поиска: галактический центр и двойные системы с рентгеновским излучением.

Таким образом, в 8 галактиках нашли массивные центральные объекты, чья масса ядер колеблется от миллиона до миллиарда солнечных. Массу вычисляют через наблюдение за скоростью вращения звезд и газа вокруг центра. Чем быстрее, тем больше должна быть масса, чтобы удержать их на орбите.

Эти массивные объекты считают черными дырами по двум причинам. Ну, больше просто нет вариантов. Нет ничего массивнее, темнее и компактнее. К тому же есть теория, что у всех активных и крупных галактиках в центре прячется такой монстр. Но все же это не 100% доказательства.

Но в пользу теории говорят две последних находки. У ближайшей активной галактики заметили систему «водяного мазера» (мощный источник микроволнового излучения) возле ядра. При помощи интерферометра ученые отобразили распределение газовых скоростей. То есть, они измерили скорость в пределах половины светового года в галактическом центре. Это помогло им понять, что внутри расположен массивный объект, чей радиус достигает половины светового года.

Вторая находка убеждает еще больше. Исследователи при помощи рентгена наткнулись на спектральную линию галактического ядра, указывающую на присутствие рядом атомов, скорость движения которых невероятно высокая (1/3 световой). Кроме того, излучение соответствовало красному смещению, что отвечает горизонту черной дыры.

Еще один класс можно найти в Млечном Пути. Это звездные черные дыры, формирующиеся после взрыва сверхновой. Если бы они существовали отдельно, то даже вблизи мы бы вряд ли ее заметили. Но нам везет, ведь большинство существуют в двойных системах. Их легко отыскать, так как черная дыра будет тянуть массу своего соседа и влиять на него гравитацией. «Вырванный» материал формирует аккреционный диск, в котором все нагревается, а значит, создает сильное излучение.

Предположим, вам удалось найти двойную систему. Как понять, что компактный объект представляет собою черную дыру? Снова обращаемся к массе. Для этого измерьте орбитальную скорость соседней звезды. Если масса невероятно огромная при таких малых размерах, то вариантов больше не остается.

— Как исчезают черные дыры?

Как исчезают черные дыры?

Это сложный механизм. Подобную тему Стивен Хокинг затронул еще в 1970-х годах. Он говорил, что черные дыры не совсем «черные». Там присутствуют квантово-механические эффекты, заставляющие ее создавать излучение. Постепенно дыра начинает сжиматься. Скорость излучения растет с уменьшением массы, поэтому дыра излучает все больше и ускоряет процесс сжатия, пока не растворится.

Однако, это лишь теоретическая схема, ведь никто не может точно сказать, что происходит на последнем этапе. Некоторые думают, что остается небольшой, но стабильный след. Современные теории не придумали пока ничего лучше. Но сам процесс невероятен и сложен. Приходится вычислять параметры в искривленном пространстве-времени, а сами результаты не поддаются проверке в привычных условиях.

— Почему они испаряются?

- Почему они испаряются?

Здесь можно воспользоваться Законом сохранения энергии, но только для коротких продолжительностей. Вселенная может создавать энергию и массу с нуля, но только они должны быстро исчезать. Одно из проявлений – вакуумные флуктуации. Пары частиц и античастиц вырастают из ниоткуда, существуют определенный недолгий срок и гибнут во взаимном уничтожении. При их появлении энергетический баланс нарушается, но все восстанавливается после исчезновения. Кажется фантастикой, но этот механизм подтвержден экспериментально.

Допустим, одна из вакуумных флуктуаций действует возле горизонта черной дыры. Возможно, одна из частиц падает внутрь, а вторая убегает. Сбежавшая забирает с собою часть энергии дыры и может попасть на глаза наблюдателю. Ему покажется, что темный объект просто выпустил частицу. Но процесс повторяется, и мы видим непрерывный поток излучения из черной дыры.

— А не может ли черная дыра испариться до того, как я туда попаду?

