Черная дыра с телескопа хаббл. Черные дыры способны не только разрушать

Нет более завораживающего своей красотой космического явления, чем черные дыры. Как известно, свое название объект получил из-за того, что способен поглощать свет, но при этом не может отражать его. Из-за огромного притяжения черные дыры всасывают все, что находится рядом с ними – планеты, звезды, космический мусор. Однако это далеко не все, что следует знать про черные дыры, так как существует множество удивительных фактов про них.

Точки невозврата у черных дыр нет

Долгое время считалось, что все, что попадает в область черной дыры остается в ней, но результатом последних исследований стало то, что оказывается спустя время черная дыра «выплевывает» в космос все содержимое, но в другом виде, отличном от первоначального. Горизонт событий, который считался точкой невозврата для космических объектов, оказался лишь их временным убежищем, однако этот процесс происходит очень медленно.

Земле угрожает черная дыра

Солнечная система лишь часть бесконечной галактики, в которой находится огромное количество черных дыр. Оказывается, что и Земле угрожает две из них, но к счастью, находятся они на огромном расстоянии – около 1600 световых лет . Обнаружены они в галактике, которая образовалась в результате слияния двух галактик.


Увидели черные дыры ученые только благодаря тому, что они находились рядом с Солнечной системой с помощью рентгеновского телескопа, который способен улавливать рентгеновские лучи, излучаемые этими космическими объектами. Черные дыры, так как они находятся рядом друг с другом и практически сливаются в одну, назвали одним именем – Чандра в честь бога Луны из индуистской мифологии. Ученые уверены, что вскоре Чандра станет единым целым из-за огромной силы гравитации.

Черные дыры со временем могут исчезнуть

Рано или поздно все содержимое из черной дыры выходит и остается только радиация. Теряя массу, черные дыры со временем становятся меньше, а после совсем исчезают. Гибель космического объекта очень медленна и потому вряд ли кому-то из ученых удастся увидеть, как уменьшается, а после и исчезает черная дыра. Стивен Хоккинг утверждал, что дыра в космосе представляет собой сильно сжатую планету и со временем она испаряется, начиная с краев искажения.

Черные дыры не обязательно могут выглядеть черными

Ученые утверждают, что так как космический объект поглощает в себя световые частицы, не отражая их, черная дыра не имеет цвета, выдает ее только поверхность – горизонт событий. Своим гравитационным полем она заслоняет все пространство позади себя, включая планеты и звезды. Но при этом из-за поглощения планет и звезд на поверхности черной дыры по спирали из-за огромной скорости движения объектов и трения между ними, появляется свечение, которое может быть ярче звезд. Это скопление газов, звездной пыли и другой материи, которую затягивает черная дыра. Также иногда черная дыра может излучать электромагнитные волны и потому может быть видимой.

Черные дыры не создаются из ниоткуда, их основа – погасшая звезда

Звезды светятся в космосе благодаря своему запасу термоядерного топлива. Когда он заканчивается, звезда начинает охлаждаться, постепенно превращаясь из белого карлика в черного. Внутри остывшей звезды начинает снижаться давление. Под действием силы гравитации космическое тело начинает сжиматься. Следствием этого процесса является то, что звезда как бы взрывается, все ее частицы разлетаются в космосе, но при этом силы гравитации продолжают действовать, притягивая соседние космические объекты, которые после поглощаются ею, увеличивая мощность черной дыры и ее размеры.

Сверхмассивная черная дыра

Черная дыра, размеры которой в десятки тысяч раз превышают размеры Солнца, находится в самом центре Млечного пути. Ученые назвали ее Стрелец и находится она от Земли на расстоянии 26000 световых лет . Данная область галактики чрезвычайно активна и с огромной скоростью поглощает все, что находится рядом с ней. Также часто она «выплевывает» погасшие звезды.


Удивительным является тот факт, что средняя плотность черной дыры, даже учитывая ее огромный размер, может быть равна даже плотности воздуха. С увеличением радиуса черной дыры, то есть количества захваченных ею объектов, плотность черной дыры становится меньше и объясняется это простыми законами физики. Таким образом, самые большие тела в космосе на самом деле могут быть такими же легкими, как и воздух.

Черная дыра может создать новые Вселенные

Как бы это не звучало странно, особенно на фоне того, что на самом деле черные дыры поглощают и соответственно разрушают все вокруг, ученые всерьез задумываются о том, что данные космические объекты могут положить начало появлению новой Вселенной. Так, как известно черные дыры не только поглощают материю, но и могут освобождать ее в определенные периоды. Любая частичка, которая вышла из черной дыры, может взорваться и это станет новым Большим взрывом, а согласно его теории наша Вселенная так и появилась, потому не исключено, что Солнечная система, которая сегодня существует и в которой вертится Земля, населенное огромным количеством людей, когда-то была рождена массивной черной дырой.

Возле черной дыры время идет очень медленно

Когда объект подходит близко к черной дыре, вне зависимости от того, какая у него масса, его движение начинает замедляться и это происходит потому, что в самой черной дыре время замедляется и все происходит очень медленно. Это связано с огромной силой гравитации, которую имеет черная дыра. При этом то, что происходит в самой черной дыре происходит достаточно быстро, потому если бы наблюдатель смотрел на черную дыру со стороны, ему показалось бы, что все происходящие процессы в ней протекают медленно, однако если бы попал в ее воронку, силы гравитации мгновенно бы разорвали его.

Малене Соммер Кристиансен (Malene Sommer Christiansen)

Международная команда ученых, в которую, скорее всего, войдут и датчане, намерена сфотографировать черную дыру, чтобы увидеть, как она выглядит. Раньше не делалось ничего подобного.

Если удастся получить изображения черной дыры, мы приблизимся к пониманию природы этого загадочного явления, объясняет Уффе Грое Йоргенсен (Uffe Gråe Jørgensen) из Института Нилься Бора при Копенгагенском университете, который в настоящее время работает над включением Дании в проект.

«По-моему, это крайне интересно. Всегда здорово получить возможность проверить какие-то теории, а сейчас речь идет об исключительных теориях в связи с поведением света и материи в экстремальных условиях черной дыры», - говорит Уффе Грое Йоргенсен, преподаватель кафедры астрофизики и планетарных исследований.

Снимки черных дыр могут открыть новое поле исследований

Сфотографировать черную дыру - непростая задача. Для этого требуются правильные условия, так что ученые намерены воспользоваться новым Гренландским телескопом, который разместят на ледяном щите Гренландии.

Если удастся получить фотографии черной дыры, они могут открыть совершенно новое поле исследований, подтверждает не участвующий в проекте профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй (Ulrik Ingerslev Uggerhøj) из Института физики и астрономии при университете Орхуса.

«Это положит начало так называемой физике сильных полей под воздействием силы тяжести. Откроется новая область, напоминающая наблюдения за гравитационными волнами, о которых объявили в феврале. Если получится сделать снимок черной дыры, это будет такой же прорыв, как гравитационные волны», - комментирует профессор.

Ученые помогли смоделировать черную дыру в «Интерстелларе»

До сих пор черные дыры наблюдали лишь через оптические телескопы , которые не давали возможности изучить их структуру. В этих телескопах черные дыры выглядят как темное пятно. Так что все, что прежде удавалось увидеть, - это материя, поглощаемая дырой.

Новые субмиллиметровые телескопы имеют настолько высокое разрешение, что позволяют разглядеть структуру черных дыр, поясняет Уффе Грое Йоргенсен.

Субмиллиметровый телескоп имеет длину волны меньше одного миллиметра. Он представляет собой нечто среднее между оптическим и радиотелескопом. Субмиллимитровый телескоп различает более длинные волны, чем у обычного инфракрасного излучения, но не настолько длинные, как у радиоизлучения.

До сих пор было невозможно увидеть содержимое черных дыр, так что ученые выдвигают различные теории. Увидеть, как наука представляет себе черные дыры, можно в фильме «Интерстеллар» (Interstellar).

«Это прекрасная анимация, не имеющая аналогов. В создании фильма участвовали выдающиеся ученые-специалисты по проблеме черных дыр, так что в их интересах было создать корректную картину. Вероятно, все выглядит именно так, как в фильме», - говорит Уффе Грое Йоргенсен.

