Ссылка на видео: http://www.nasa.gov/mov/163034main_blkholeintro.mov
Изображение/анимация сверху: Вращающаяся черная дыра. Кликните на ссылку, чтобы просмотреть видео (6 Мб – без звука). Автор: NASA/Honeywell Max-Q Digital Group/Дана Берри (Dana Berry).
Гравитационное поле черной дыры настолько сильно, что, по мере вращения этой черной дыры, она может увлекать за собой пространство. Тем не менее, измерение скорости вращения черной дыры долго не приходил на ум ученым. Искаженное пространство нелегко обнаружить и, пожалуй, еще труднее исследовать, словно произведение современного искусства – в виде черных завихрений на черном фоне.
В настоящее время группа, возглавляемая Джеффом Макклинтоком (Jeff McClintock) и Рамешем Нарайаном (Ramesh Narayan) из Гарвардско-Смитсоновского астрофизического центра в Кембридже, штат Массачусетс, имеет новую технологию для измерения вращения черных дыр, которая описывается учеными как удивительно простая и понятная. Они точно измерили вращение одной из черных дыр, и приступили к остальным.
В процессе этого они надеются также проверить некоторые из самых невероятных предсказания Альберта Эйнштейна.
Дыра в космосе
Черная дыра – это настолько плотный объект, обладающий таким мощным гравитационным полем, что ничто, даже свет, не может противостоять его притяжению, если он подойдет слишком близко. Наша галактика Млечный Путь усеяна миллионами черных дыр, большинство из которых невозможно обнаружить. Эти черные дыры представляют собой остатки крупных звезд, которые давно погасли.
Когда у звезды, размеры которой как минимум в 10 раз превышают размеры нашего Солнца, иссякает ядерное топливо, необходимое для ее горения, такая звезда больше не обладает энергией для поддержания своей собственной массы. Ее ядро взрывается за долю секунды, создавая ударные волны, которые приводят к взрыву наружной оболочки звезды, это явление называется сверхновая звезда.
Если ядро обладает достаточной массой, ничто не может остановить его разрушение. Оно просто становится все плотнее и плотнее, меньше и меньше. Вся масса сжимается в одну точку с бесконечной плотностью. Поверхности звезды больше не существует, в космосе остается лишь вращающаяся дыра. Вращение старой звезды преобразуется непосредственно во вращение черной дыры.
Сферическая граница вокруг этой вращающейся дыры называется сфера Шварцшильда. Радиус (расстояние от сферы Шварцшильда до центра черной дыры) составляет лишь 10 - 50 километров, или около 5 - 30 миль. Если что-либо пересекает сферу Шварцшильда, оно падает вниз в черную дыру и никогда не сможет вернуться обратно.
Увидеть невидимое
Как бы фантастически это не звучало, черные дыры представляют собой обычное явление во вселенной; и ученые имеют множество доказательств того, что черные дыры существуют, пусть даже их невозможно увидеть непосредственно.
Макклинток (McClintock) и Нарайан (Narayan) изучали хорошо известную систему черной дыры под названием GRS 1915+105, в созвездии Орла, находящуюся на расстоянии около 35000 световых лет от Земли. Сама по себе черная дыра невидима, но вещество, вливающееся в нее, видно очень отчетливо.
GRS 1915+105 – это система из двух звезд. Газ из “обычной звезды” перетекает в черную дыру, притягиваемый гравитационным полем. Газ по спирали вливается в черную дыру, словно вода по водостоку: но он не вливается сразу внутрь, а сначала кружится вокруг черной дыры, образуя запас вещества, называемый аккреционный диск.
Газ в аккреционном диске довольно сильно нагревается и излучает свет в довольно широком диапазоне длин волн. Внутренняя часть аккреционного диска, расположенная ближе всего к черной дыре, может излучать особенно яркие рентгеновские лучи. Не все черные дыры представляют собой системы из двух звезд, но те, которые являются двойными, могут обнаружить себя, когда они подкрепляются газом от своей звезды-компаньона. Отдельные черные дыры, с другой стороны, подпитываются только за счет разреженного газа в межзвездном пространстве, и, следовательно, их очень тяжело обнаружить.
На краю черной дыры
Изображение/анимация слева: Чем быстрее вращается черная дыра, тем ближе к ней может находиться вещество, кружась по орбите на безопасном расстоянии. Кликните на изображении, чтобы просмотреть видео (4.3 Мб – без звука). Автор: NASA/ Центр космических полетов им. Годдарда
 Посмотреть видео.