- А не может ли черная дыра испариться до того, как я туда попаду?

Мы уже говорили, что Кириллу кажется, будто вам нужна бесконечность, чтобы перешагнуть через линию горизонта. Кроме того, упоминалось, что черные дыры испаряются через конечный временной промежуток. То есть, когда вы достигнете горизонта, дыра исчезнет?

Нет. Когда мы описывали наблюдения Кирилла, мы не говорили о процессе испарения. Но, если этот процесс присутствует, то все меняется. Ваш друг увидит, как вы перелетите через горизонт именно в момент испарения. Почему?

Над Кириллом властвует оптическая иллюзия. Излучаемому свету в горизонте событий нужно много времени, чтобы добраться к другу. Если дыра длится вечно, то свет может идти бесконечно долго, и Кирилл не дождется перехода. Но, если дыра испарилась, то свет уже ничто не остановит, и он доберется к парню в момент взрыва излучения. Но вам уже все равно, ведь вы давно погибли в сингулярности.

— Что такое белая дыра?

- Что такое белая дыра?

В формулах общей теории относительности есть интересная особенность – симметричность во времени. Например, в любом уравнении вы можете представить, что время течет назад и получите другое, но все же правильно, решение. Если применить этот принцип к черным дырам, то рождается белая дыра.

Черная дыра – определенная область, из которой ничто не может выбраться. Но второй вариант, это белая дыра, в которую ничто не может упасть. Фактически, она все отталкивает. Хотя, с математической точки зрения, все выглядит гладко, но это не доказывает их существование в природе. Скорее всего, их нет, как и способа это выяснить.

— Что такое червоточина?- Что такое червоточина?

До этого момента мы говорили о классике черных дыр. Они не вращаются и лишены электрического заряда. А вот в противоположном варианте начинается самое интересное. Например, вы можете попасть внутрь, но избежать сингулярности. Более того, ее «внутренность» способна контактировать с белой дырой. То есть, вы попадете в своеобразный туннель, где черная дыра – вход, а белая – выход. Подобную комбинацию называют червоточиной.

Интересно, что белая дыра может находиться в любом месте, даже в другой Вселенной. Если уметь управлять такими червоточинами, то мы обеспечим быструю транспортировку в любую область пространства. А еще круче – возможность путешествий во времени.

Но не пакуйте рюкзак, пока не узнаете несколько моментов. К сожалению, велика вероятность, что таких формирований нет. Мы уже говорили, что белые дыры – вывод из математических формул, а не реальный и подтвержденный объект. Да и все наблюдаемые черные дыры создают падение материи и не формируют червоточин. И конечная остановка – сингулярность.

Но даже реальная червоточина лишена стабильности. Небольшое нарушение (например, ваше путешествие) может привести к коллапсу. Не верите? Тогда как насчет безопасности? Стабильная червоточина не обеспечит вам комфортного передвижения. Излучение внутри нее (реликтовое, звездное и т.д.) пребывает в синхронности на высоких частотах. Войти в такое место – это добровольное согласие поджариться.

Наблюдательные проявления черных дыр и кротовых нор

Астрофизик Александр Шацкий о фурье-образе, интерферометре «Радиоастрон» и объектах с нетривиальной топологией:

Получена первая в истории фотография черной дыры

В рамках международного проекта «Event Horizon Telescope» астрономам впервые за всю историю наблюдений удалось получить снимок черной дыры, а точнее ее тени, «отбрасываемой» на светящийся диск из перегретого газа и пыли. Неуловимый гравитационный монстр, красующийся на «фотографии века», проживает в сверхгигансткой эллиптической галактике Messier 87 в 54 миллионах световых лет от Земли в направлении созвездия Девы.

«Чтобы получить фотографию черной дыры максимально высокого разрешения мы объединили в одну глобальную сеть восемь мощнейших радиотелескопов, расположенных по всей планете, и направили их в центр галактики Messier 87. Это стало возможным только благодаря международному сотрудничеству и технологическому прогрессу, достигнутому в последние несколько лет», – рассказывает Лучано Реззола, профессор теоретической релятивисткой астрофизики из Франкфуртского университета им. Гете (Германия), один из участников проекта «Event Horizon Telescope».

Фотография сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87. Credit: Event Horizon Telescope

Существование черных дыр следует из Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, считающейся сегодня стандартной теорией гравитации, неоднократно подтвержденной экспериментально. Они представляют собой области пространства-времени, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Другими словами, все, что подойдет слишком близко черной дыре и будет затянуто за горизонт событий, уже не сможет вырваться обратно.

Однако это теория, и никогда ранее черные дыры, а точнее их тени, не наблюдались напрямую. Проблема в том, что, даже обладая огромными массами, размеры этих объектов не столь велики, чтобы современные телескопы в одиночку могли их рассмотреть с разрешением, позволяющим разделить аккреционный диск, окружающий черную дыру, и горизонт событий.

Смоделированное изображение окружения сверхмассивной черной дыры. Credit: M. Moscibrodzka, T. Bronzwaar & H. Falcke

Чтобы обойти эти технические ограничения несколько лет назад был дан старт проекту «Event Horizon Telescope», целью которого является получения снимков сверхмассивных черных дыр в сердце Млечного Пути и галактики Messier 87. Почему были выбраны именно эти объекты? Все просто. Черная дыра Стрелец А* в нашей Галактике находится ближе всего к Земле, а гигантский монстр в Messier 87 удобен для наблюдений, так как, во-первых, он невероятно массивен, а, во-вторых, сама галактика удачно расположена на небе для отслеживания глобальной сетью.

«В обычной среде мы ожидаем, что свет будет двигаться по прямой. Однако с черной дырой ситуация совсем другая: обладая крайне сильной гравитацией, она отклоняет и изгибает траекторию движения света настолько, что мы фактически можем видеть то, что находится за ней. И, учитывая, что сама по себе черная дыра не излучает свет, ожидаемое изображение представляет собой яркое кольцо, состоящее из всех отклоненных ею лучей. И то, что мы увидели, отлично согласуется с моделями», – добавил Роман Голд из Франкфуртского университета им. Гете, также участник проекта «Event Horizon Telescope».

Расположение радиотелескопов глобальной сети. Credit: ESO

Всего за 2017 и 2018 года «массив размером с Землю» выполнил около 60 часов наблюдений, собрав в общей сложности примерно 10 петабайт данных. Ученые потратили полтора года, чтобы откалибровать и перепроверить гигантский объем информации и, в итоге, преобразовать его в изображение источника – сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87.

«Такой подвиг когда-то считался невозможным, так как черные дыры отбрасывают небольшие, трудно наблюдаемые тени. Но, разместив телескопы по всему миру для создания телескопа размером с Землю, был достигнут этот беспрецедентный результат, предвещающий новую эпоху в исследовании черных дыр и прокладывающий путь для дальнейших научных прорывов», – прокомментировали событие в Европейской южной обсерватории (ESO), чьи телескопы добавляют ощутимую мощь глобальной сети «Event Horizon Telescope».

Художественное представление окружения сверхмассивной черной дыры в гигантской эллиптической галактике Messier 87. На изображении виден разогретый материал, окружающий гравитационного монстра, и выбрасываемый им джет. Credit: ESO/M. Kornmesser

Исследователи отмечают, что теперь у них впервые появилась возможность проверить, насколько хорошо наша физика работает в экстремальных средах, понять движение газа и радиационную среду в окрестностях черных дыр, выяснить, какие теории об этих экзотических объектах верны, а какие будут разрушены, а также получить фотографии и внимательно рассмотреть других кандидатов в черные дыры, чтобы определить, все ли они являются таковыми, или же это другие явления, «маскирующиеся» под этих гравитационных монстров.

