Самым известным в массовой культуре изображением черной дыры стал образ Гаргантюа в том же "Интерстелларе". «Первичная черная дыра субсолнечной массы, проходящая через нейтронную звезду, может потерять достаточно энергии из-за взаимодействия с плотной звездной средой, чтобы стать гравитационно связанной со звездой. Сверхмассивная чёрная дыра или плохо сфотографированный глазированный пончик Krispy Kreme?
Наука и магия Интерстеллара, или почему фильм Криса Нолана является научной фантастикой
Однако нашли нечто совершенно другое и неожиданное. Парадоксально, но «дыры мироздания», не отпускающие от себя свет, оказались самыми мощными источниками света во Вселенной. В 1963 году Мартин Шмидт открыл квазары, которые в телескоп выглядят как очень слабые звездочки. Вскоре оказалось, что эти скромные огоньки отстоят от нас на расстояния, сравнимые с масштабами видимой Вселенной.
А значит, их реальная светимость — десятки и сотни триллионов солнц. И вся эта мощь генерируется в радиусе всего нескольких световых дней. Для сравнения: в нашей Галактике всего несколько сотен миллиардов звезд, а ее диаметр составляет сто тысяч световых лет.
Что же представляют собой эти чудовищные светильники? Почти сразу после открытия квазаров Игорь Новиков, Яков Зельдович и Эдвин Солпитер предложили гипотезу, которая сегодня считается установленным фактом: квазары — это сверхмассивные черные дыры, на которые падает плотный поток вещества. Так можно называть черные дыры с массой больше миллиона солнечных.
Разумеется, такие гиганты не образуются из звездных остатков по тому единственному механизму, который к этому моменту предложили астрофизики, — настолько больших звезд не бывает. Механизм их образования неизвестен до сих пор. Как черная дыра, космическая невидимка, превращается в пылающий маяк, видимый через всю наблюдаемую Вселенную?
Все дело в падающей на нее материи. Гравитация закручивает это вещество в диск, вращающийся вокруг своего сверхмассивного хозяина с огромной скоростью вблизи горизонта событий она сравнима со световой. Трение разогревает его до сотен миллионов градусов.
Каждый килограмм вещества, попавший в эту адскую топку, дает огромную энергию — порядка десяти процентов от сакраментального «эм цэ квадрат», теоретического предела, который вообще можно выжать из материи. При этом материя раскаляется задолго до того, как пересечет горизонт событий, потому испущенные ею лучи и достигают земных телескопов. Далеко не каждая черная дыра настолько плотно наедается веществом, чтобы стать квазаром, однако именно наблюдение за квазарами заставило задуматься о существовании таких дыр.
Говорит Алексей Старобинский: «Откуда берутся сверхмассивные черные дыры? Они могут, к примеру, возникать из начальных неоднородностей вещества на ранних стадиях эволюции Вселенной, в том числе и на инфляционной стадии. Я сам над этим работал, можно предложить механизмы, но проблема одна: доказать, что черная дыра, которую мы видим, действительно первичная, а не вторичная.
Это было бы легко сделать, если бы мы открыли черные дыры с массой меньше солнечной, потому что звездная эволюция ничего такого дать не может. Но этого пока нет, а потому такую гипотезу нельзя считать доказанной, хотя и нельзя отвергнуть». Сейчас астрономы считают, что сверхмассивная черная дыра есть в центре каждой крупной галактики.
Именно такой объект и стал первой официально признанной черной дырой. Этот компактный и очень яркий источник разных излучений, от радиоволн до рентгеновских лучей, был открыт Брюсом Баликом и Робертом Брауном в 1974 году. Рассказывает Алексей Старобинский: «Увидели это дедовским способом, так же, как за 300 лет до этого измерили массу Солнца: путем наблюдения за орбитами небесных тел.
За ее движением наблюдали две группы астрономов, которые возглавляли Райнхард Генцель и Андреа Гез. Генцель смотрел 27 лет, Гез — 22 года. За это время звезда совершила почти полтора оборота по орбите.
При этом радиус горизонта для объекта такой массы очень должен быть очень велик и составлять 0,1 астрономической единицы». Объект таких размеров и такой массы, 4 миллиона солнечных, не может быть ничем иным, как черной дырой. В 2008 году обе группы астрономов сообщили об этом в статьях, а в 2020-м Генцель и Гез удостоились за свою работу Нобелевской премии, которую они и разделили с Пенроузом.
Читайте также Может ли черная дыра уничтожить Землю? Наши ближние Существование черных дыр в миллионы и миллиарды звездных масс ниоткуда не следовало, однако они, как оказалось, есть в каждой галактике. Но как же быть с «обычными» дырами, про которые астрофизики, по крайней мере, знали, откуда они могли бы взяться?
Их открытие принесла, едва зародившись в середине 1960-х, рентгеновская астрономия. Объясняет Алексей Старобинский: «Рентгеновские источники стали первыми кандидатами в черные дыры. Откуда берется это рентгеновское излучение?
Это объекты в составе двойных звездных систем — массивная звезда и черная дыра, вращающиеся вокруг друг друга. Звездное вещество захватывается черной дырой, падает на нее, разогревается и светится в рентгеновском диапазоне.
Это происходит потому, что сингулярность, с которой придется столкнуться космическому кораблю, очень мягкая и может обеспечить очень спокойное прохождение. Причина, по которой это возможно, заключается в том, что соответствующая сингулярность внутри вращающейся черной дыры технически "слабая", и поэтому не повреждает объекты, которые с ней взаимодействуют. Сначала этот факт может показаться интуитивно понятным. Но можно представить его как аналог обычного опыта быстрого проведения пальцем по пламени свечи, температура которого составляет почти 2 000 градусов, и при этом не обжечься. Мы с моим коллегой Лиором Бурко исследуем физику черных дыр уже более двух десятилетий. В 2016 году моя аспирантка Кэролайн Мэллари, вдохновленная блокбастером Кристофера Нолана "Интерстеллар", решила проверить, сможет ли Купер герой Мэтью Макконахи выжить после падения в глубины Гаргантюа - вымышленной сверхмассивной, быстро вращающейся черной дыры, масса которой в 100 миллионов раз больше массы нашего Солнца.
Фильм "Интерстеллар" был основан на книге лауреата Нобелевской премии астрофизика Кипа Торна, и физические свойства Гаргантюа занимают центральное место в сюжете этого голливудского фильма. Даже не трясет? Она обнаружила, что при всех условиях объект, падающий во вращающуюся черную дыру, не будет испытывать бесконечно больших эффектов при прохождении через так называемую сингулярность внутреннего горизонта дыры.
Ясно, что, чем больше ящиков в системе, тем больше ее энтропия. Поэтому и говорят часто об энтропии как о мере неопределенности, ибо наши шансы "зафиксировать" шарик в конкретном ящике уменьшаются по мере увеличения их числа. Мы могли бы заменить шарики электронами, а ящики - вакансиями в твердом теле или даже какими-то абстрактными категориями , как, например, в теории информации , а понятие энтропии по-прежнему было бы применимо и полезно. Ранее считалось, что термодинамическая энтропия не может быть применима к черным дырам, но Бекенштейн и Хокинг показали, что это не так, при должном определении понятий T и S см. Его автор, Андрей, обратил внимание на несколько парадоксальных, по его мнению, аспектов физики ЧД: "Во всех книгах про черные дыры […] сказано, что время падения кого-либо чего-либо в черную дыру бесконечно в системе отсчета, связанной с удаленным наблюдателем. А время испарения черной дыры в этой же системе отсчета конечно, то есть тот, кто будет туда падать, не успеет этого сделать, потому что черная дыра уже испарится. Это прекрасная иллюстрация главной дилеммы научно-популярной литературы - пытаясь упростить изложение, авторы книг вынуждены поступаться уровнем математической строгости. Поэтому фраза, на которой Андрей базирует свои умозаключения, "время падения кого-либо чего-либо в черную дыру бесконечно в системе отсчета, связанной с удаленным наблюдателем", вообще говоря, неверна. На самом деле физически корректная формулировка выглядит так: "время падения кого-либо чего-либо в статическую черную дыру бесконечно в системе отсчета, связанной с удаленным статическим наблюдателем". Иными словами, ее применимость ограничена идеализированным случаем, когда характеристики дыры неизменны во времени то есть заведомо не тогда, когда она растет или испаряется , а любое падающее тело предполагается пробным, достаточно малым, чтобы пренебречь изменениями дыры, вызванными его падением. В тех же физических ситуациях, о которых говорит Андрей, как сама дыра, так и пространство -время в ее окрестности не могут считаться статическими. Вследствие этого статических по отношению к дыре наблюдателей как таковых просто не существует. Все наблюдатели движутся и все равноправны, а "время падения кого-либо чего-либо в черную дыру", измеренное по их часам, либо конечно в их системах отсчета, либо не определено например, когда наблюдатель находится вне светового конуса падающего на дыру тела. Вот таков краткий вариант ответа. Чтобы понять такие вещи на более глубоком уровне, необходим серьезный математический аппарат изложенный, например, в книге Хокинга и Эллиса : диаграммы Картера-Пенроуза, конформные отображения, топология многообразий и многое другое. Системы единиц В системах единиц физических измерений часть единиц принимаются за основные, а все остальные становятся производными от них. Так, например, в СИ основные единицы механики - метр, килограмм и секунда. А единица силы, ньютон, имеющая размерность кг. Размер основных единиц выбирается произвольно; их выбор определяет величину коэффициентов в уравнениях. Во многих областях физики удобнее пользоваться так называемыми естественными системами единиц. Система названа в честь немецкого физика Макса Планка, предложившего ее в 1899 году. Она используется в космологии и особенно удобна для описания процессов, в которых одновременно наблюдаются и квантовые, и гравитационные эффекты, например в теории черных дыр и теории ранней Вселенной. Поэтому и говорят, что тело находится в пределах светового конуса, или светоподобной гиперповерхности. Литература Грищук Л. Новиков И. Физика черных дыр. Рубаков В. Классические калибровочные поля. Хокинг С. Крупномасштабная структура пpoстранства-времени. Bekenstein J. Nuovo Cim. D 7, 2333 1973. Susskind L. Randall L. Zloshchastiev K. Bousso R. Maldacena J. Dimopoulos S. Arkani-Hamed N. B 429, 263 1998 ; I. Antoniadis, et al, Phys. B 436, 257 1998. Темная Вселенная. Николаев Г. Черные дыры Вселенной.
Камера движется вокруг Гаргантюа против часовой стрелки. Можно здорово вникнуть в гравитационную линзу, если самостоятельно пройтись по этим картинкам одной за другой. Отметьте: настоящее направление на звезду - вверх и вправо посмотрите на внешние концы красных лучей. Камера и начало каждого луча указывают на изображение звезды. Десятое изображение совсем рядом с левым краем тени, а правое вторичное изображение - рядом с правым краем; сравнивая направления камеры для этих изображений, мы видим, что тень занимает дугу около 150 градусов в направлении вверх. Это несмотря на то, что настоящее направление от камеры к центру Гаргантюа - влево и вверх. Линза сместила тень относительно настоящего положения Гаргантюа. Лучи света, которые несут изображения звезд на кончиках голубых стрелок. Пол вывел меня на связь с командой Интерстеллара, которую он собрал в студии по визуальным эффектам Double Negative в Лондоне. Я вошел в раж, тесно работая с Оливером Джеймсом, главным ученым. Мы с Оливером разговаривали по телефону и по Скайпу, обменивались электронными сообщениями и файлами и встречались лично в Лос-Анджелесе и в его офисе в Лондоне. У Оливера ученая степень по оптике и атомной физике, и он понимает законы теории относительности Эйнштейна, так что мы говорили на одном и том же техническом языке. Некоторые из моих коллег-физиков уже делали компьютерные модели того, что увидит наблюдатель, находясь на орбите черной дыры или даже падая в нее. Эндрю создал видео о черных дырах, которое показывают в планетариях по всему миру, а Ален смоделировал черные дыры, которые вращаются очень-очень быстро, как Гаргантюа. Так что первоначально я собирался свести Оливера с Аленом и Эндрю и попросить их предоставить ему необходимые входные данные. Несколько дней мне было неуютно от этого решения, а потом я передумал. В течение своей полувековой карьеры физика я прикладывал огромные усилия, совершая новые открытия сам и воспитывая студентов, совершавших новые открытия. Почему бы, для разнообразия, не сделать что-нибудь просто потому, что это весело, спросил я себя, даже если другие уже делали это до меня? И это было весело. И к моему удивлению, побочным продуктом это привело скромно к новым открытиям. Эти уравнения рассчитывают траектории световых лучей, начинающихся от некоторого источника света, к примеру, от далекой звезды, и движущихся сквозь искривленное пространство Гаргантюа к камере. Из этих лучей света мои уравнения затем рассчитывают видимые камерой изображения, учитывая не только источники света и искажение пространства и времени Гаргантюа, но и движение камеры вокруг Гаргантюа. Получив эти уравнения, я сам опробовал их с помощью дружелюбного программного обеспечения под названием Mathematica. Я сравнивал изображения, создаваемые моим компьютерным кодом Mathematica, с изображениями Алена Riazuelo, и когда они согласовались, я возликовал. Затем я написал подробные описания своих уравнений и отправил их Оливеру в Лондон, вместе с моим кодом Mathematica. Мой код был очень медленным и имел низкое разрешение. Задачей Оливера было перевести мои уравнения в компьютерный код, который мог бы создать необходимые для фильма изображения IMAX сверхвысокого качества. Мы с Оливером делали это пошагово. Мы начали с невращающейся черной дыры и неподвижной камеры. Затем мы добавили вращение черной дыры. Затем добавили движение камеры: сперва движение по круговой орбите, а затем падение в черную дыру. А затем мы переключились на камеру, вращающуюся вокруг кротовой норы. В этом месте Оливер поразил меня как громом среди ясного неба: чтобы смоделировать самые утонченные эффекты, ему понадобятся не только уравнения, описывающие траектории световых лучей, но еще и уравнения, описывающие, как поперечное сечение пучка света меняет размер и форму, проходя через кротовую нору. Я более или менее знал, как это сделать, но уравнения были ужасно запутанны, и я боялся наделать ошибок. Так что я поискал техническую литературу, и обранужил, что в 1977 году Serge Pineault и Rob Rouber из Университета Торонто получили необходимые уравнения в почти нужной мне форме. После трехнедельной борьбы с собственной глупостью я привел их уравнения точно в нужную форму, выразил их в Mathematica и расписал Оливеру, который включил их в собственный компьютерный код. В конце концов, его код смог создать качественные изображения, необходимые для фильма.
Что не так с «Интерстелларом» — взгляд физика
3. Черные дыры и сингулярности. В научно-фантастической литературе и фильмах черная дыра обычно представляется этаким космическим Гаргантюа, безжалостно пожирающим пролетающие корабли с отважными блондинками и даже целые планеты. По расчетам, черная дыра в тысячи раз больше, чем в Млечном пути, и насчитывает не 0,1% от массы балджа галактики, а все 59%. Forwarded from ДПС контроль Благовещенск (@dpskontrol_28rus) Сканер портамур амурлайф новости ДТП аварии autoroadblg народный. В Белогорске автомобиль засосало в Гаргантюа (черную дыру). Невероятное приключение автомобиля на ул. Гастелло.
Фильм «Интерстеллар» секрет концовки раскрыли спустя 9 лет
Не забывайте делиться своими впечатлениями и оценками, и не пропускайте другие качественные изображения, которые мы предлагаем: Милые обои на ватсап , Темние обои на телефон в разделе Обои. Давайте вместе окунемся в праздничную атмосферу и насладимся этой коллекцией!
Черная дыра Гаргантюа использовалась для гравитационного маневра, чтобы облегчить прибытие Брэнда на планету Эдмундса, поскольку у Endurance не было достаточно топлива, чтобы добраться до Эдмундса самостоятельно. Гаргантюа также доставила Купера и робота TARS к тессеракту , что позволило им увидеть сингулярность черной дыры и передать квантовые данные дочери Купера с помощью кода Морзе. Предположительно, Гаргантюа находится в центре галактики или недалеко от него. Из-за наличия большого количества нейтронных звезд и IMBH черных дыр промежуточной массы это могла быть сверхмассивная черная дыра домашней галактики. Сценарий 2008 года Названия нейтронной звезды и черной дыры, скорее всего, взяты из «Жизни Гаргантюа и Пантагрюэля», пентологии романов, написанных в XVI веке Франсуа Рабле и повествующих о приключениях двух гигантов: Гаргантюа и его сына Пантагрюэля.
Везде вы видите их движение: медленное вдали от дыры и все более быстрое по мере приближения к ней. Это напоминает падение воды в Ниагарском водопаде за исключением того, что атомы падают не только с востока, но и с запада, севера, юга, сверху и снизу — отовсюду. Если вы ничего не предпримете, то тоже окажетесь втянуты внутрь. Итак, вам предстоит с величайшей осторожностью перевести звездолет с траектории свободного падения на круговую орбиту вокруг черной дыры подобную орбитам искусственных спутников, вращающихся вокруг Земли так, чтобы центробежная сила вашего орбитального движения компенсировала силу притяжения черной дыры. Почувствовав себя в безопасности, вы включаете двигатели корабля и готовитесь к изучению черной дыры. Прежде всего, в телескопы вы наблюдаете электромагнитное излучение, испускаемое падающими атомами водорода. Вдали от черной дыры они настолько холодные, что излучают лишь радиоволны. Но ближе к дыре, там, где атомы падают быстрее, они время от времени сталкиваются между собой, нагреваются до нескольких тысяч градусов и начинают излучать свет. Еще ближе к черной дыре, двигаясь гораздо быстрее, они разогреваются за счет столкновений до нескольких миллионов градусов и испускают рентгеновское излучение. Наблюдая это излучение, приходящее из окрестностей черной дыры, вы вспоминаете, как искали черные дыры с Земли: советские астрофизики Я. Зельдович и И. Новиков в 60-х годах предсказали, что, падая на черную дыру, газ будет испускать мощное рентгеновское излучение. В 1972 г. Джиаккони зарегистрировал рентгеновское излучение, приходящее от объекта Лебедь X-1, подтвердив тем самым предсказание Зельдовича и Новикова и классифицировав этот объект как черную дыру, находящуюся на расстоянии 14 тыс. Направляя свои телескопы «внутрь» и продолжая приближаться к черной дыре, вы «увидите» гамма-лучи, испускаемые атомами водорода, нагретыми до еще более высоких температур. И наконец, в самом центре вы обнаружите темный диск самой черной дыры. Следующий ваш шаг — тщательно измерить длину орбиты корабля. Это приблизительно 1 млн км, или половина длины орбиты Луны вокруг Земли. Затем вы смотрите на далекие звезды и видите, что они перемещаются, подобно вам. Наблюдая за их видимым движением, вы выясняете, что вам необходимо 5 мин 46 с, чтобы совершить один оборот вокруг черной дыры. Это и есть ваш «орбитальный период». Зная период обращения и длину своей орбиты, вы можете рассчитать массу черной дыры. При этом вы пользуетесь тем же методом, что и Исаак Ньютон, вычисливший в 1685 г. Применяя эти физические законы к вашей собственной орбите, вы получаете, что масса черной дыры Гадес в 10 раз больше солнечной 10 Mслн. Это, no-существу, полная суммарная масса, скопившаяся в черной дыре за всю ее историю и включающая массу звезды, в результате коллапса которой около 2 млрд лет назад образовалась черная дыра, массу всего межзвездного водорода, втянутого в нее с момента ее рождения, а также массу всех астероидов и заблудившихся звездолетов, упавших на нее. Отправляясь в путешествие, вы детально изучили свойства черных дыр. Как доказали в 70-е годы английский и канадские астрофизики С. Хокинг, В. Израэл и Б. Картер, использовавшие представления общей теории относительности ОТО Эйнштейна, черная дыра — это удивительно простой объект. Все его свойства — сила гравитационного притяжения, отклоняющая световое излучение звезд, а также форма и размер ее поверхности—определяются лишь двумя числами: массой дыры которую вы уже знаете и моментом количества движения. Этот момент — мера того, как быстро дыра вращается вокруг собственной оси. Вращаясь, она создает в пространстве вокруг себя некий вихрь, закручивающий все, что попадает внутрь дыры. Падая, некоторые водородные атомы межзвездной среды кружатся по часовой стрелке, а другие — в противоположном направлении. В результате они могут сталкиваться между собой, но в среднем падают в дыру отвесно «вертикально» , то есть в радиальном направлении, не вращаясь. И вы приходите к выводу, что эта черная дыра с массой 10 Mслн едва ли вращается вообще — ее момент количества движения близок к нулю. Зная массу и момент количества движения, можно теперь, пользуясь формулами ОТО, рассчитать все свойства, которыми должна обладать черная дыра. Наиболее интересны свойства ее поверхности, или горизонта — границы, из-за которой все, что падает в дыру, уже не может вернуться; границы, из-за которой не выбраться звездолету и даже любому виду излучения: радиоволнам, свету, рентгеновским или гамма-лучам. Поскольку эта дыра не вращается, ее горизонт имеет форму сферы, длина большой окружности которой при массе 10 Mслн составляет 185 км, что равно, например, периметру Лос-Анджелеса. Эта величина ничтожна по сравнению с длиной вашей орбиты 1 млн км. И тем не менее в столь крошечный объем втиснута масса вдесятеро больше солнечной! Но насколько позволяют судить ваши наблюдения, она сотворена из вакуума — пустоты. Снаружи от горизонта вещества нет вовсе, если не считать атомов водорода, падающих в дыру из межзвездного пространства, и вашего корабля. И так как они никогда больше не появятся и не передадут никакой информации наружу, вы можете полагать в своих дальнейших расчетах, что они полностью исчезли из нашей Вселенной. Единственное, что после них осталось,— сильное гравитационное притяжение, которое влияет на вашу орбиту так же, как и до коллапса, и которое на сфере с экватором длиной 185 км становится столь огромным, что преодолевает любое сопротивление и, тем самым, создает горизонт. Однако вас уже предупредили, что не следует доверять подобным вычислениям по двум причинам. Во-первых, чудовищное гравитационное поле черной дыры полностью искажает геометрию пространства возле нее: у горизонта диаметр круга может быть гораздо больше, чем отношение длины окружности к числу я. Во-вторых, понятие диаметра имеет смысл лишь тогда, когда вы его можете измерить. Но чтобы измерить диаметр горизонта черной дыры, вам придется проникнуть внутрь него, а очутившись там, вы никогда не сможете вернуться в нашу Вселенную. Вам не удастся даже передать результаты своих измерений на Землю — сигналы не выйдут за горизонт из-за неумолимого тяготения. Но тут же вы вспоминаете, что, хотя снаружи черная дыра чрезвычайно проста, о ее внутренности этого сказать нельзя. Хотя по массе и моменту количества движения черной дыры вы в состоянии вычислить все ее свойства снаружи, вы не можете ничего узнать о ее внутренности. Она может иметь неупорядоченную структуру и быть сильно несимметричной. Все это будет зависеть от деталей коллапса, в результате которого образовалась черная дыра, а также от особенностей последующего втягивания межзвездного водорода. Так что диаметр дыры просто нельзя рассчитать на основе той убогой информации, которая имеется в вашем распоряжении. Получив эти результаты, вы можете исследовать окрестности горизонта черной дыры. Не желая рисковать человеческой жизнью, вы отправляете десятисантиметровый робот по имени R3D3 со встроенным передатчиком, который должен передать результаты своих исследований на корабль. Робот получает довольно простое задание: с помощью ракетного двигателя он должен сойти с круговой орбиты вашего звездолета и начать падать к черной дыре. Падая, R3D3 будет передавать на корабль информацию о состоянии своих электронных систем и о пройденном расстоянии. Для этого может быть использован ярко-зеленый луч лазера. Вы рассчитываете принять лазерный сигнал, расшифровать его для определения состояния аппаратуры и пройденного расстояния, а также измерить цвет длину волны излучения. Вы знаете, что, хотя лазер все время испускает зеленый луч, вы будете видеть его все более красным по мере приближения робота к горизонту черной дыры. Отчасти излучение «покраснеет» за счет того, что ему придется затратить энергию на преодоление сильного гравитационного поля черной дыры, и отчасти — из-за доплеровского смещения, связанного с удалением источника излучения от вас. Измеряя «покраснение» лазерного излучения, вы сможете рассчитать скорость падения робота. Итак, эксперимент начинается. R3D3 сходит с круговой орбиты и падает по радиальной траектории. Как только он начинает падать, вы пускаете часы, по которым фиксируется время прихода лазерных импульсов. По истечении 10 с вы получаете от него сообщение, что все системы функционируют нормально и он уже опустился на 2600 км. Здесь и далее прим. Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт — на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость — 30 тыс. А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено — лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом. По мере того как возбуждение спадает и вы подавляете налет сожаления по поводу участи робота, ваше внимание вновь обращается к записанным данным. В них зафиксированы подробности изменения окраски лазерного излучения. Вы знаете, что свет представляет собой колебания электромагнитного поля и что каждый цвет характеризуется своей собственной длиной волны. Там, в записях — история этого удлинения. Из них следует, что пока R3D3 падал, длина волны принимаемого вами излучения сначала менялась очень медленно, а затем все быстрее и быстрее. Следует предположить, однако, что длина волны продолжала все так же удваиваться и после этого, так что после огромного числа удвоений длина волны стала бесконечной и возле горизонта все еще испускались чрезвычайно слабые и длинноволновые сигналы. Означает ли это, что R3D3 так и не пересек горизонт и никогда не сможет сделать этого? Вовсе нет. Эти последние сигналы с многократно удваивавшейся длиной волны будут бесконечно долго «выбираться» из «тисков» гравитационного поля черной дыры. Но слабые сигналы от него будут продолжать приходить, поскольку время их пребывания в пути оказалось бесконечно велико. Они — следы далекого прошлого. Подчеркнем, что реализовать такую систему отсчета на самом горизонте и внутри него невозможно. Поэтому никаких нарушений принципа причинности, конечно, не происходит. После многочасового изучения данных, полученных от робота, и продолжительного сна, необходимого для восстановления сил, вы приступаете к следующему этапу исследований. На этот раз вы решаете самостоятельно обследовать окрестности горизонта событий, правда, рассчитываете сделать это с большей предосторожностью, чем ваш посланник: вместо свободного падения к горизонту, вы собираетесь снижаться постепенно.
Еще не так давно считалось, что черная дыра уничтожает все, что затягивает внутрь себя. Хокинг же предположил, что черная дыра — дверь в альтернативную Вселенную. Так ли это? Ученым еще предстоит проверить. А пока мы узнаем у Кипа Торна, как же традиционная физика рассматривает это удивительное явление. Будет интересно! Светится ли черная дыра? Часть светящегося диска черной дыры Гаргантюа вблизи и пролетающий над ним космолет «Эндюранс». Светится не черная дыра, а диск вокруг нее, состоящий из раскаленного газа, который дыра «забирает» у звезд при помощи сил гравитации, когда разрывает их на части. Иллюстрация из книги «"Интерстеллар". Наука за кадром» Нет, в черной дыре нечему светиться, так как она состоит только лишь из искаженного времени и пространства — и больше ничего. В фильмах можно увидеть, что вокруг черных дыр есть сияющие диски, мерцания и лучи. На самом деле это звезды и туманности, свет которых дыра тоже искривляет — отсюда и причудливые световые узоры. Правда ли, что черная дыра искривляет время? Космический модуль «Рейнджер», идущий на снижение к планете Миллер.
Почему первое изображение черной дыры не похоже на то, что было в "Интерстеллар"
Её размер приблизительно пропорционален массе, а радиус такого гиганта охватывал бы орбиту Земли вокруг Солнца. Такие огромные чёрные дыры не являются фантастическим преувеличением, поскольку у нас есть наблюдательные данные, подтверждающие существование таких «монструозных» чёрных дыр в далеких галактиках Behemoth. Самой большой из обнаруженных на данный момент является чёрная дыра в галактике NGC 1277, находящейся в 250 миллионах световых лет от нас. Её масса может быть оценена в 17 миллиардов солнечных, а её размер сравним с орбитой Нептуна. Ещё одной важной характеристикой Гаргантюа является то, что это быстро вращающаяся чёрная дыра.
Все объекты во Вселенной, исключая саму Вселенную, имеют свойство вращаться. Естественно, что и чёрные дыры тоже вращаются, что описывается геометрией Керра. Последнее зависит от двух параметров: массы чёрной дыры М и момента количества движения J.
Поэтому космический корабль и все находящиеся на его борту люди не смогут его обнаружить. Важным моментом является то, что эти эффекты не увеличиваются беспредельно; фактически, они остаются конечными, хотя напряжения на космическом корабле имеют тенденцию к неограниченному росту по мере приближения к черной дыре. В контексте модели Мэллари есть несколько важных упрощающих предположений и вытекающих из них предостережений. Главное допущение заключается в том, что рассматриваемая черная дыра полностью изолирована и поэтому не подвержена постоянным возмущениям со стороны такого источника, как другая звезда в ее окрестностях или даже падающее излучение. Хотя это предположение допускает важные упрощения, стоит отметить, что большинство черных дыр окружены космическим материалом - пылью, газом, излучением. Поэтому естественным продолжением работы Мэллари было бы проведение аналогичного исследования в контексте более реалистичной астрофизической черной дыры. Подход Мэллари, заключающийся в использовании компьютерной симуляции для изучения влияния черной дыры на объект, очень распространен в области физики черных дыр.
Само собой разумеется, у нас пока нет возможности проводить реальные эксперименты в черных дырах или вблизи них, поэтому ученые прибегают к теории и моделированию, чтобы развить понимание, делая предсказания и новые открытия.
Стоит отметить, что агентство NASA рассказывает Куперу о том, что именно некие «неизвестные существа» открыли кротовую нору возле Сатурна для людей. Изначально предполагалось, что эти таинственные существа раскрыли тайны управления измерением и по неизвестной причине почему-то решили помочь человечеству. NASA в фильме «Интерстеллар» считало, что эти неизвестные сущности способно существовать в пятимерном пространстве, тогда как знания людей пока ограничиваются лишь трехмерным пространством. По итогу же оказалось, что этими таинственные существами являются сами люди из будущего, освоившие законы вселенной, позволяющие им манипулировать временем и пространством. Эти люди решили помочь человечеству в прошлом и построили массивный тессеракт, находящийся в пятимерном пространстве. Именно в него попадает Купер под конец фильма и помогает своей дочери Мерф построить теорию гравитационного движения благодаря данным собранным ТАРСом. Таким образом, получается, что люди из будущего помогли человечеству из прошлого, построив специальный тессеракт, в котором затем Купер оставил координаты для себя из прошлого, а затем переместился в будущее и помог свой дочери решить уравнение и воплотить в жизнь план «А». Также стоит отметить, что фильм «Интерстеллар» наполнен темами относительности пространства и времени.
А затем пучок пропадает: R4D5 ныряет под горизонт. Но ни разу в процессе своего падения он не регистрирует никаких изменений скорости света внутри спускаемого аппарата и не отмечает никаких отличий от физических законов, управляющих работой его электронных систем. Результаты этих экспериментов очень радуют вас. Еще в 1907 г. Эйнштейн выдвинул гипотезу базирующуюся в основном на философских соображениях , согласно которой законы физики должны быть одинаковы во Вселенной всюду и всегда, и это утверждение вскоре стало фундаментальным положением, получившим название «принципа эквивалентности Эйнштейна». В дальнейшем этот принцип не раз подвергался экспериментальной проверке, но никогда она не была столь наглядной и тщательной, как в вашем эксперименте в окрестностях горизонта Гаргантюа. Устав от десятикратных перегрузок, вы приступаете к подготовке следующего, завершающего этапа своего путешествия — к возвращению в свою Галактику — Млечный Путь.
Вы передаете детальный отчет о своих исследованиях в окрестностях Гаргантюа, и поскольку вскоре намереваетесь двигаться со скоростью, близкой к скорости света, ваше сообщение поступит в Млечный Путь менее чем на год раньше вас по земным часам. По мере удаления звездолета от Гаргантюа вы с помощью телескопа ведете тщательные наблюдения за квазаром 8C 2975. Его струи — длинные тонкие столбы горячего газа, выбрасываемые из ядра квазара,— имеют огромную длину 3 млн св. Направляя телескопы на ядро, вы видите источник энергии, обеспечивающей существование струй: толстый горячий «бублик» из газа размером около 1 св. Наблюдая вихревое движение газа вблизи дыры, вы приходите к заключению, что эта дыра, в отличие от тех, которые встречались вам прежде, вращается весьма быстро. Энергия, поддерживающая существование струй чудовищной длины, отчасти обусловлена вращением черной дыры, а отчасти — движением газового «бублика». Различие между Гаргантюа и 8C 2975 поразительно: почему Гаргантюа, масса и размеры которой в 1000 раз больше, чем у квазара, не захватывает вращающийся газовый «бублик» и гигантские струи?
Дальнейшие исследования подсказывают ответ: один раз в несколько месяцев какая-либо звезда, обращающаяся вокруг черной дыры, входящей в состав квазара, подходит к дыре слишком близко и разрывается на части приливными силами черной дыры. Вещество из внутренней части звезды — газ массой около 1 Mслн — выбрасывается наружу и распределяется вокруг черной дыры, после чего постепенно опускается, группируясь в окружающий дыру «бублик». В результате он всегда заполнен газом, несмотря на постоянные потери — падение вещества на черную дыру и выброс в струях. Звезды подходят близко и к Гаргантюа. Но из-за ее больших размеров приливные силы снаружи от горизонта слишком слабы, чтобы разорвать звезду на части. Поэтому Гаргантюа «заглатывает» звезды целиком, без выбросов вещества из внутренней части звезды в окружающий ее газовый «бублик». Не имея такого «бублика», Гаргантюа не может образовать струи или другие атрибуты квазаров.
Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации. Аккуратные вычисления на бортовом компьютере предсказывают, что каждая из этих звезд должна была взорваться, пока вы путешествовали к Гаргантюа, образовав невращающуюся черную дыру массой около 24 Mслн общая масса выброшенного при взрыве газа составляет примерно 6 Mслн. Обе черные дыры должны теперь вращаться одна относительно другой, испуская в процессе вращения гравитационные волны.
Эти волны будут передавать слабый импульс отдачи черным дырам, вызывая их чрезвычайно медленное, но неумолимое сближение по спирали. Небольшая коррекция ускорения звездолета позволит вам прибыть туда на последней стадии этого взаимного сближения: через несколько дней после прилета вы сможете наблюдать, как сливаются невращающиеся горизонты обеих черных дыр и как в результате образуется одна быстро вращающаяся дыра. Две родительские дыры были непригодны для поселения, поскольку не обладали заметным моментом количества движения, но новорожденная, быстро вращающаяся дыра представляется идеальной для поселения. Итак, спустя 39 лет 11 мес. А вот и они, точно на месте! Измеряя траектории движения межзвездного водорода, падающего на дыры, вы убеждаетесь, что они не вращаются и масса каждой составляет около 24 Mслн в соответствии с предсказаниями компьютера. Длина горизонта дыры равна 440 км, дыры отстоят на 60 тыс.
Подставляя эти значения в формулы Эйнштейна определяющие отдачу при испускании гравитационных волн , вы заключаете, что черные дыры должны слиться через три дня. Этого времени как раз достаточно для подготовки телескопов и съемочных камер к регистрации всех деталей события. Фотографируя искажения, вносимые гравитационной линзой в распределение звезд, расположенных за дырами, вы без труда проконтролируете их движение. Светлое кольцо сфокусированного излучения звезд, окружающее диск каждой черной дыры, обеспечит вам превосходный фотоснимок. Вам бы хотелось быть поблизости, чтобы видеть все отчетливо, но при этом достаточно далеко, чтобы не испытывать беспокойства из-за приливных сил. Подходящим расстоянием, решаете вы, будет орбита, в 10 раз длиннее той, по которой обращаются черные дыры. В течение трех следующих дней дыры постепенно сближаются и ускоряют свое орбитальное движение.
За день до слияния расстояние между ними уменьшается с 60 до 46 тыс. За час до слияния они находятся на расстоянии 21 тыс. За минуту до слияния расстояние между ними 7400 км, а период 0,61 с. За 10 с до слияния расстояние 4700 км, период 0,31 с. А затем в последние 10 с вы и ваш звездолет начинаете сотрясаться, сначала слабо, а затем все сильнее и сильнее. Все происходит так, словно гигантская пара рук схватила вашу голову и ноги и стала поочередно сжимать и растягивать вас все сильнее и сильнее, быстрее и быстрее. А затем еще более внезапно, чем началась, дрожь прекращается.
Все спокойно. Вы привыкли к тому, что гравитационные волны настолько слабы, что зарегистрировать их могут лишь сверхчувствительные приборы. Но при слиянии черных дыр они необычайно сильны — будь ваша орбита в 50 раз меньше, звездолет могло разорвать на части вызванной ими тряской. Но сейчас вы в безопасности. Слияние завершилось, и волны прошли. На своем пути во Вселенной они расскажут удаленным наблюдателям о происшедшем здесь событии». Направляя телескопы на источник гравитационного поля, вы обнаруживаете, что там, где недавно были две дыры, сейчас всего одна, причем она быстро вращается — вы видите это по вихрям падающих атомов водорода.
Эта дыра станет идеальным генератором энергии для вас, вашей команды и тысяч поколений ваших потомков. Аккуратные измерения параметров орбиты звездолета свидетельствуют, что масса образовавшейся дыры составляет 45 Mслн. Поскольку суммарная масса родительских дыр равнялась 48 Mслн, три солнечных массы должны были превратиться в энергию и унестись гравитационными волнами. Нечего удивляться, что вас трясло так сильно! О вращении дыры свидетельствуют не только возникающие вихри атомов водорода, падающих в дыру, но и форма окруженного светлым кольцом темного пятна на небе под вами: это пятно сплющено из-за вращения дыры, как сплющена из-за вращения Земля. Более того, пятно выпячивается с одной стороны. Зная же момент и массу, вы вычисляете другие свойства черной дыры, включая скорость вращения ее горизонта и длину ее экватора.
Вращение дыры заинтересовало вас. Никогда прежде вы не имели возможности вблизи исследовать вращающуюся дыру. Поэтому вы вновь отыскиваете добровольца, робота R4D4, вызвавшегося исследовать окрестности горизонта. Ему даны четкие инструкции: спуститься, зависнув в нескольких метрах над горизонтом, и там, включив ракетные двигатели, удерживаться неподвижно точно под звездолетом. Таким образом, двигатели должны препятствовать как силе гравитационного притяжения, так и вихревому увлечению пространства. Жаждущий приключений R4D4 спускается вниз, форсируя двигатели сначала едва, а затем все сильнее, чтобы преодолеть вращение пространства и остаться точно под звездолетом. И как ни пытается он тягой двигателей препятствовать вращению, ему это не удается.
R4D4 изо всех сил пытается форсировать двигатели, но скорость его орбитального движения почти не меняется. А затем топливо иссякает, и он начинает падать внутрь. Его лазерное излучение становится инфракрасным, затем превращается в радиоволны, но мерцает все с той же частотой, свидетельствующей о том, что нет никаких изменений в его вращательном движении. Он ушел в глубь черной дыры, нырнув в неистовую сингулярность, которую вы никогда не сможете увидеть... Через три недели, посвященных экспериментам и наблюдениям, вы и ваша команда принимаетесь, наконец, за строительство. Доставив материалы с далеких планет, создаете рабочее кольцо вокруг черной дыры. Оно имеет длину около 5 млн км, толщину 2 тыс.
Размеры кольца тщательно выбраны, так что люди, предпочитающие жить при земной силе тяжести, могут построить свои дома у внешней или внутренней поверхностей кольца, а те, кто выбирает более слабое притяжение, могут поселиться ближе к его осевой линии. Эти различия в силе тяжести целиком обусловлены приливной силой черной дыры, или, в терминах ОТО,— кривизной пространства-времени. Превратившись в энергию, эта величина в 100 тыс. Ваш преобразователь действует по тому же принципу, что и квазары, принципу, впервые открытому в 1977 г. Блэндфордом и Р. Вы внедряете магнитное поле под горизонт дыры и удерживаете его, несмотря на то что оно стремится улизнуть, с помощью гигантских катушек. Поскольку дыра вращается, ее вращательный момент взаимодействует с магнитным полем; в результате образуется гигантский электрический генератор, в котором магнитные силовые линии работают как линии передачи энергии от черной дыры.
Электрический ток течет от экватора черной дыры в форме потока электронов в обратном направлении по магнитным силовым линиям в ваш кольцевой мир, а затем от него по другому набору магнитных силовых линий вниз, к северному и южному полюсам черной дыры. Меняя напряженность магнитного поля, вы можете регулировать выходную мощность «электростанции». Отчасти это действительно так: я не могу гарантировать, что существует черная дыра с массой 10 Mслн вблизи Веги или массой 100 тыс. Это все, конечно, вымысел. Точно так же я не могу обещать, что человек когда-нибудь добьется таких успехов в развитии техники и технологии, что станут реальностью межгалактические или хотя бы межзвездные полеты и конструирование кольцевых миров вокруг черных дыр. С другой стороны, я с полной определенностью могу гарантировать точнее, с почти полной — такой же, как уверенность в том, что Лос-Анджелес завтра не будет разрушен землетрясением , что черные дыры существуют в нашей Вселенной и обладают в точности теми свойствами, о которых рассказывалось. Я могу с уверенностью утверждать, что если вы отправите робота-исследователя к горизонту вращающейся черной дыры, никакая сила тяги его двигателей не позволит ему вращаться быстрее или медленнее, чем сама черная дыра.
Почему я могу говорить обо всем этом с такой уверенностью?
Черные дыры. Kак умирают чёрные дыры?
Черная дыра, как известно, поглощает свет и не отдает его. Да, вокруг сверхмассивной черной дыры по имени Гаргантюа обращается диск — это останки разорванных приливными силами звезд и планет, захваченных полем тяжести космического монстра. 1) Почему черная дыра Гаргантюа в фильме выглядит именно так? Для планеты черная дыра в этом случае может выступать в роли холодного светила. Сверхмассивная чёрная дыра или плохо сфотографированный глазированный пончик Krispy Kreme?
Астрофизики впервые показали изображение черной дыры
Эти снимки неожиданным образом показали, что черная дыра-"гаргантюа" и сама W2246-0526 были соединены толстыми линиями из холодного газа и пыли с тремя спутниками этого "звездного мегаполиса". Чёрная дыра Гаргантюа – это фантазия создателей «Интерстеллара», которая во многом соответствует реальным космическим объектам. Да толпы приверженцев теории струн выстроились бы очередями в Нобелевский комитет. Это же новость века! Чёрная дыра Гаргантюа – это фантазия создателей «Интерстеллара», которая во многом соответствует реальным космическим объектам. Посмотрите идеальное GIF-изображение по теме "Gargantua Black Black Hole", которое украсит любой чат. Находите лучшую анимацию в Tenor и делитесь ею с друзьями.
Наука и магия Интерстеллара, или почему фильм Криса Нолана является научной фантастикой
Конечно, это не прямолинейная визуализация космического объекта, а образ, близкий по пластике и эстетике, и вдохновивший на графически чистую геометрию. Но ведь можно представить, что Москва образно похожа на черную дыру, куда всех затягивает. А Кремль спрятался во мраке за горизонтом событий.
Все они относятся к категории так называемых гиперярких инфракрасных галактик, крайне необычных объектов, существовавших в ранней Вселенной. Астрономы называют такие галактики "хот-догами" из-за окружающей их толстой "шубы" из горячей пыли hot dust-obscured galaxy, hot DOG , скрывающей их от взора оптических телескопов. В общей сложности им удалось найти около 20 ранее неизвестных объектов этого типа, в том числе и нового рекордсмена, измерить их яркость, массу и свойства сверхтяжелых черных дыр в их центрах. Когда ученые измерили массу черной дыры в центре W2246-0526, они не поверили своим глазам — она оказалась тяжелее Солнца как минимум в три миллиарда раз. Подобный вывод крайне удивил астрофизиков.
Дело в том, что мы видим эту галактику в том состоянии, в котором она существовала примерно 12 миллиардов лет назад, через 1,3 миллиарда лет после Большого Взрыва.
Радиус горизонта частиц примерно в три раза больше горизонта сферы Хаббла. Он равен фактическому расстоянию, который преодолел самый далёкий объект, успевший испустить свет до наблюдателя. Горизонт событий несколько отличен от горизонта частиц. Он отсеивает от нас те события в нашей Вселенной, о которых мы не узнаем никогда. Его радиус на несколько миллиардов световых лет больше радиуса сферы Хаббла. Все эти три параметра непосредственно зависят от самого наблюдателя. В этом и состоит одно из отличий горизонта событий чёрной дыры от горизонта событий Вселенной. То есть, горизонт событий чёрной дыры не зависит от местоположения различных наблюдателей.
Напротив, каждый наблюдатель, в зависимости от своего местоположения, будет видеть границу Вселенной по-своему. Это похоже на то, как будет различаться горизонт с разных точек поверхности планеты. Горизонт Риндлера Горизонт событий также существует для наблюдателя, который находится в состоянии релятивистски равноускоренного движения. Такое тело будут сопровождать два горизонта, которые во многом схожи с горизонтом чёрных дыр. К примеру, этот горизонт будет также обладать излучением, аналогичному излучению испаряющихся чёрных дыр. Этот горизонт также называется горизонтом Риндлера. Он назван в честь его первооткрывателя Вольфганта Риндлера, который, к слову, придумал сам термин «горизонт событий». Видимый горизонт Черная дыра в представлении художника Итак, теперь мы имеем представление о том, каким видит горизонт событий современная наука. Казалось бы, каким образом Стивен Хоккинг решил опровергнуть его существование.
На самом деле новая гипотеза создана, чтобы разрешить некоторые противоречия, связанные с чёрными дырами. Зарождающаяся квантовая теория уже превратила чёрные дыры в объекты, способные излучать. Согласно той же квантовой модели, горизонт событий для нашего звездолёта теперь не будет просто условной границей. Обладая большой концентрацией энергии, «новый» квантовый горизонт событий полностью уничтожит звездолёт. Однако, как мы помним, согласно принципам теории относительности, звездолёт должен беспрепятственно пройти этот рубеж. Первое прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени в центре галактики M87 Поэтому было решено внести некоторые коррективы в устоявшиеся представления о горизонте событий. Теперь горизонт событий лишь временно удерживает то, что получил. По мере испарения чёрной дыры информация вернётся за горизонт, хоть и в искаженном виде.
Парадоксально, но «дыры мироздания», не отпускающие от себя свет, оказались самыми мощными источниками света во Вселенной.
В 1963 году Мартин Шмидт открыл квазары, которые в телескоп выглядят как очень слабые звездочки. Вскоре оказалось, что эти скромные огоньки отстоят от нас на расстояния, сравнимые с масштабами видимой Вселенной. А значит, их реальная светимость — десятки и сотни триллионов солнц. И вся эта мощь генерируется в радиусе всего нескольких световых дней. Для сравнения: в нашей Галактике всего несколько сотен миллиардов звезд, а ее диаметр составляет сто тысяч световых лет. Что же представляют собой эти чудовищные светильники? Почти сразу после открытия квазаров Игорь Новиков, Яков Зельдович и Эдвин Солпитер предложили гипотезу, которая сегодня считается установленным фактом: квазары — это сверхмассивные черные дыры, на которые падает плотный поток вещества. Так можно называть черные дыры с массой больше миллиона солнечных. Разумеется, такие гиганты не образуются из звездных остатков по тому единственному механизму, который к этому моменту предложили астрофизики, — настолько больших звезд не бывает.
Механизм их образования неизвестен до сих пор. Как черная дыра, космическая невидимка, превращается в пылающий маяк, видимый через всю наблюдаемую Вселенную? Все дело в падающей на нее материи. Гравитация закручивает это вещество в диск, вращающийся вокруг своего сверхмассивного хозяина с огромной скоростью вблизи горизонта событий она сравнима со световой. Трение разогревает его до сотен миллионов градусов. Каждый килограмм вещества, попавший в эту адскую топку, дает огромную энергию — порядка десяти процентов от сакраментального «эм цэ квадрат», теоретического предела, который вообще можно выжать из материи. При этом материя раскаляется задолго до того, как пересечет горизонт событий, потому испущенные ею лучи и достигают земных телескопов. Далеко не каждая черная дыра настолько плотно наедается веществом, чтобы стать квазаром, однако именно наблюдение за квазарами заставило задуматься о существовании таких дыр. Говорит Алексей Старобинский: «Откуда берутся сверхмассивные черные дыры?
Они могут, к примеру, возникать из начальных неоднородностей вещества на ранних стадиях эволюции Вселенной, в том числе и на инфляционной стадии. Я сам над этим работал, можно предложить механизмы, но проблема одна: доказать, что черная дыра, которую мы видим, действительно первичная, а не вторичная. Это было бы легко сделать, если бы мы открыли черные дыры с массой меньше солнечной, потому что звездная эволюция ничего такого дать не может. Но этого пока нет, а потому такую гипотезу нельзя считать доказанной, хотя и нельзя отвергнуть». Сейчас астрономы считают, что сверхмассивная черная дыра есть в центре каждой крупной галактики. Именно такой объект и стал первой официально признанной черной дырой. Этот компактный и очень яркий источник разных излучений, от радиоволн до рентгеновских лучей, был открыт Брюсом Баликом и Робертом Брауном в 1974 году. Рассказывает Алексей Старобинский: «Увидели это дедовским способом, так же, как за 300 лет до этого измерили массу Солнца: путем наблюдения за орбитами небесных тел. За ее движением наблюдали две группы астрономов, которые возглавляли Райнхард Генцель и Андреа Гез.
