Китай запустил на орбиту первый телескоп работы с жестким рентгеновским излучением, который поможет астрономам в изучении чёрных дыр. Об этом сообщило агентство Синьхуа.
Телескоп весом 2,5 тонны в настоящий момент находится на орбите на высоте 550 км. По словам директора лаборатории по астрофизическим измерениям Китайской академии наук (КАН) Чжан Шуаннань, помимо уже известных науке дыр астрономы рассчитывают обнаружить новые аналогичные космические объекты.
«Черные дыры представляют для науки большой интерес и потому будут занимать центральное место в рамках нашей исследовательской деятельности. Они выступают в качестве источника различных видов излучения, в том числе рентгеновского, а также космических лучей с высокой энергией, мощных ее выплесков», — пояснил Шуаннань.
Что представляет собой черная дыра?
Черная дыра — это область в пространстве и времени, характеризующаяся крайне большим гравитационным притяжением. Она как магнит притягивает к себе объекты, движущиеся с максимально возможной скоростью, в том числе мельчайшие частицы и электромагнитное излучение. Покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света.
Существует несколько теорий возникновения черных дых. Согласно одной из них, эти небесные тела возникают при взрыве крупных звезд.
Как она выглядит?
Как выглядит чёрная дыра, на самом деле пока не знает никто. Возможно, это так и останется вопросом, на который человечество никогда не сможет дать достоверного ответа. Дело в том, что черные дыры невидимы, так как даже свет, попавший в них, не может избежать их гравитационного поля.
Однако астрономы считают, что границы черной дыры должны быть видимы из-за радиации, излучаемой материалом, который поглощается. На 221-й встрече Американского Астрономического Общества ученые из Университета Калифорнии в Беркли представили гипотетические изображения такого объекта, сделанное с помощью компьютера. По их мнению, чёрная дыра вовсе не бесформенна, а имеет форму полумесяца. Это происходит потому, что сторона, обращенная к наблюдателю, по особым космическим причинам, всегда ярче обратной стороны. Темный круг, находящийся в центре полумесяца и есть черная дыра.
Как наблюдают чёрные дыры?
Таким образом, увидеть черную дыру в телескоп невозможно. Их обнаруживают благодаря свечению в районе горизонта событий. Так первая чёрная дыра была обнаружена в 1972 году благодаря тому, что она выступала в качестве источника мощного рентгеновского излучения.
Если чёрная дыра поглотила все вещество, которое её окружало, то её можно увидеть только через искажение лучей света от дальних звезд. «Если бы такие области не проявляли активность, мы бы их не могли обнаружить. Но когда в черную дыру попадает какой-то объект, он разгоняется, разогревается и начинает производить рентгеновское излучение, при анализе которого можно представить, что она собой представляет», — пояснил Чжан Шуаннань.
Однако, даже зафиксировав подобное излучение, астрономы не могут быть абсолютно уверены, что перед ними чёрная дыра, а не просто массивное, несветящееся тело. Считается, что помимо излучения, такие объекты можно обнаружить благодаря окружающим их облакам, которые содержат элементарные частицы, пыль, газы, метеориты, планеты и даже звезды.
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:
- В нее попадают частицы вещества, скорость которых по мере приближения к точке невозврата, понижается. Они создают картинку диффузного газопылевого облака, с увеличивающейся внутри плотностью.
- 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.
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.
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!