от «Интерстеллара» до «Звездного пути»

«Черная дыра», 1979

«Черная дыра», 1979

«Черная дыра», 1979

Сай-фай, который сегодня выглядит скорее как пародия на «Звездные войны», рассказывает историю о команде космического экспедиционного корабля «Паломино», отправившейся на поиски неизведанных миров. Во время миссии команда обнаруживает космический шаттл, который вращается в опасной близости к черной дыре. На шаттле обнаружили прототип Дарта Вейдера – капитана Ганса Рейнхардта в стеклянном шлеме – и его многочисленных робопомощников. За 20 лет Рейнхардт подготовил свой корабль к проходу сквозь черную дыру, поскольку считал, что по ту сторону можно обнаружить множество неизведанных миров. Команду «Паломино» история увлекает, вот только позже им предстоит узнать, что Ганс Рейнхардт давно сошел с ума, а его робопомощники – это спятившие члены бывшего экипажа корабля «Лебедь». В конце 70-х фильм был номинирован на две премии «Оскар» за лучшие визуальные эффекты и операторскую работу, а также на тот момент «Черная дыра» стала самым дорогим проектом студии Disney.

«Краткая история времени», 1991

«Краткая история времени», 1991

Мы решили включить в подборку знаменитый документальный фильм о жизни и научной деятельности легендарного физика Стивена Хокинга, основанный на его же одноименном бестселлере. В ленте уделяется внимание не только научным теориям Хокинга, но и личности и повседневной жизни самого автора. «Краткая история времени» не совсем экранизация, в документальной ленте полно интервью с родственниками и женой Хокинга, сокурсниками, преподавателями, коллегами и учениками. Но, несмотря на все это, из ленты можно извлечь много полезной информации о чёрных дырах, природе пространства и времени. Это если вдруг вам лень читать книгу.

«Сквозь горизонт», 1997

«Сквозь горизонт», 1997

«Сквозь горизонт», 1997

В 2047 году спасательный экипаж «Льюис и Кларк» получает сигнал бедствия с космического корабля, пропавшего много лет назад. По прибытии спасательная команда обнаруживает, что шаттл, подающий сигнал, – это секретный правительственный проект, занимающийся разработкой перелётов со сверхсветовой скоростью. Им удалось создать искусственную чёрную дыру и использовать её энергию для искривления пространства-времени таким образом, чтобы начальная и конечная точки путешествия наложились друг на друга: кораблю остается пройти через образовавшийся пространственный туннель. В теории все звучит отлично, но на деле у испытателей силы карманной черной дыры начинаются серьезные проблемы. С этих пор можно начинать делать ставки на то, кто же вернется на Землю живым.

«Интерстеллар», 2014

«Интерстеллар», 2014

«Интерстеллар», 2014

Полюбившейся многим сай-фай Кристофера Нолана в своем изображении черной дыры подобрался как можно ближе к истине, поскольку сценарий писался вместе со знаменитым американским физиком Кипом Торном. Сюжет разворачивается в недалеком будущем. Когда ресурсы нашей планеты были исчерпаны и она стала непригодной для жизни, трое исследователей отправляются сквозь червоточину, по ту сторону которой исследователи обнаружили несколько звёздных систем. В своей экспедиции они должны будут найти новую планету для жизни. Миссия проходила в рамках строгой секретности, а команда шла на большие риски, экспедиции могли посылать сигналы на Землю только в одну сторону и только раз в год. Из-за замедления времени экспедиция может оказаться очень продолжительной по времени Земли. Если все пройдет удачно, то людей начнут переселять в новый мир, если нет, то на один из миров по ту сторону червоточины отправится ограниченная группа людей и запас замороженных оплодотворённых яйцеклеток с целью основания колонии.

«Высшее общество», 2018

Новый фильм француженки Клер Дени вышел как нельзя кстати. Ведь ее изображение черной дыры в фильме очень похоже на ту самую фотографию, которую вчера презентовали европейские ученые. Инстаграм-аккаунт студии А24 даже опубликовал кадр из фильма для сравнения.

Кадр из фильма «Высшее общество», 2018

Кадр из фильма «Высшее общество», 2018

По сюжету команда преступников, приговоренных к пожизненному заключению, которым был дан второй шанс в жизни, отправится за пределы Солнечной системы в поисках черной дыры. Их предводительница, космическая ведьма, грезит об искусственном создании новой жизни на борту. Окончательно попрощавшись с рассудком, она вживляет семя главного героя по имени Монте одной из заключенных, в результате чего рождается здоровый ребенок, с которым Монте и суждено долететь до черной дыры.

Ученым впервые удалось увидеть черную дыру. Что это даст человечеству?&nbsp

10 апреля мир впервые увидел черную дыру на фотографии. Этот сверхмассивный объект находится на расстоянии 53 миллионов световых лет от Земли и выглядит как темный круг с оранжевым ореолом. Несмотря на то что многие знают, на что похожа черная дыра, до этого все ее изображения были реконструкциями, основанными на решениях уравнений Эйнштейна. Теперь же ученые уверены: черные дыры действительно выглядят так, как их представляли. «Лента.ру» рассказывает, как был сделан снимок и что это значит для науки.

Невидимые монстры

Черная дыра, названная гавайским именем Поэхи (Powehi) — «украшенное темным источником бездонное творение», — находится так далеко от Земли, что разглядеть ее в деталях с помощью одного радиотелескопа невозможно. Как и другие черные дыры, она представляет собой объект огромной плотности и обладает настолько мощной гравитацией, что сворачивает вокруг себя пространственно-временной континуум. Искривление настолько велико, что образуется область, из которой наружу не ведет ни одна из возможных траекторий. Граница этой области называется горизонтом событий, и все, что проникает за него (включая видимый свет и другие электромагнитные волны), обратно вернуться уже не может.

В последние десятилетия ученые не сомневались в существовании черных дыр, хотя сама природа этих объектов препятствует непосредственному их наблюдению. Исследователи применяли косвенные методы, в том числе наблюдение за объектами, которые вращаются вокруг пустых областей космоса, или измерение массы и размеров объектов, являющихся источниками интенсивного излучения. Но разглядеть черноту горизонта событий на ярком фоне звезд и газа до сих пор не удавалось никому.

По кусочкам

Чтобы сфотографировать черную дыру, необходим телескоп размером с Землю и еще один важный инструмент — алгоритм, который сведет данные в итоговое изображение. Кэти Боуман — одна из исследователей, работавших над этим алгоритмом, еще студенткой пыталась научить компьютеры распознавать образы на основе зашумленной информации. Вместе с научным руководителем Биллом Фриманом она разработала метод, позволяющий распознать объекты, «зашифрованные» в полутенях, которые отбрасывают углы зданий. В результате становилось возможным увидеть то, что находилось за этими углами.

Event Horizon Telescope — это объединенная сеть из восьми обсерваторий по всему миру, чьи радиотелескопы синхронизированы по сверхточным атомным часам. Несмотря на то что они работают как один огромный телескоп диаметром 10 тысяч километров, такая система по количеству получаемой информации все-таки значительно уступает воображаемому радиотелескопу с тарелкой аналогичного размера. Это ограничение удается немного преодолеть из-за вращения Земли вокруг своей оси, благодаря чему можно собрать еще немного радиоволн. Основная проблема в том, что итоговое изображение будет все равно сильно зашумленным. Алгоритм Кэти Боуман позволяет убрать шумы и построить приемлемую картину.

Полученную радиотелескопами информацию можно интерпретировать по-разному и сгенерировать таким образом целый «зоопарк» изображений. Однако не следует думать, что исследователи просто притянули результат к своим представлениям о том, как должна выглядеть черная дыра. Существуют строгие ограничения, продиктованные тем, что астрономам известно о космосе. Ученые знают, на что должны быть похожи астрономические объекты и на что они не похожи. Это позволяет отсеять огромное количество вариантов, изображающих то, что не может находиться в центре галактик.