Генцель смотрел 27 лет, Гез — 22 года. За это время звезда совершила почти полтора оборота по орбите. При этом радиус горизонта для объекта такой массы очень должен быть очень велик и составлять 0,1 астрономической единицы». Объект таких размеров и такой массы, 4 миллиона солнечных, не может быть ничем иным, как черной дырой. В 2008 году обе группы астрономов сообщили об этом в статьях, а в 2020-м Генцель и Гез удостоились за свою работу Нобелевской премии, которую они и разделили с Пенроузом. Читайте также Может ли черная дыра уничтожить Землю? Наши ближние Существование черных дыр в миллионы и миллиарды звездных масс ниоткуда не следовало, однако они, как оказалось, есть в каждой галактике. Но как же быть с «обычными» дырами, про которые астрофизики, по крайней мере, знали, откуда они могли бы взяться? Их открытие принесла, едва зародившись в середине 1960-х, рентгеновская астрономия.
Объясняет Алексей Старобинский: «Рентгеновские источники стали первыми кандидатами в черные дыры. Откуда берется это рентгеновское излучение? Это объекты в составе двойных звездных систем — массивная звезда и черная дыра, вращающиеся вокруг друг друга. Звездное вещество захватывается черной дырой, падает на нее, разогревается и светится в рентгеновском диапазоне. Мы больше не сомневаемся, что такие объекты есть».
Сверхмассивная чёрная дыра "Гаргантюа"
Собственно, тут стоит вспомнить, оговоренную ранее разновидность горизонта событий, как завесу, окутывающую нашу наблюдаемую Вселенную. То есть, то, что, находится за горизонтом событий Вселенной, скрыто от наблюдателя подобно звездолёту, находящемуся в чёрной дыре. Вселенский горизонт событий Горизонт Вселенной и сфера Хаббла Горизонт событий наблюдаемой Вселенной является одним из трёх параметров, характеризующих её границы. Кроме него также существует сфера Хаббла и горизонт частиц. Радиус сферы Хаббла равен расстоянию, который прошёл свет за время жизни Вселенной — то есть около 14 млрд.
Однако, в силу того, что наша Вселенная не статична, сфера Хаббла не является её границей. Реальную границу характеризует горизонт частиц, который учитывает расширение Вселенной. Радиус горизонта частиц примерно в три раза больше горизонта сферы Хаббла. Он равен фактическому расстоянию, который преодолел самый далёкий объект, успевший испустить свет до наблюдателя.
Горизонт событий несколько отличен от горизонта частиц. Он отсеивает от нас те события в нашей Вселенной, о которых мы не узнаем никогда. Его радиус на несколько миллиардов световых лет больше радиуса сферы Хаббла. Все эти три параметра непосредственно зависят от самого наблюдателя.
В этом и состоит одно из отличий горизонта событий чёрной дыры от горизонта событий Вселенной. То есть, горизонт событий чёрной дыры не зависит от местоположения различных наблюдателей. Напротив, каждый наблюдатель, в зависимости от своего местоположения, будет видеть границу Вселенной по-своему. Это похоже на то, как будет различаться горизонт с разных точек поверхности планеты.
Горизонт Риндлера Горизонт событий также существует для наблюдателя, который находится в состоянии релятивистски равноускоренного движения. Такое тело будут сопровождать два горизонта, которые во многом схожи с горизонтом чёрных дыр. К примеру, этот горизонт будет также обладать излучением, аналогичному излучению испаряющихся чёрных дыр. Этот горизонт также называется горизонтом Риндлера.
Он назван в честь его первооткрывателя Вольфганта Риндлера, который, к слову, придумал сам термин «горизонт событий». Видимый горизонт Черная дыра в представлении художника Итак, теперь мы имеем представление о том, каким видит горизонт событий современная наука. Казалось бы, каким образом Стивен Хоккинг решил опровергнуть его существование. На самом деле новая гипотеза создана, чтобы разрешить некоторые противоречия, связанные с чёрными дырами.
Зарождающаяся квантовая теория уже превратила чёрные дыры в объекты, способные излучать.
Её масса может быть оценена в 17 миллиардов солнечных, а её размер сравним с орбитой Нептуна. Ещё одной важной характеристикой Гаргантюа является то, что это быстро вращающаяся чёрная дыра. Все объекты во Вселенной, исключая саму Вселенную, имеют свойство вращаться. Естественно, что и чёрные дыры тоже вращаются, что описывается геометрией Керра. Последнее зависит от двух параметров: массы чёрной дыры М и момента количества движения J.
Важным отличием от обычных звёзд, которые вращаются по-разному, является то, что чёрные дыры по Керру вращаются с необычной устойчивостью: все точки на её условной поверхности горизонте событий вращаются с одной и той же угловой скоростью. Однако существует такой предельный момент количества движения Jmax , выше которого горизонт событий пропадет: это ограничение соответствует тому, что скорость вращения горизонта будет равна скорости света. В такой чёрной дыре, называемой «экстремальной», гравитационное поле у горизонта событий исчезнет, потому что внутреннее влияние гравитации будет компенсироваться за счет огромных отталкивающих центробежных сил.
Кадр из фильма. Источник: kinopoisk. Но мы в 2023-м до сих пор не наблюдаем ничего похожего возле Сатурна. И очень странно, что, судя по словам героев, такому интересному космическому объекту было уделено мало внимания — за все годы с ее открытия по гравитационным волнам от черной дыры туда отправилась всего одна экспедиция, да и то колонизаторская. И почему профессор так уверенно говорит о том, что кротовая нора ведет именно в другую галактику в нашей Вселенной? Есть модели «червоточин», которые позволяют отправиться в другую Вселенную, а отличить отдаленную часть нашего мира от чужого будет непросто. Марс все-таки ближе, а Сатурн — намного дальше В одном из эпизодов Купер просит напарника-робота озвучить маршрут путешествия.
Робот отвечает, что путь до Марса займет восемь месяцев, а до Сатурна всего 14 месяцев. В действительности до Марса можно добраться всего за шесть месяцев при идеальном раскладе по расчетам NASA , а вот эффективность химических ракетных двигателей не позволяет быстро летать до Сатурна — быстрее трех лет и двух месяцев туда не добраться этот рекорд поставил аппарат Кассини, совершивший для этого пять гравитационных маневров — изменений траектории и скорости полета за счет гравитационных полей космических объектов. Людей в этом ограничивает длительность полета, набор скорости при помощи гравитационных маневров занимает гораздо больше времени. Источник: kinomania. И вот при подлете к «червоточине» знания Купера о ней испаряются.
И это снимок с невероятным масштабом Галактика M87. Для сравнения: масса сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути оценивается в 4,3 миллиона масс Солнца.
Но также она находится очень далеко от Земли — в 55 миллионах световых лет для сравнения: расстояние до галактики Андромеда оценивается в 2,52 миллиона световых лет. В итоге расстояние на небе, которое занимает черная дыра в M87, составляет всего 20 микросекунд. Чтобы понять, что это значит, представьте 50-копеечную монету, которую наблюдают с расстояния в 3,5 километра: угол между глазом и краями монеты составит 1 угловую секунду. А угловая микросекунда в миллиард раз меньше угловой секунды. Образно говоря, это позволило бы читать газету в Нью-Йорке, сидя в кафе в Париже».