Гренландский телескоп будут использовать одновременно с другими

Чтобы сфотографировать черную дыру, Гренландский телескоп объединят с телескопами в Чили и на Гавайях. Одновременно все три телескопа будут функционировать как один большой аппарат, «диаметр» которого соответствует расстоянию между ними, то есть составит несколько тысяч километров.

Так что выбор телескопа на территории Гренландии не случаен, объясняет ученый.

«Объект, на который они нацелятся, должен одновременно наблюдаться из трех разных мест, удаленных друг от друга на максимально возможное расстояние. Нельзя использовать телескопы и в восточном, и в западном полушариях, потому что тогда не получится наблюдать точку на небе в одно и то же время».

Телескоп разместят на льду

В настоящее время Гренландский телескоп находится на борту корабля, следующего из США в Каанаак на севере Гренландии. Корабль прибудет на место в течение лета, после чего телескоп соберут и установят на высшей точке поверхности гренландского ледника, где наблюдаются идеальные погодные и климатические условия.

«Гренландский телескоп будет помещен на высоту более трех километров. Многие думают, что там, где есть лед, много воды и, следовательно, высокая влажность. Возможно, это представление связано с тем, что у нас в Дании исключительно влажные зимы с температурой в районе нуля градусов и мокрым снегом. В действительности, при температуре −30 градусов очень сухо, потому что вся вода конденсируется и превращается в снег. Так что эта вершина - отличное место, она расположена на большой высоте, и там очень сухо».

Изображения черных дыр появятся лишь через несколько лет

Гренландский телескоп будет введен в строй не раньше 2017 года, но когда это произойдет, мы надеемся узнать много нового о черных дырах, говорит преподаватель из Копенгагена.

«Нам мало что известно о черных дырах, и мы будем над этим работать. Каково их гравитационное поле? Что происходит с материей, когда ее затягивает в черную дыру? Один из интереснейших вопросов - это могут ли большие черные дыры в центре галактик быть путем в другие вселенные либо в другие точки времени-пространства. Вот об этом мы хотим узнать что-нибудь новое. Мы не собираемся прямо завтра начать полеты через черные дыры, смысл не в этом. Но в долгосрочной перспективе наша работа даст много новой информации, которая может привести туда, где мы еще не бывали».

Гренландский телескоп - не единственный, который датские ученые используют для наблюдения за черными дырами. Он лишь часть проекта под названием Event Horizon Telescope, объединяющего девять телескопов, каждый из которых выполняет одни и те же задачи.

Неважно, какому из них выпадет честь сделать первые снимки черной дыры. Но, как сообщает профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй, окончательный выбор будет сделан в ближайшее время.

«Вопрос лишь в том, сколько нам придется ждать, но, по моему мнению, велики шансы, что мы увидим снимок в ближайшие пять лет».

Проект вдохновит молодых гренландцев

Наблюдение за черными дырами - не единственная цель проекта, продолжает Уффе Грое Йоргенсен.

«Это не просто большой научный проект, но и прекрасная возможность попытаться повлиять на гренландское общество, пробудить интерес местной молодежи к науке, вдохновить Гренландию на развитие высоких технологий. Это очень важная задача».

Аллан Финних (Allan Finnich), координатор научных исследований в сфере здравоохранения Среднегренландской гимназии, тоже считает, что необходимо стимулировать интерес гренландцев к естественнонаучным дисциплинам.

«Во многом необходимо повышать естественнонаучный интерес. Гренландии нужны ученые в этой области, а их не очень много. Сейчас нет возможности получать такое образование в Гренландии, надо ехать в Данию, что тоже является помехой».

Когда устанавливают телескоп, 10 % времени наблюдения, как правило, предоставляют ученым принимающей стороны. Ученые рассчитывают, что студенты гренландских гимназий тоже получат такую возможность. Но наладить сотрудничество непросто, и пока еще не ясно, что именно проект принесет Гренландии.

Учитель гимназии: нужно больше естественных наук

Если гренландским ученикам разрешат воспользоваться телескопом, интерес, несомненно, будет очень велик, считает научный координатор в сфере естественных наук Матиас Росдаль Йенсен (Mathias Rosdal Jensen).

«Думаю, это было бы очень интересно ученикам, ведь речь идет о собственном продукте Гренландии. Сейчас в стране множество датских или связанных с Данией обучающих материалов».

Уффе Грое Йоргенсен надеется, что телескоп станет источником вдохновения для молодых гренландцев.

«Прекрасная цель проекта с телескопом - развивать интерес и привлекать больше молодежи в сферу естественных наук».

Черные дыры – это одни из самых могущественных и загадочных объектов во Вселенной. Они формируются после разрушения звезды.

Nasa составили ряд поразительных снимков предполагаемых черных дыр в просторах космоса.

Перед вами фото ближайшей галактики Центавр А, сделанный Chandra X-Ray Observatory. Здесь показано влияние сверхмассивной черной дыры в пределах галактики.

Недавно Nasa было объявлено, что в соседней галактике из взорвавшейся звезды зарождается черная дыра. По сообщению Discovery News эта дыра располагается в галактике M-100, находящейся на расстоянии в 50 миллионов лет от Земли.

Вот еще один очень интересный фотоснимок от Chandra Observatory, показывающий галактику M82. Nasa полагает, что изображенное может быть отправными точками для двух сверхмассивных черных дыр. Исследователи предполагают, что образование черных дыр начнется, когда звезды исчерпают свои ресурсы и сгорят. Они будут раздавлены собственным гравитационным весом.

Ученые связывают существование черных дыр с теорией относительности Эйнштейна. Специалисты используют Эйнштейновское понимание гравитации для определения громадной силы притяжения черной дыры. На представленной фотографии информация от Chandra X-Ray Observatory совпадает со снимками, полученными с космического телескопа Hubble. Nasa считает, что эти две черные дыры движутся по спирали навстречу друг другу на протяжении 30 лет, а со временем они могут стать одной большой черной дырой.

Это мощнейшая черная дыра в космической галактике M87. Субатомные частицы, движущиеся практически со скоростью света, указывают на то, что в центре этой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Считают, что она «поглотила» материю, равную 2-м миллионам наших солнц.

Nasa полагает, что на этом снимке засвидетельствовано то, как две сверхмассивные черные дыры, столкнувшись между собой, формируют систему. Или же это так называемый «эффект рогатки», в результате чего система формируется из 3-х черных дыр. Когда звезды суперновые, они обладают способностью разрушаться и опять возникать, в результате чего формируются черные дыры.

Эта художественная визуализация показывает черную дыру, вытягивающую газ от соседней звезды. Черная дыра имеет такой цвет, так как ее гравитационное поле настолько плотное, что оно поглощает свет. Черные дыры невидимые, поэтому ученые только предполагают их наличие. Их величина может быть равной размеру всего 1 атома или же миллиарда солнц.

На этой художественной визуализации показан квазар, который является сверхмассивной черной дырой, окруженной вращающимися частицами. Этот квазар расположен в центре галактики. Квазары находятся на ранней стадии зарождения черной дыры, тем не менее, они могут существовать миллиарды лет. Все-таки считается, что они были сформированы в древние эпохи Вселенной. Предполагают, что все «новые» квазары просто были скрыты от нашего взора.

Телескопы Spitzer и Hubble зафиксировали ложные цветные струи частиц, выстреливающих из гигантской мощной черной дыры. Полагают, что эти струи простираются сквозь 100 000 световых лет пространства, такого же большого, как Млечный Путь нашей галактики. Разные цвета появляются от различных световых волн. В нашей галактике есть мощная черная дыра Sagittarius A. Nasa считает, что ее масса равна 4 миллиона наших солнц.

На этом изображении представлен микроквазар, считающийся уменьшенной черной дырой с такой же массой, как и у звезды. Если бы вы попали в черную дыру, вы бы пересекли временной горизонт на ее границе. Даже если вас не раздавит сила тяжести, обратно из черной дыры вам уже не вернуться. Вас невозможно будет увидеть в темном пространстве. Каждый путешественник в черную дыру будет разорван в результате воздействия силы гравитации.

Спасибо что рассказали о нас друзьям!

Впервые термин «Черная дыра» был использован в 1967 году Джоном А. Уилером. Так называют область в пространстве и времени с настолько большой гравитацией, что покинуть ее пределы не могут даже кванты света. Размер определяют гравитационным радиусом, а границу действия называют горизонтом событий.

Черная дыра в представлении художника

В идеале черная дыра, при условии ее изоляции – это абсолютно черный участок пространства. Как выглядит черная дыра на самом деле, пока не знает никто, известно лишь, что она не оправдывает своего названия, так как она абсолютно невидима. По мнению ученых астрономов, определить ее наличие можно только по свечению в районе горизонта событий. Это происходит по двум причинам:

1. В нее попадают частицы вещества, скорость которых по мере приближения к точке невозврата, понижается. Они создают картинку диффузного газопылевого облака, с увеличивающейся внутри плотностью.
2. Кванты света, проходя рядом с черной дырой, изменяют свою траекторию. Это искажение иногда настолько велико, что свет несколько раз огибает ее, прежде чем попасть внутрь. Так образуется световое кольцо.

По предположениям астрономов, всепоглощающая звезда вовсе не бесформенна, а похожа на полумесяц. Это происходит потому, что сторона, обращенная к наблюдателю, по особым космическим причинам, всегда ярче другой стороны. Темный круг, находящийся в центре полумесяца и есть черная дыра.

Возникновение

Существует два сценария возникновения: сильное сжатие массивной звезды, сжатие центра галактики или ее газа. Есть также гипотезы, что они сформировались после Большого Взрыва или возникли в результате возникновения огромного количества энергии в ядерной реакции.

Виды

Джет в галактике M87 — проявление активности сверхмассивной черной дыры в ядре галактики

Различают несколько основных видов: Сверхмассивные – очень разросшиеся, часто находятся в центре галактик; Первичные – предполагается, что они могли появиться при больших отклонениях в однородности гравитационного поля и плотности при появлении Вселенной; Квантовые – гипотетически возникают при ядерных реакциях и имеют микроскопические размеры.

Жизнь черной дыры не вечна

По предположению С. Хокинга она ограничена примерно 10 в 60 степени годами. Дыра постепенно «худеет» и оставляет после себя только элементарные частицы.

Есть предположение, что существует и антипод – белая дыра. Если в первую все входит и не выходит, то во вторую попасть невозможно – она только выпускает. Согласно этой теории, белая дыра возникает на короткое время и распадается, выплеснув энергию и вещество. Вполне серьезные ученые полагают, что таким образом создается некоторый тоннель, с помощью которого можно перемещаться на колоссальные расстояния.

Научно-популярный фильм о черных дырах

Черные дыры - таинственные, невероятно плотные и тяжелые; физика лишь начинает исследовать их свойства. Однажды угодив в их объятия, ничто, даже свет, не может из них вырваться.

Хотя своей загадочностью это удивительное явление будоражит воображение, ни одной черной дыры ни один человек никогда не видел. Если вы увидите картинку черной массы, искажающей вокруг себя пространственно-временной континуум, знайте - это просто иллюстрация.

Выглядит здорово, но это только картинка

Почему ни один астроном никогда непосредственно не наблюдал черную дыру

Самая большая проблема, которая встает на пути попыток обнаружить черные дыры, заключается в том, что даже самые массивные из них относительно невелики. Димитриос Псалтис, астрофизик из Университета Аризоны объясняет:

«Самая большая черная дыра в нашем небе находится в центре Млечного Пути. И сфотографировать ее - это примерно как снять компакт-диск на поверхности Луны».

Кроме того, из-за сильного гравитационного поля черные дыры, как правило, окружены другими яркими объектами, так что разглядеть их самих особенно трудно.

Поэтому, когда астроном ищет черную дыру, он даже не пытается получить ее изображение - вместо этого он ищет свидетельства того, что ее гравитационное поле и радиация взаимодействуют с другими объектами. Псалтис говорит:

«Мы обычно фиксируем орбиты звезд и скоплений газа, которые концентрируются вокруг темного участка неба, и стараемся измерить массу этого темного объекта. Если масса получается слишком большой для любого другого темного объекта, который мог бы там находиться, мы считаем это признаком черной дыры».

Впрочем, у нас есть косвенные изображения черных дыр

Одни из лучших изображений были получены в рентгеновской обсерватории Чандра, где работает Эдмондс. Он говорит:

«Трение и высокая скорость движения материи, из которой образуется черная дыра, становятся естественным источником рентгеновского излучения. А Чандра - космический телескоп, специально разработанный для регистрации таких лучей».

Так, обсерватория Чандра задокументировала рентгеновские всплески, образовавшиеся при слиянии двух галактик примерно в 26 млн световых лет от Земли. Астрофизики подозревают, что их непосредственным источником была массивная черная дыра.

Рентгеновский диапазон: NASA / CXC / Университет Техаса / Е. Шлегель и др.; Оптический диапазон: NASA / STScI

Аналогично, малиновые пятна на этом снимке - области интенсивного рентгеновского излучения. Предполагается, что их источниками стали черные дыры, образовавшиеся при столкновении двух галактик (розовое и синее кольца).

NASA / CXC / IoA / А. Фабиан и др.

На этой анимации изображена самая крупная рентгеновская вспышка из области в центре Млечного Пути, где, как предполагается, находится массивная черная дыра. Зафиксирована телескопом Чандра.

NASA / CXC / Амхерст-колледж / Д. Хаггард и др.

А это та же рентгеновская вспышка, но с меньшим увеличением.

Общий вид участка неба, где была зафиксирована рентгеновская вспышка из центра Млечного Пути. (NASA / CXC / Амхерст-колледж / Д. Хаггард и др.

Мы видим гигантские струи материи - джеты, которые черные дыры выбрасывают в пространство

Это составное изображение (построенное путем объединения данных телескопа Хаббл и радиотелескопа), на котором видны струи материи и энергии, расходящиеся из центра галактики Геркулес. Они летят почти со скоростью света, иллюстрируя удивительную разрушительную силу космических объектов.

NASA / Телескоп Хаббл

На следующей фотографии видны огромные джеты, порожденные, как считается, черной дырой в центре галактики Центавр А, расположенной в 13 млн световых лет лет от Земли. Джеты длиннее самой галактики.

ESO / WFI (видимый диапазон); MPIfR / ESO /APEX / А. Вейсс и др. (микроволновое излучение); NASA /CXC / CfA / Р. Крафт и др. (рентгеновское излучение)

Астрономы наблюдают звезды, вращающиеся вокруг таинственных темных объектов, вероятнее всего, черных дыр

На этом видео показано движение звезд вблизи центра Млечного Пути на протяжении 16-летнего интервала, свидетельствующее о наличии там черной дыры.

Уже скоро мы можем увидеть настоящую черную дыру

Та часть черной дыры, которую можно запечатлеть - это ее горизонт событий, граница, попав за которую, ничто не может вырваться назад. Ученые предполагают, что он будет выглядеть, как показано на картинке: резкая граница между светом и тьмой.

NASA / JPL-Caltech

На иллюстрации выше сверхмассивная черная дыра в центре окружена поглощаемой ей материей, формирующей так называемый аккреционный диск. Этот диск образуется из пыли и газа, падающего на черную дыру под действием гравитации. Также показан исходящий поток высокоэнергетических частиц, который, как считается, получает энергию от вращения черной дыры.

На настоящей фотографии также может быть виден аккреционный диск, то есть вращающееся вокруг дыры яркое кольцо материи (когда в фильме «Интерстеллар» показывают черную дыру, мы видим именно аккреционный диск).

Интересно, что в ближайшие несколько лет ученые надеются подтвердить существование черной дыры в центре Млечного Пути - и определить, как она выглядит.

Это может стать возможно благодаря телескопу «Горизонт событий» - он представляет собой глобальную сеть датчиков, которые, по сути, составляют единый телескоп размером с нашу планету. По плану снимок черной дыры должен быть готов к концу 2017 года - это будет первое изображение горизонта событий. Эдмондс говорит:

«Они надеются увидеть саму тень, саму темную область. Это будет очень важное достижение».

Непосредственное изображение черной дыры позволит ученым больше узнать о влиянии сверхвысокой гравитации и получить дополнительные данные для проверки теории относительности.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства