Что будет при столкновении черных дыр
Ученые впервые увидели столкновение двух черных дыр. Рассказываем, чем интересно это событие
Ученым удалось увидеть столкновение двух черных дыр. Подобное событие они наблюдали впервые в истории астрономии. Его вероятным последствием стала ярчайшая световая вспышка. Обычно со стороны черных дыр не наблюдаются вспышки света, так как они не излучают свет. Но когда в прошлом году ученые обнаружили одно столкновение между черными дырами, они заметили также таинственную вспышку со стороны этого события. Мы узнали, что именно произошло во время слияния двух черных дыр, чем интересно это событие и может ли необычная вспышка повториться снова.
Читайте «Хайтек» в
21 мая 2019 года гравитационно-волновые детекторы на Земле зарегистрировали сигнал, исходящий со стороны пары сталкивающихся массивных объектов. Это событие произошло на расстоянии 2,4 млрд световых лет от Солнечной системы. Позднее обсерватория под названием Zwicky Transient Facility (ZTF) зафиксировала вспышку света. Когда ученые сравнили эти два сигнала, выяснилось, что сигналы они с одного направления, а это могло указывать на редкий случай столкновения черных дыр, доступного для наблюдений в оптическом диапазоне. Масса объектов различалась примерно в четыре раза. Один из них был тяжелее Солнца примерно в 8 раз, а другой — примерно в 30.
The ratio of the #GW190412 #blackholes masses is «roughly equal to the ratio of filling in a regular Oreo to in a Mega Stuf Oreo,» notes @LIGO & @NorthwesternU’s @cplberry «Investigations of connections between Oreos and black hole formation are ongoing.» https://t.co/HvSVOUMeLv pic.twitter.com/raRKbpQXP7
Обычно это событие сопровождается гравитационными волнами. Однако это, возможно, был один из тех редких случаев, когда столкновение привело к выбросу света. Команда, использующая данные лазерного интерферометра, гравитационно-волновой обсерватории LIGO и европейского детектора Virgo подтвердила, что это была «вспышка света», которая, скорее всего, произошла из-за слияния черных дыр.
Что происходит при столкновении обычно?
Многие галактики имеют супермассивные черные дыры в своем центре, их гигантский газовый диск может притягивать и объединять малые черные дыры. В прошлом астрономы могли только по косвенным признакам понять, что произошло столкновение подобных массивных объектов, в том числе по замеченным приборами гравитационным волнам или газовой реакции.
Если черные дыры не излучают свет, то почему это произошло сейчас?
Согласно основной рабочей гипотезе, выдвинутой Штерном и его коллегами, в 2019 году произошло столкновение внутри аккреционного диска, окружающего сверхмассивную черную дыру, лежащую в центре квазара — далекой галактики с очень ярким активным ядром. Как только черные дыры поменьше сталкиваются, крупная черная дыра получает импульс, толкающий ее в случайном направлении, в результате чего она встречается с газом в диске и создает вспышку света.
Однако ученые пока не могут доказать, что именно слияние привело к вспышке. Астроном Мэтью Грэм, который участвовал в исследователи, предупредил, что они пока не могут «полностью исключить некоторые другие версии». Но если они смогут, то это подтвердит существующие теории и добавит данные о черных дырах и их поведении.
Удар и дальнейшее слияние двух черных дыр привели к образованию нового небесного тела. Его масса выше солнечной приблизительно в 100 раз.
Такое событие повторится еще когда-либо?
Астрономы считают, что вспышка повторится через несколько лет. Это произойдет, поскольку новый объект на обратном пути снова прорежет раскаленный газ в окрестностях сверхмассивной черной дыры.
Сейчас ученые продолжают анализировать произошедшее событие.
Что происходит при столкновении черных дыр
Что будет если столкнуться две галактики?
Столкновения галактик – вроде бы давно смоделированное и даже наблюдаемое в астрономии явление. В отличие от картины рисуемой фантастами – такое “столкновение миров”, судя по всему проходит без особого ущерба для этих самых “миров” – звезд и планет населяющих столкнувшиеся галактики.
Все дело в том, что галактики лишь со стороны кажутся плотно “набитыми” звездами – на деле звезды встречаются в космическом пространстве примерно с такой же частотой, что была бы, выложи мы на каждый квадратный километр земной поверхности по песчинке. Иными словами – шанс на столкновение отдельных звезд внутри сталкивающихся галактик очень мал.
Столкновение галактик NGC 5426 и NGC 5427. На данный момент галактики только “зацепились” рукавами и их ядра – черные дыры, далеки от столкновения. В будущем эта картина изменится.
Но если со звездами все понятно, как быть с космическими объектами принципиально иного масштаба. Например – сверхмассивных черных дыр находящихся в центрах галактик и буквально “удерживающих” всю галактику в виде единого звездного образования своей гравитацией?
В сущности вариантов при таком столкновении только два: черные дыры – бывшие ядра обеих столкнувшихся галактик либо объединятся в одну “сверх черную дыру”, либо навечно “привяжутся” друг к другу и начнут “перетягивание материи на себя”, и в конечном итоге, та из черных дыр, что окажется “чернее”, просто проглотит конкурента.
Столкновение черных дыр в космосе
Астрономы ранее высказывали предположение, что при столкновении галактик черные дыры, находящиеся в их центрах, с высокой вероятностью, все же будут сливаться, а не “противостоять” друг другу. Компьютерные модели также подтверждает именно этот вариант развития событий и даже позволяют предсказать их вероятность: не менее одного слияния в отдельно взятой вселенной, за отдельно взятый земной год!
Как рассчитываются эти модели? Началось все с наблюдений за поведением потоков энергии в галактических ядрах. Было замечено, что некоторые галактики выбрасывают потоки энергии в двух противоположных направлениях вдоль оси вращения. Предполагается, что эти потоки возникают под воздействием черных дыр, которые нельзя увидеть непосредственно. Исследуя галактики с помощью радиотелескопа, ученые обнаружили, что у 7% галактик наблюдается внезапный сдвиг в направлении энергетических потоков. Изменение направления потоков свидетельствует о нарушении равновесия в галактической системе.
Парадоксально – самая яркая часть ядра галактики, это… черная дыра! Точнее область раскаленного газа непосредственно вокруг черной дыры
Новая модель показывает, каким образом перестраиваются галактические потоки и подтверждает, что взаимное притяжение черных дыр заканчивается их слиянием, а не бесконечным вращением вокруг друг друга.
Моделирование показало, что при слиянии крупных галактик, черные дыры смещаются к центру объединенной галактики. Но, приближаясь к центру, черные дыры будут вытеснять близлежащие звезды, разрушая тем самым механизм их взаимного притяжения.
Ученые пока не могут объяснить, что притягивает черные дыры друг к другу после того, как они лишаются своего окружения. Но когда расстояние между ними уменьшается до размера солнечной системы, черные дыры начинают испускать энергию в виде гравитационных волн. Затем они начинают неуклонно скользить навстречу, все быстрее и быстрее закручиваясь в спираль. Финальное слияние вызывает сильнейший выброс гравитационной энергии.
Исследование галактик, испускающих гравитационные потоки, позволяет предположить, что подобные гигантские столкновения происходят в окружающей нас вселенной примерно раз в год.
Может ли одна черная дыра “вытолкнуть” другую?
Когда две галактики сталкиваются, их чёрные дыры должны слиться. Согласно теории относительности, в результате этого события должен произойти сильный всплеск гравитационной активности, который возмутит пространство-время. Если же этот всплеск произойдёт под определённым углом, то он подействует на новообразованную чёрную дыру так, что та просто вылетит из своей галактики!
И теоретические вычисления показали, что такое событие будет происходить в одном из десяти случаев – то есть очень часто, в масштабах космоса. При этом скорость таких чёрных дыр составит более 1000 километров в секунду, что вполне достаточно для того, чтобы они вышли в межгалактическое пространство, а их галактика без мощного источника “центробежной силы” просто развалилась бы на куски.
По словам учёных, им удалось обнаружить механизм, благодаря которому оси вращения этих космических объектов выравниваются. Вокруг этих двух чёрных дыр образуется гигантский газовый диск, лежащий примерно в той же плоскости, что и их орбита. Каждая из них забирает часть материи из этого диска для своего аккреционного диска.
Физики обнаружили слияние черных дыр, которые не должны существовать
Семь миллиардов лет назад, где-то на краю Вселенной, произошло столкновение двух гигантских темных объектов. Это событие проливает свет на невидимый процесс ускоряющегося расширения Вселенной: вибрируя в пространстве-времени две сверхмассивные черные дыры произвели громкий, резко обрывающийся звук. Сигнал длился десятую долю секунды, однако этого оказалось достаточно, чтобы детекторы интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO и интерферометрической обсерватории VIRGO зафиксировали его. Как пишут авторы новых исследований, короткий сигнал из далекой галактики вызывает много вопросов, особенно в областях, касающихся формирования и эволюции черных дыр. Одна, а возможно обе столкнувшиеся дыры были слишком массивными и не могли образоваться в результате коллапса нейтронных звезд. Более того, слияние породило еще более крупную черную дыру, чья масса в 142 раза превосходит массу Солнца и, согласно стандартным моделям, не должна существовать. Но как такое возможно?
Моделирование слияния черных дыр выглядит так
Аномальные черные дыры
Предсказанные Альбертом Эйнштейном черные дыры – это массивные объекты, гравитационное притяжение которых настолько велико, что даже фотоны света не могут их покинуть. Существование этих таинственных объектов удалось доказать в 2015 году, после того, как обсерватории LIGO и VIRGO зафиксировали гравитационные волны — рябь пространства-времени, появившаяся в результате столкновения двух сверхмассивных черных дыр. Подробнее об открытии, которое принесло основателям LIGO Нобелевскую премию по физике читайте в материале моего коллеги Артема Сутягина.
Большинство известных черных дыр – это мертвые массивные звезды, которые коллапсировали в объекты в несколько раз массивнее Солнца. Но внутри галактик находятся черные дыры в миллионы или миллиарды раз более массивные, чем наша родная звезда. Как эти объекты смогли вырасти до таких размеров – извечная загадка астрономии.
До недавнего времени у исследователей было не так много свидетельств существования черных дыр среднего и, скажем так, промежуточных размеров, чья масса превосходит солнечную в 100 и 100 000 раз. Черная дыра, созданная в результате слияния настолько массивных объектов, является первым убедительным примером существования этого «недостающего звена» астрономии.
На изображении рябь пространства-времени и короткий звуковой сигнал
Издание The New York Times приводит слова сразу нескольких ученых, которые не принимали участия в исследованиях. Так, астрофизик из Северо-Западного университета Вики Калорега, в электронном письме написала следующее: «Это первое и единственное надежное измерение массы черной дыры среднего размера на момент ее рождения. Теперь мы достоверно знаем, по крайней мере, один способ, которым эти объекты могут образовываться — путем слияния других черных дыр.»
Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram.
По мнению Сергея Клименко, физика из университета Флориды, открытие также является важной вехой в гравитационно-волновой астрономии. Эти объекты ученый искал на протяжении последних 15 лет. Исследователь отметил, что астрономы, возможно, получили представление о процессе, с помощью которого Вселенная «строит» черные дыры в темноте, превращая ничтожно малые объекты в грохочущих левиафанов.
Дэниел Хольц, физик-теоретик из Чикагского университета и член команды LIGO, назвал новые работы «первым по-настоящему удивительным открытием LIGO/Virgo.» Ранее обнаруженные другие бинарные системы, по мнению ученого, достаточно хорошо вписываются в ожидания. Но в этом случае настолько массивные черные дыры не должны существовать!
Международная группа исследователей, входящих в состав коллабораций LIGO и Virgo, сообщила о своих выводах в двух статьях, опубликованных в Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters. Согласно полученным результатам, события разворачивались на почти невообразимом расстоянии от Земли – 17 миллиардов световых лет. Одна черная дыра масса которой в 85 раз превосходит массу Солнца, и вторая, чья масса равна 66 массам нашей родной звезды, слились воедино в результате столкновения, породив черную дыру в 142 раза массивнее Солнца.
Как отмечают авторы исследования, этот процесс слияния может быть важным ключом к происхождению более массивной из двух черных дыр. Предположительно, черная дыра GW190521 имела массу в 85 Солнц, и, согласно стандартной астрофизической логике, не должна была существовать. Черные дыры с массой от 50 до 120 солнц не могут образоваться, по крайней мере, из умирающей звезды – именно об этом свидетельствуют история и расчеты.
Тайны массивных звезд
Исследователи уже довольно давно предполагают, что нечто странное происходит с очень, очень массивными звездами, возможно, с теми, чьи начальные массы находятся между 130 и 250 солнечными массами, чьи ядра становятся действительно горячими (около миллиарда градусов Кельвина) в конце звездной эволюции. Свет, отражающийся внутри этих звезд настолько энергичен, что может трансформироваться в пары электронов и позитронов (позитроны являются антиматериальными двойниками электрона — они почти идентичны, но имеют противоположный заряд).
Черные дыры «средних размеров» – это недостающее звено астрономии
Как отмечает доктор Хольц, большая черная дыра находится прямо посередине области, где черным дырам не место. Природа, похоже, проигнорировала все наши тщательные теоретические расчеты, утверждая, что черных дыр такой массы не существует. Он добавил: «подобные открытия одновременно обескураживают и пробуждают интерес. С одной стороны, одно из наших главных убеждений оказалось ошибочным. С другой стороны, в этом есть что-то новое и неожиданное, и теперь гонка продолжается, ведь нужно попытаться выяснить, что происходит.
По мнению д-ра Хольца и других ученых, наиболее интригующей является вероятность того, что слишком массивная черная дыра GW190521 была образована двумя меньшими черными дырами, которые столкнулись и слились. В этом случае слияние, наблюдаемое в июне 2020 года, было бы событием второго или даже третьего поколения, одним из иерархической серии слияний черных дыр, которые в конечном итоге приводят к сверхмассивным черным дырам. Некоторые астрофизики считают, что подобные слияния, скорее всего, происходят вблизи центров галактик, где сверхмассивные черные дыры создают закрученные спирали газа и других объектов, в которых могут собираться и размножаться тысячи более мелких черных дыр.
Необычное столкновение трех сверхмассивных черных дыр и его последствия
Одни из самых таинственных объектов во Вселенной — черные дыры, скрывают в себе невероятное количество тайн. Ученые всего мира ломают голову над такими вопросами, как и почему сверхмассивные черные дыры существуют в центре галактик, что находится за горизонтом событий, а также могут ли черные дыры быть порталом в другие Вселенные. Однако сегодня ученым известно об этих космических объектах больше, чем когда-либо в истории. Недавно мы писали о том, что NASA представили миру визуализацию черной дыры. Сегодня мы расскажем вам о новом исследовании астрономов. Ученые обнаружили нечто удивительное — сразу три черных дыры могут столкнуться друг с другом.
Так выглядит траектория столкновения трех галактик
Почему это открытие — аномалия?
На просторах бесконечной, расширяющейся Вселенной всем заведует сила гравитации. Бесчисленное количество самых разных небесных объектов сталкиваются между собой, будь то галактики, звезды или планеты. Недавно ученые обнаружили три сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центрах трех галактик. Необычным это явление делает то, что сразу три галактики, которые находятся в миллиарде световых лет от нашей планеты, сталкиваются друг с другом. Однако есть еще одна странность — оказалось, что эти сверхмассивные объекты светятся в рентгеновских лучах.
Больше новостей из мира науки читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен.
В 2017 году ученые объявили миру об обнаружении гравитационных волн, предсказанных теорией относительности Альберта Эйнштейна. Гравитационные волны достигли нашей планеты, возникнув в результате столкновения двух сверхмассивных черных дыр. Таким образом, исследователи впервые получили данные о слиянии этих космических монстров. Однако, по словам ученых, LIGO или обсерватория VIRGO не смогут обнаружить гравитационные волны, которые возникнут в результате столкновения трех галактик, из-за их низкой частотности. Но обо всем по порядку.
