Ілюстрацыя чорнай дзіркі. Нягледзячы на ​​тое, як цёмна, лічыцца, што ўсе чорныя дзіркі ўтварыліся толькі з звычайнай матэрыі, але падобныя ілюстрацыі толькі часткова дакладныя. Малюнак: NASA / JPL-Caltech.

Спытаеце Этана: Як павінен выглядаць гарызонт падзей чорнай дзіры?

Вы можаце падумаць, што гэта павінна быць усё чорнае, але як тады мы гэта бачым?

"Канцэптуальна цікава, калі не вельмі астрафізічна важна разлічыць дакладную форму чорнай дзіры ... На жаль, спадзявацца на назіранне гэтага эфекту няма". -Джым Бардзін

У пачатку месяца тэлескопы з усяго свету адначасова бралі дадзеныя аб цэнтральнай чорнай дзірцы Млечнага Шляху. З усіх чорных дзір, вядомых у Сусвеце, асаблівая ў нашым галактычным цэнтры - Стралец А *. З нашага пункту гледжання, гарызонт яго падзей самы вялікі з усіх чорных дзір. Ён настолькі вялікі, што тэлескопы, размешчаныя ў розных месцах на Зямлі, павінны мець магчымасць непасрэдна выяўляць яго, калі б усе праглядалі яго адначасова. Пакуль спатрэбяцца месяцы, каб аб'яднаць і прааналізаваць дадзеныя з розных тэлескопаў, мы павінны атрымаць першае малюнак гарызонту падзей да канца 2017 г. Такім чынам, як гэта будзе выглядаць? Гэта пытанне Дэна Барэта, які бачыў некаторыя ілюстрацыі і крыху збянтэжаны:

Ці не павінен гарызонт падзей цалкам акружаць чорную дзірку, як шкарлупіна яек? Усе чорныя дзіркі мастака падобныя на разрэзанне ўкрутую яйкі напалову і дэманстрацыю гэтага малюнка. Як атрымалася, што гарызонт падзей не акружае цалкам чорную дзірку?

Некалькі розных класаў ілюстрацый плавае вакол. Але якія з іх, калі такія маюцца, з'яўляюцца правільнымі?

Твор, які ілюструе просты чорны круг, магчыма, з пярсцёнкам вакол яго - гэта спрошчаная карціна таго, як выглядае гарызонт падзеі. Малюнак: Віктар дэ Шванберг.

Самы старажытны тып ілюстрацыі - гэта проста круглы чорны дыск, які перакрывае ўсё фонавае святло ззаду яго. Гэта мае сэнс, калі вы падумаеце, што на самой справе ўяўляе сабой чорная дзірка: гэта маса вялізнай і настолькі кампактнай, што хуткасць уцёкаў з яе паверхні перавышае хуткасць святла! Паколькі нішто не можа рухацца так хутка, нават сілы і ўзаемадзеянне паміж часціцамі ўнутры чорнай дзіркі, унутраная частка чорнай дзіры руйнуецца да незвычайнасці, а вакол чорнай дзіркі ствараецца гарызонт падзей. З гэтай сферычнай прасторы космасу не можа вырвацца святло, і таму ён павінен выглядаць як чорны круг з любой пункту гледжання, накладзены на фоне Сусвету.

Чорная дзірка - гэта не проста маса, накладзеная на ізаляваны фон, але будзе праяўляць гравітацыйныя эфекты, якія расцягваюць, павялічваюць і скажаюць фонавае святло за кошт гравітацыйнага лінзіравання. Крэдыт малюнка: Утэ Краус, група фізічнай культуры Краус / Аксель Мелінгер.

Але ў гэтым ёсць яшчэ больш. З-за сваёй гравітацыі чорныя дзіркі павялічваюць і скажаюць любое фонавае святло, дзякуючы эфекту гравітацыйнага лінзіравання. Гэта больш падрабязная і дакладная ілюстрацыя таго, як выглядае чорная дзірка, бо яна таксама валодае відавочным гарызонтам падзей, размешчаных належным чынам з крывізнай прасторы ў Агульнай адноснасці.

На жаль, і гэтыя ілюстрацыі маюць недахопы: яны не ўлічваюць матэрыялаў пярэдняга плана і акрэсленасці вакол чорнай дзіркі. Некаторыя ілюстрацыі паспяхова дадаюць іх у.

Ілюстрацыя актыўнай чорнай дзіркі, якая набірае матэрыю і паскарае частку яе вонкі двума перпендыкулярнымі бруямі, можа шмат у чым апісваць чорную дзірку ў цэнтры нашай галактыкі. Малюнак: Марк А. Гарлік.

З-за іх велізарнага гравітацыйнага ўздзеяння, чорныя дзіркі будуць утвараць акрэс-дыскі ў прысутнасці іншых крыніц матэрыі. Астэроіды, газавыя аблокі ці нават цэлыя зоркі будуць разарваны прыліўнымі сіламі, якія ідуць ад аб'екта, масіўнага, як чорная дзірка. З-за захавання імпульсу і сутыкненняў паміж рознымі якія падаюць часціцамі, каля чорнай дзіркі з'явіцца дыскападобны аб'ект, які будзе награвацца і выпраменьваць выпраменьванне. У самых унутраных рэгіёнах часціцы час ад часу трапляюць, прыбаўляючы да масы чорную дзірку, у той час як матэрыял перад чорнай дзіркай засланяе частку сферы / круга, якую вы маглі б убачыць інакш.

Але сам гарызонт падзей непразрысты, і вы не павінны разгледзець справу за ім.

Чорная дзірка, як паказана ў фільме

Здавалася б, дзіўна, што галівудскі фільм - Interstellar - мае больш дакладную ілюстрацыю чорнай дзіркі, чым многія прафесійныя творы мастацтва, створаныя для NASA, але памылак, нават сярод прафесіяналаў, шмат, калі гаворка ідзе пра чорныя дзіркі. Чорныя дзіркі не ўсмоктваюць рэчыва; яны проста імкнуцца. Чорныя дзіркі не разрываюць рэчы з-за лішняй сілы; гэта проста прыліўныя сілы - там, дзе адна частка прадмета, які падае, бліжэй да цэнтра, чым іншая - гэта і робіцца. І самае галоўнае, што чорныя дзіркі рэдка бываюць у "аголеным" стане, а, хутчэй, знаходзяцца ў непасрэднай блізкасці ад іншай матэрыі, напрыклад, у цэнтры нашай галактыкі.

Рэнтгенаўскі / інфрачырвоны кампазітны малюнак чорнай дзіркі ў цэнтры нашай галактыкі: Стралец A *. Ён мае масу каля чатырох мільёнаў сонцаў і знаходзіцца ў акружэнні гарачага рэнтгенаўскага выпраменьвання газу. Малюнак: рэнтген: NASA / UMass / D.Wang і інш., IR: NASA / STScI.

Дык калі ўлічыць усё гэта, якія вобразы ўкрутую яйкі ідуць вакол? Памятаеце, што мы не можам выявіць саму чорную дзірку, бо яна не выпраменьвае святло! Усё, што мы можам зрабіць, гэта паглядзець на пэўную даўжыню хвалі і ўбачыць спалучэнне выпраменьвальнага святла, якое паступае вакол, ззаду і перад самай чорнай дзіркай. Чаканы сігнал сапраўды нагадвае разбітае яйка ўкрутую.

Некаторыя з магчымых профільных сігналаў гарызонту падзей чорнай дзіры ў якасці мадэлявання тэлескопа

Гэта звязана з тым, што мы ўяўляем. Мы не можам шукаць рэнтгенаўскія прамяні, таму што ў цэлым проста мала рэнтгенаўскіх фатонаў. Мы не можам зірнуць у бачнае святло, бо цэнтр галактыкі непразрысты. І мы не можам глядзець у інфрачырвоным, бо атмасфера блакуе інфрачырвонае святло. Але тое, што мы можам зрабіць, гэта паглядзець у радыё, і мы можам зрабіць гэта ва ўсім свеце, адначасова, каб атрымаць максімальна аптымальнае дазвол.

Выгляд кампанентаў Тэлескопа

Чорная дзірка ў цэнтры галактыкі мае вуглавы памер каля 37 мікрадуговых секунд, у той час як дазвол гэтага масіва тэлескопа складае каля 15 мікрадуговых секунд, таму мы павінны мець магчымасць убачыць яго! На радыёчастотах пераважная большасць гэтага выпраменьвання адбываецца ад часцінак зараджанай матэрыі, якія паскараюцца вакол чорнай дзіры. Мы не ведаем, як будзе арыентаваны дыск, ці будзе некалькі дыскаў, ці будзе ён больш падобны на рой пчол ці больш падобны на кампакт-дыск. Мы таксама не ведаем, ці аддасць перавагу "чорная дзірка" з боку, якую мы глядзім з нашага пункту гледжання, перад іншай.

Пяць розных мадэляванняў у агульнай адноснасці з выкарыстаннем магнітагідрадынамічнай мадэлі аккреционного дыска чорнай дзіры і таго, як будзе выглядаць радыёсігнал у выніку. Малюнак: GRMHD-мадэляванне зменнасці амплітуды бачнасці для выявы Sgr A *, L. Medeiros і інш., ArXiv: 1601.06799.

Мы цалкам чакаем, што гарызонт падзей будзе сапраўдным, мець пэўны памер і перакрываць усё святло, якое ідзе ззаду яго. Але мы таксама чакаем, што перад ім будзе нейкі сігнал, што сігнал будзе брудным з-за бруднай абстаноўкі вакол чорнай дзіркі і што арыентацыя дыска адносна чорнай дзіркі будзе гуляць важную ролю ў вызначаючы тое, што мы бачым.

Адзін бок ярчэй, калі дыск круціцца да нас; Пры кручэнні дыска адна бок становіцца слабым. Увесь абрыс гарызонту падзей можа быць бачны таксама дзякуючы эфекту гравітацыйнага лінзіравання. Магчыма, самае галоўнае, ці будзе дыск успрыняты "фронтавым" альбо "тварам уніз" адносна нас, кардынальна змяніць сігнал, як паказваюць 1-я і 3-я панэлі ніжэй.

Арыентацыя аккреционного дыска як асабовая (дзве левыя панэлі) альбо крайная (дзве правыя) можа ў значнай ступені змяніць тое, як нам уяўляецца чорная дзірка. Малюнак:

Ёсць і іншыя эфекты, якія мы можам праверыць, у тым ліку:

  • ці мае чорную дзірку патрэбны памер, як гэта прадказвала агульная адноснасць,
  • ці кругагляд (па прагнозах) кругагляд падзей, альбо замест гэтага пралангаваны,
  • ці пашырыцца радыяцыйная эмісія далей, чым мы думалі,

ці ёсць нейкія іншыя адхіленні ад чаканага паводзін. Гэта зусім новы рубеж у фізіцы, і мы гатовы на самой справе праверыць яго непасрэдна. Адно можна сказаць напэўна: незалежна ад таго, што бачыць тэлескоп "Гарызонт", мы абавязаны даведацца нешта новае і цудоўнае пра некаторыя самыя экстрэмальныя аб'екты і ўмовы ў Сусвеце!

Дасылайце пытанні, якія задаюць Ітана, на startwithabang па адрасе gmail dot com!

Кампанія "Пачатак з выбуху" заснавана ў Forbes, апублікаванай на "Сярэднім" дзякуючы нашым прыхільнікам "Патрэона". Замовіце першую кнігу Ітана "За межамі Галактыкі" і загадзя замовіце яго наступную, Treknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive!