новости космоса
5134 31
23 декабря 2019 20:49:08

У сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики может быть друг

Есть ли у сверхмассивных черных дыр друзья? Природа образования галактик предполагает, что ответ - да, и на самом деле пары сверхмассивных черных дыр должны быть обычными вещами во вселенной.

Я астрофизик (Смадар Наоз) и меня интересует широкий круг теоретических проблем в астрофизике, от образования самых первых галактик до гравитационных взаимодействий черных дыр, звезд и даже планет. Черные дыры - это интригующие системы, а сверхмассивные черные дыры и окружающая их плотная звездная среда представляют собой одно из самых экстремальных мест в нашей вселенной.

Сверхмассивная черная дыра, которая скрывается в центре нашей галактики, называемая Sgr A, имеет массу, примерно в 4 миллиона раз превышающую массу нашего Солнца. Черная дыра - это место в пространстве, где гравитация настолько сильна, что ни частицы, ни свет не могут уйти от нее. Окружающая среда Sgr A представляет собой плотное скопление звезд. Точные измерения орбит этих звезд позволили астрономам подтвердить существование этой сверхмассивной черной дыры и измерить ее массу. На протяжении более 20 лет ученые наблюдали за орбитами этих звезд вокруг сверхмассивной черной дыры. Исходя из того, что мы с коллегами исследовали, мы можем сказать, что если там есть вторая черная дыра поблизости, то ее масса в 100 000 раз больше массы нашего Солнца.

Почти каждая галактика, входящая в состав нашего Млечного Пути, имеет в своем сердце сверхмассивную черную дыру с массами от миллионов до миллиардов масс нашего Солнца. Астрономы все еще изучают, почему сердце галактик часто содержит сверхмассивную черную дыру. Одна очень популярная версия связана с возможностью того, что у сверхмассивных дыр есть друзья.

Чтобы понять эту идею, нам нужно вернуться к тому времени, когда Вселенной было около 100 миллионов лет, к эпохе самых первых галактик. Они были намного меньше современных галактик, и примерно в 10 000 и более раз менее массивными, чем Млечный путь. Внутри этих самых ранних галактик, находились самые первые умершие звезды, создали черные дыры, массой от десятков до тысяч масс Солнца. Эти черные дыры утонули в центре тяжести, сердце их галактики. Поскольку галактики развиваются путем слияния и столкновения друг с другом, столкновения между галактиками приводят к появлению сверхмассивных пар чёрных дыр - ключевой части этой истории. Затем черные дыры сталкиваются и увеличиваются в размерах. Черная дыра, которая в миллион раз больше массы нашего Солнца, считается сверхмассивной.

Гравитационные рывки этих «друзей» будут оказывать влияние на близлежащие звезды, нарушая их орбиты. Две сверхмассивные черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга, и в то же время каждая из них оказывает свое влияние на звезды вокруг нее.

Силы гравитации от черных дыр притягивают эти звезды и заставляют их менять свою орбиту; иными словами, после одного оборота вокруг сверхмассивной пары чёрных дыр звезда не вернется точно в ту точку, с которой она ушла.

Используя наше понимание гравитационного взаимодействия между возможной парой сверхмассивной черной дыры и окружающими звездами, астрономы могут предсказать, что произойдет со звездами. Астрофизики, такие как я и мои коллеги, могут сравнить наши прогнозы с наблюдениями, а затем определить возможные орбиты звезд и выяснить, есть ли у сверхмассивной черной дыры друг, который оказывает гравитационное влияние.

Используя хорошо изученную звезду, называемую S0-2, которая обращается вокруг сверхмассивной черной дыры, лежащей в центре нашей галактики каждые 16 лет, мы уже можем исключить идею, что существует вторая сверхмассивная черная дыра с массой, превышающей 100 000 масс нашего Солнца. Если бы был такой «друг», то я и мои коллеги обнаружили бы его влияние на орбиту звезды SO-2.

Сверхмассивные черные дыры в последнее время привлекают большое внимание. В частности, недавнее изображение такого гиганта в центре галактики как M87. Это открытие открыло новое окно для понимания физики за черными дырами.

Близость галактического центра Млечного Пути - всего в 24 000 световых лет - создает уникальную лабораторию для решения проблем фундаментальной физики сверхмассивных черных дыр. Например, такие астрофизики, как я, хотели бы понять их влияние на центральные области галактик и их роль в формировании и эволюции галактик. Обнаружение пары сверхмассивных черных дыр в центре галактики будет указывать на то, что Млечный Путь слился с другой, возможно, меньшей галактикой в прошлом.

Это еще не все, что может сказать нам наблюдение за окружающими звездами. Измерения звезды S0-2 позволили ученым провести уникальную проверку общей теории относительности Эйнштейна. В мае 2018 года S0-2 приблизился к сверхмассивной черной дыре на расстоянии, примерно в 130 раз превышающем расстояние Земли от Солнца. Согласно теории Эйнштейна, длина волны света, излучаемого звездой, должна растягиваться, когда она поднимается из глубокой гравитационной ямы сверхмассивной черной дыры.

Длина волны растяжения, предсказанная Эйнштейном, которая делает звезду более красной, была обнаружена и доказывает, что теория общей теории относительности точно описывает физику в этой крайней гравитационной зоне. Я с нетерпением жду второго ближайшего приближения S0-2, которое произойдет примерно через 16 лет, потому что такие астрофизики, как я, смогут проверить больше предсказаний Эйнштейна об общей теории относительности, включая изменение ориентации удлиненной орбиты звезд, Но если у сверхмассивной черной дыры есть друг, то это может изменить ожидаемый результат.

Наконец, если две массивные черные дыры вращаются вокруг друг друга в центре галактики, как предполагает моя команда, возможно, они будут излучать гравитационные волны. С 2015 года обсерватории LIGO-Virgo регистрируют излучение гравитационных волн от сливающихся черных дыр звездной массы и нейтронных звезд. Эти новаторские открытия открыли новый способ для ученых ощутить вселенную.

Любые волны, испускаемые нашей гипотетической парой чёрных дыр, будут на низких частотах, слишком низких, чтобы детекторы LIGO-Virgo могли их воспринимать. Но запланированный космический детектор, известный как LISA, может обнаружить эти волны, что поможет астрофизикам выяснить, является ли наша черная дыра в центре галактики одинокой или имеет друга.


(Добавил: Nikola)

комментарии
1
BlackHole18 · 23-12-2019

Да, да там точно есть друг(компаньон). И Смадар Навоз точно скоро получит Нобелевку, так как давно и тщательно изучается расформированная планетная система, на некотором расстоянии, с центром где происходит рождения новой звезды на свет. Вернее она родилась уже и вращается вместе с родителем, а не с другом. /ятд/

2
puzzler84 · 23-12-2019

«Почти каждая галактика, входящая в состав нашего Млечного Пути, имеет в своем сердце сверхмассивную черную дыру с массами от миллионов до миллиардов масс нашего Солнца.»
Это как?
Наш Млечный Путь и есть галактика. Наверное имеется ввиду Местная группа галактик.

3
paragonn2290 · 23-12-2019

Этот Смадар Навоз хороший сказочник и придумщик. Одной чёрной дыры ему показалось мало. Добавил ещё одну, чтобы скучно не было. Кто таких чудаков к телескопам допускает?

4
Nablydatel134 · 23-12-2019

Я считаю что у друга имеется подруга. В крайней мере - спутник.:-)
.
Это я о другой - теории...

5
nick_s102 · 24-12-2019

Nablydatel, "..Я считаю что у друга имеется подруга. В крайней мере - спутник.."
--
Ваша шутка не далека от истины. ))
Гигантские эфирные торсионы бывают двух полярностей (полов). Соответственно их (торсионов) взаимодействие имеет гендерную природу.
При совпадении полярностей складываются отношения дружеские, при различии полярностей - любовные...)))
А еще они могут дружить семьями... Какой вариант реализован в данном случае пока не понятно.

6
Starlight99 · 24-12-2019

Вот так, оказывается, углубление в астрономию помогает лучше понимать психологию семейных отношений! )
В целом неплохая науч-поп статья получилась у этого Наоза. Почаще бы подобное здесь публиковали, разбавляя сухие официозно-цифирьные и малопонятные домохозяйкам вроде меня научные исследования, тем более, что многие из них "исследованиями" язык не поворачивается назвать.

7
Geozlodey256 · 24-12-2019

Интересно, можно ли регистрировать современными гравитационными методами поглощение сверхмассивной ЧД одиночной звезды солнечной массы?

8
viktorchibis85 · 24-12-2019

Что-то часто стали намекать на возможное отклонение S0-2 от расчетной траектории по ОТО. То кротовую нору в Стрельце обнаружить собираются, то вот друга.
И к чему бы это?

9
dilettant163 · 24-12-2019

Вангую!
Через 16 лет SO-2 не окажется точно в том месте, где её расчитывают увидеть астрономы.
Через 16 лет мы услышим очередные "старые сказки о главном" и просьбы подождать ещё 16 лет для более точного уточнения (вставить нужное слово).
Через 16 лет Шаназар всё так же будет вещать о том, какие астрономы тупые и не видят дальше собственного носа.
Через 16 лет "альтернативщики" всё ещё будут спорить, чья теория более правильная, а Альберт Великий всё так же издевательски будет показывать нам язык.

10
BlackHole18 · 24-12-2019

dilettant, я не Вангую, потому что точно знаю, когда и как рождается звезды и планеты (атом водорода в том числе), например в нашей системе. Думаю, что через 16 лет всё изменится, во всяком случаи, надеюсь на то.

11
dilettant163 · 24-12-2019

Шаназар, помню, помню. Или ишак сдохнет, ну, или падишах. А что у вас есть новенького? А то ваши бесконечные мантры уже перестали будоражить даже самые неокрепшие умы, не порали расшевелить это застоявшееся болото? 😀

12
Leonid3183 · 24-12-2019

Geozlodey2, мощность гравитационных волн (как и других колебаний) пропорциональна частоте.
При слиянии ЧД звёздных масс один оборот на последних этапах слияния они делают за тысячные и сотые доли секунды и выделяется большая энергия, которая может фиксироваться существующими датчиками (4 км у LIGO) на расстояниях в сотни миллионов -- миллиарды световых лет.
А вот при вращении вокруг СМЧД по орбите с радиусом в десятки миллионов км время оборота от несколько минут до часов, энергии выделяется на 4-6 порядков меньше и даже с расстояния до центра нашей галактики чувствительности может не хватить. Кроме того стабильность условий в датчиках в течении нескольких минут -- часов поддержать гораздо труднее, что также накладывает ограничения.
Ждём будущих инструментов вне Земли :-))

13
BlackHole18 · 24-12-2019

/// А что у вас есть новенького?///.

dilettant, на примете есть одна новенькая. Но для здешних она может быть просто уродиной. Я вроде для себя раскрыл тайну календаря Майя, но ещё очень сыровато, надо обработать. После этого, даже вы поверите, что наша звезда живет на стадии звезды, всего несколько десятка тыс.лет.

14
itatel109 · 24-12-2019

paragonn22: у М31 нашли же две близкорасположенные ЧД почему бы в МП такого быть не может

15
dengess1-6 · 24-12-2019

BlackHole © "dilettant, я не Вангую, потому что точно знаю, когда и как рождается звезды и планеты"..."Я вроде для себя раскрыл тайну календаря Майя"
Наш акушер лично роды принимает. Знает, что говорит. Календарь ведёт. Не поспоришь. [:-)

16
Pourquoi57 · 24-12-2019

Leonid, Извините за назойливость, но крайне любопытно,если Вы расшифруете более подробно : ///мощность гравитационных волн (как и других колебаний) пропорциональна частоте///
это утверждение для эл.-магнитных волн не вызывает возражений, но например для простых звуковых, мощность волн не в последнюю очередь определяется амплитудой колебаний, что касается гравитационных волн, то здесь примитивно говоря частота встряхивания пространства или размах смещения оного, что важнее? Если понимаете механизм излучения поясните неразумным.

17
dengess1-6 · 24-12-2019

Как мне кажется, массы сливающихся объектов задают амплитуду ГВ, а скорость вращения частоту.
имхо.

18
Leonid3183 · 24-12-2019

Pourquoi, даже в звуке при ОДИНАКОВОЙ амплитуде колебаний мощность (энергия на единицу площади) пропорциональна частоте, К примеру при выполнении высококачественных усилителей "низкой частоты" для улучшения звучания применяется разделение всей слышимой полосы звука (16 -- 20000 Гц) на несколько полос, скажем все 100 Вт на 16--200, 200--800, 800--2000, 2000--20000 [Гц] получится 43, 14, 9, 34 [Вт] для ОДИНАКОВОЙ громкости, т. е. чем ниже частота, тем бОльшую амплитуду надо подавать для получения линейной характеристики.
Мощность гравитационной волны пропорциональна произведению масс, и обратно пропорциональна РАДИУСУ кривизны траектории, что для движения по окружности (а ведь тела кружатся в вальсе перед столкновением) равнозначно ОБРАТНО пропорциональна периоду или ПРЯМО пропорциональна частоте. Орбитальные скорости танца определяются законом Ньютона с небольшими поправками на ОТО.

19
paragonn2290 · 24-12-2019

"у М31 нашли же две близкорасположенные ЧД"
__________________________________________________
В галактике М31 есть сомнительное двойное ядро, но ничего не известно про две чёрные дыры.

20
Pourquoi57 · 24-12-2019

Leonid3, Спасибо, за ответ, но мне всегда трудно понять что-то, пока я не смогу себе представить ясно картину процесса(уж извините), как в том старом анекдоте про совокупление черепах. Т.е. вопрос:пространство как бы выписывает (повторяет движения) "танцующих" (ваше сравнение) масс? или когда они сливаются и получается как падение булыжника в воду и расходящиеся колебания(рябь) пространства?
Что касается вашего пояснения о связи мощности и частоты в звуковой аппаратуре, то я думаю, что также играет роль, тот факт ,что низкие частоты эффективно излучаются большими по размерам (ниже собственная частота) динамиками, которые требуют для их раскачки больших мощностей.

21
Pourquoi57 · 24-12-2019

dengess, А как Вы считаете излучение грав.волны это миг слияния или весь танец после начала сближения. Я лично думаю,что первое, так как видел картинку зарегистрированной волны(хотя в достоверности ее регистрации у меня по-прежнему есть сомнения) там длительность пика очень маленькая, а сближаются они наверное достаточно долго. Либо детектор регистрирует часть спектра и на максимальной амплитуде?

22
Leonid3183 · 24-12-2019

Pourquoi, по звуку (про размеры динамиков мы не говорим, ваше предположение не соответствует действительности, вы, наверное не меломан):
Представьте две пружинки разной жёсткости и на них подвешены два одинаковых грузика. Вы потянули за грузики на 1 см вниз и отпустили. ОДИНАКОВЫЕ грузики начали качаться верх - вниз, с одинаковой амплитудой 1 см, но с разным периодом, соответственно с разной скоростью и скорость больше, а значит и энергия, у грузика на жёсткой пружине. Оно и понятно, чтобы растянуть эту пружину, вы приложили бОльшую силу, совершили бОльшую работу, т. е. придали бОльшую энергию.
Теперь по гравитационным волнам:
Найдите в википедии картинку первого случая обнаружения -- под названием GW150914 (чтобы мы смотрели на одну и туже картинку).
Смотрим -- до 0.29 сек сигнал тонул в шумах. От 0.29 сек до 0.34 сек первый видимый оборот, и увеличение пиков амплитуды с 0.1 до 0.25 *10^-21 [м/м], второй оборот 0.38 сек и увеличение амплитуды до 0.5, третий оборот 0.41 сек, амплитуда до 0.8--0.9, и последний оборот 0.41 сек амплитуда больше 1.0.
Делаем вывод -- чем больше частота (меньше период оборота), тем больше энергия гравитационных волн.

23
Leonid3183 · 24-12-2019

Последний оборот: 0.42(5) сек (очепятка)
:-))

24
dengess1-6 · 25-12-2019

Pourquoi © "А как Вы считаете излучение грав.волны это миг слияния или весь танец после начала сближения. "
- Если масса движется, то и ГВ излучает неизбежно. Чем ближе "танцоры", тем энергичнее волна. В момент столкновения - пик, который регистрируют детекторы + пару последних "калесита", если чувствительности детектора хватит.

25
Pourquoi57 · 25-12-2019

Leonid3 Спасибо за ссылку, очень информативная, правда не могу вообразить такую скорость обращения космических обЪектов.
Что касается музыки, то музыку люблю и нигде не отрицал зависимость мощности колебаний от частоты (в Вашем примере про грузики, так и вовсе энергия колебаний пропорциональна КВАДРАТУ частоты), но я ведь позволил себе заметить, что и амплитуда имеет значение.
Кстати, даже в той заметке из Вики, к которой Вы меня направили указано, что оценку мощности проводили на основании масс столкнувшихся черных дыр (откуда они их знали????) и амплитуды зарегистрированных колебаний.

26
Leonid3183 · 25-12-2019

"..откуда они их знали.." (с)Pourquoi
Так из этой картинки и узнали!
Вооружившись калькулятором и открыв картинку в Paint (настоящие программеры рисуют только в Paint!) начинаем проверку правдивости этих большеголовых :-)
Для начала вспоминаем сэра Ньютона: первая космическая для любого тела меньше второй космической в корень из "2", для ЧД на уровне горизонта ~211985 км/сек, а радиус горизонта ЧД 2,9566 км/солнечную массу. Кроме того понимаем, что время между пиками амплитуды на рисунке соответствует половинке оборота (за один оборот получается два положительных горба и два отрицательных -- два таких положений тел ":" и два таких "..").
Измеряем мышкой на рисунке расстояние между последним справа пиком и маленьким пичком за ним -- это время начала слияния и почти закончившимся слиянием, здесь дыры соприкоснулись горизонтами и начали сливаться успев сделать пол оборота. У меня получилось время 0.0027 секунды. За это время они со скоростью 211985 км/сек пролетели по орбите 572 км, отсюда радиус орбиты 572/3.14 = 182 км, а это сумма радиусов двух ЧД и их суммарная масса равна 182/2.9566 = 61.6 солнечных. Почти совпадает с озвученными, не обманули!
Для вычисления массы каждой ЧД измеряем мышкой соседние пики, здесь положение ЧД одинаковое, но они поменялись местами. У меня получилось в среднем 61:53, делим общую массу в таком отношении, получилось 33 и 28,6 солнечных, тоже почти совпадает, опять не обманули! Надо сказать, что у них-то не графики, а цифры более точные, чем можно измерить на этих рисунках.
Для подсчёта мощности общей и для каждого отрезка времени вспоминаем опять сэра Ньютона и работу в гравитационном поле по формуле:
A = G*M1*M2*(1/R2 - 1/R1)
Чтобы определить направление на источник надо сравнить амплитуды колебаний по двум плечам (они перпендикулярны друг другу) и по получится угол под которым приходят волны к датчикам, этот угол даст плоскость, вырезающую на небесной сфере окружность возможных направлений. Второй датчик, расположенный более чем в тысяче км от первого даст ещё одну окружность (на тот момент европейский инструмент не работа) и в точках пересечений и будет находиться источник. С тремя инструментами из двух точек останется одна.

27
Pourquoi57 · 25-12-2019

Leonid3 Как теперь говорят - респект и уважуха !!! Супер доходчиво, а главное как то Вы обошлись без искривлений пространства и гравитационных колодцев.... Единственно я не понял ///отсюда радиус орбиты 572/3.14 = 182 км, а это сумма радиусов двух ЧД ///
Т.е по Вашим выкладкам оба этих объекта (дыры?) вращаются таким образом, что центр их вращения совпадает с центром одной из дыр, а в чем преимущество одной перед другой? Я думал они вращаются вокруг общего центра масс, и тогда радиус орбиты - это примерно радиус одной дыры (грубо, если они примерно равны) ?

28
Leonid3183 · 25-12-2019

Pourquoi, конечно ЧД вращаются вокруг общего центра масс и соприкасаются горизонтами когда между их центрами расстояние равно сумме горизонтов событий, а так как горизонты ~3км*M1 + ~3км*M2 = 3км*(суммарную массу). Относительно удалённого наблюдателя (нас с вами) каждая имеет скорость гораздо меньшую, но в сумме, относительно друг друга в момент соприкосновения относительная скорость точно равна световой делённой на корень из двух или 212 тыс. км. Расчёт можно вести и по отдельности "издалека", подсчитав предварительно отношение масс, и поместив начало координат (вместе с наблюдателем :-)) в центр одной из них, результат от этого не изменится.

29
Pourquoi57 · 25-12-2019

Leonid3, Спасибо, попробую разобраться! Вас этим не удивишь, но перечислил Вам плюс!

30
Pourquoi57 · 25-12-2019

Leonid3,Можно уточнить ? М1 и М2 это отношения масс дыр к массе Солнца?
Еще извините, выгляжу идиотом, но не смог перечислить плюсик, вхожу в Вашу аватарку и жму наверх и ничего, а до этого, я также Вам добавлял и у меня получалось! Х.З. почему, попробую позже!

31
Leonid3183 · 25-12-2019

Pourquoi, да, конечно, но можно и в СИ: Rг=2*G*m/c2 = 1,48E-27*m, где Rг измеряется в метрах, а m в килограммах, масса Солнца 1,991E+30 кг.
В правилах, насколько помню, ограничение на количество ++ подряд, ну как в конституции по срокам. Да Бог с ними, мне же не 15 лет чтобы "лайки" коллекционировать :-)))

написать комментарий наверх
Для добавления комментария необходимо зарегистрироваться, а затем войти на сайт используя свой логин и пароль.

Если Вы уже зарегистрировались, но забыли пароль - воспользуйтесь нашим разделом восстановления пароля.

© 2002-2024. Все права защищены. AstroNews.ru | Перепечатка любых материалов сайта без разрешения редакции запрещена!