Команда ученых, которая включает Ребекку Шафи (Rebecca Shafee), аспирантку Макклинтока (McClintock) из Гарвардского университета, сосредоточила свое внимание на аккреционном диске GRS 1915+105 с помощью телескопа NASA - Rossi X-ray Timing Explorer. Они уделили внимание внутреннему краю этого диска, области, которая называется крайней внутренней стабильной круговой орбитой.
Эта область, по словам Шафи (Shafee), находится приблизительно в 30 километрах от центра черной дыры в случае GRS 1915+105, что необычно близко. На крайней внутренней стабильной орбите газ может вращаться вокруг черной дыры бесконечно, если его не подтолкнуть. Между этой областью и сферой Шварцшильда находится что-то вроде нейтральной зоны. Когда вещество выталкивается с крайней внутренней стабильной орбиты, оно попадает в сферу Шварцшильда менее чем за миллисекунду и исчезает навсегда.
Расстояние от крайней внутренней стабильной орбиты до центра черной дыры зависит от вращения черной дыры. Чем выше скорость этого вращения, тем ближе располагается орбита, на которой вещество может “безопасно” находиться. Это особое свойство, основанное на теории общей относительности Эйнштейна.
Макклинток (McClintock) и Нарайан (Narayan) впервые сделали это точное измерение расстояния от внутренней стабильной орбиты до центра черной дыры. Эти измерения частично основаны на спектральном анализе рентгеновского излучения. Попросту говоря, когда черная дыра вращается очень быстро, вещество может находиться на орбите, расположенной довольно близко к сфере Шварцшильда; а по мере того как вещество все больше и больше приближается к черной дыре, свет, который оно излучает, становится все ярче и ярче. Эта информация – яркость, температура, скорость – все это закодировано в рентгеновском излучении.
В ходе наземных оптических и радио наблюдений, ученые смогли определить массу черной дыры, угол наклона аккреционного диска относительно нас, и ее расстояние от Земли. Все эти измерения подставляются в уравнение для расчета скорости вращения черной дыры.
Как быстро она вращается?
”Частота вращения черной дыры, измеренная нами, - это скорость вращения пространства-времени, или его искривление, непосредственно в сфере Шварцшильда черной дыры”, говорит Нарайан (Narayan).
Эта черная дыра по массе равна приблизительно 14 солнцам. Согласно математике Эйнштейна, это означало бы, что сфера Шварцшильда находится в радиусе 42 километров при отсутствии вращения, или в радиусе 21 километра при максимальном вращении. В действительности же, она находится посередине, в 25 километрах от центра черной дыры.
В точке сферы Шварцшильда, черная дыра вращается со скоростью более 950 оборотов в секунду. Поместите здесь флаг, и этот флаг будет мчаться по 157-километровому маршруту со скоростью 149000 километров в секунду, или со скоростью, составляющей 50 процентов от скорости света.
Согласно теории, абсолютная максимальная скорость, на которой эта черная дыра может вращаться – по существу является скоростью света – и составляет 1150 оборотов в секунду. Это означает, что данная черная дыра вращается со скоростью, составляющей 98 процентов от ее максимального значения. (Внимание: это не основано на простом вычислении 950/1150.)
Такая технология измерений может применяться к любой черной дыре звездного размера, и исследовательская группа планирует измерить скорость вращения еще дюжины других хорошо изученных систем. Это оказало бы существенное влияние на другие темы в астрофизике, включая понимание таких загадок как реактивные струи, гамма-всплески и гравитационные волны черных дыр.
Переводчик: Пшеничникова Елена (Бюро переводов "Гольфстрим")
Права на статью, а также фотографические и иные материалы к ней принадлежат NASA
Перевод статьи осуществлен Бюро переводов "Гольфстрим" и размещен на сайте с разрешения NASA
Права на перевод принадлежат ООО "Гольфстрим+"
Копирование перевода статьи, а также фотографических и иных материалов к ней, в целях размещения на иных сайтах в сети интернет, а также для издания и распространения в бумажном варианте, в том числе, но не исключая иного, в журналах, газетах, книгах и прочее, возможно только с разрешения ООО "Гольфстрим+", по согласованию с NASA.
|
E-mail
Карта сайта
В избранное
Статьи по астрономии