Допустим, мы запускаем симуляцию, в которой генерируется черная дыра в соответствии с предсказаниями теории относительности Эйнштейна, после чего экзотический объект помещается в центр Млечного Пути. В результате моделируются данные, которые в этом случае должен получить Event Horizon Telescope. Если бы черная дыра на самом деле выглядела иначе (или ее вообще не было), данные телескопов были бы совершенно другими и алгоритм Боуман мог бы получить совершенно другие изображения.

Алгоритм, в свою очередь, подобен сборщику пазла. Он анализирует скудные данные, полученные телескопами, и выстраивает на их основе общую картинку, используя фрагменты тысяч введенных в него изображений космических и даже земных объектов. Если из различных наборов изображений получается именно изображение черной дыры (которую мы симулировали), то ученые могут быть уверены, что алгоритм работает правильно.

То есть в какой-то степени реконструированная фотография черной дыры является коллажем из фрагментов различных снимков, даже повседневных. Если бы алгоритм был плохим, результат сильно бы зависел от набора введенных изображений, и вместо черной дыры исследователи получили бы, например, фотографию со свадебной церемонии.

Все сошлось

Полученное изображение сверхмассивной черной дыры в галактике М87 соответствует предсказаниям теории относительности Эйнштейна, позволяющей определить массу и диаметр этого экзотического объекта. Размером она превосходит Солнечную систему и достигает 40 миллиардов километров. Кроме того, она содержит массу 6,5 миллиарда Солнц. Однако самое примечательное в той фотографии, ради чего она и была сделана, это темный круг в центре раскрашенного в условные цвета ореола. Это тень черной дыры, которая соответствует горизонту событий.

Саму черную дыру невозможно увидеть, однако ее тень хорошо различима на фоне поглощаемого вещества. На Землю смотрит полюс Поэхи, поэтому астрономы видят раскаленный газ, вращающийся вокруг черной дыры, «сверху». Однако даже если бы черная дыра была видна сбоку, расчеты показывают, что вещество движется по таким траекториям, что тень все равно была бы видна. Интересно, что по форме тени можно определить различные свойства черной дыры (например, является ли она вращающейся) и отличить ее от червоточины (кротовой норы).

Будущие свершения

Чтобы узнать новые детали о космическом монстре в М87, ученым предстоит подробно изучить фотографию. Кроме того, сейчас исследователи заняты обработкой данных, полученных при наблюдении центра Млечного Пути, где находится черная дыра Sgr A*. Вполне возможно, что скоро будет опубликован более впечатляющий снимок сверхмассивной черной дыры, располагающейся куда ближе Поэхи, «всего лишь» в 25 тысячах световых лет от Земли. Поскольку Млечный Путь намного спокойнее эллиптической и активной М87, то астрономы смогут узнать больше о поведении черных дыр в различной среде.

В будущем астрономы получат еще больше инструментов, которые войдут в сеть Event Horizon Telescope. Так, национальная обсерватория Китт-Пик в штате Аризона (США) и миллиметровая решетка NOEMA во французских Альпах присоединяться к проекту в 2020 году. Это позволит лучше рассмотреть процессы, протекающие в непосредственной близости к черной дыре. К ним относится релятивистская струя, которая выбрасывается из ядра М87 и простирается на пять тысяч световых лет. А использование электромагнитного излучения чуть большей частоты должно несколько повысить четкость новых фотографий.

К сожалению, Россия остается на обочине и не участвует в проекте. По словам Вячеслава Докучаева, ведущего научного сотрудника Института ядерных исследований РАН, у страны нет радиотелескопа миллиметрового диапазона, который можно было бы сделать частью Event Horizon Telescope.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о