Как ученые обнаружили аномалию?
Все началось с обнаружения слияния галактик в оптическом свете телескопом Sloan Digital Sky Survey (SDSS) в Нью-Мексико. Затем исследователи изучили данные, собранные космическим аппаратом NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Ученые утверждают, что WISE обнаружил инфракрасное излучение во время слияния галактик. Дальнейшие наблюдения в рентгеновском и оптическом свете подтвердили предположения астрономов о том, что в центре каждой из трех галактик находится черная дыра.
Как вы думаете, что происходит внутри горизонта событий черной дыры? Порассуждать на эту тему можно в нашем уютном Telegram-чате.
Впоследствии рентгеновская обсерватория NASA Чандра обнаружила источники рентгеновского излучения вблизи каждого из центров сливающихся галактик. Это говорит о том, что рядом с центром галактик расходуется много газа и пыли, а это признак наличия черной дыры. По словам специалистов, каждый телескоп предоставил уникальны данные, благодаря которым специалисты подтвердили, что перед ними находится по-настоящему необычное открытие — сразу три черные дыры находятся в центре сталкивающихся галактик.
Снимок трех сталкивающихся галактик в миллиарде световых лет от Земли
По мнению исследователей, обнаруженное столкновение подобных массивных объектов отличается от столкновения двух черных дыр. Дело в том, что каждая из трех черных дыр — это ядро галактики, которое активно поглощает материал. Именно по причине того, что в процессе поглощения материал излучает яркий свет, ученые смогли обнаружить эту необычную систему. Специалисты отмечают, что подобные объекты обнаружить довольно сложно так как они окружены большим количеством пыли и газа, а это сильно затрудняет поиски.
Черные дыры помогают галактикам эволюционировать
Не секрет, что у всех космических объектов существует свой жизненный цикл. Так, астрономы утверждают, что аномальная система, обнаруженная в ходе последнего исследования, свидетельствует об эволюции галактик. Ключ к пониманию подобных процессов — это черная дыра. Компьютерное моделирование показало, что порядка 16% галактик, которые сталкиваются друг с другом и в центре которых вращаются сверхмассивные черные дыры, будут взаимодействовать с третьей сверхмассивной черной дырой. По мнению исследователей, третья черная дыра способствует более быстрому процессу слияния галактик.
Так выглядит столкновение двух сверхмассивных черных дыр
Также данное исследование может пролить свет на «тайну последнего парсека» — она повествует о том, что в процессе слияния двух галактик, черные дыры в их центрах не сталкиваются друг с другом, а облетают преграду, таким образом формируя сдвоенную систему на расстоянии в несколько парсеков. Таким образом, третья черная дыра может их наконец объединить.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Главная теория происхождения нашей Вселенной называется «Теория Большого Взрыва». Именно с помощью нее ученым удалось объяснить откуда взялось пространство, звезды, планеты и все, что нас окружает. Давайте попробуем в ней разобраться простым языком.
Изучение физики помогает нам лучше понимать строение Вселенной. 📚 Благодаря открытиям в этой сфере, ученые могут объяснить многие природные явления. Рассказываем о десяти самых интересных научных открытий в физике, о которых следует знать всем.
Здание 31 кампуса Космического центра Джонсона не отличается величием и историей какого-нибудь Лондонского Тауэра. Снаружи не стоит королевская стража. Однак…
Гравитационные волны от столкновения двух черных дыр достигли Земли 7 млрд лет спустя. Почему это так воодушевило ученых?
Автор фото, LIGO-VIRGO Collaboration
Возможно, именно так выглядят черные дыры за мгновение до взаимного поглощения
Представьте себе энергию, которую восемь звезд типа Солнца отдают сразу и без остатка. Именно столько энергии уместилось в гравитационной «ударной волне», которая возникла в результате столкновения двух черных дыр в далеком прошлом.
Произошло это так далеко в глубинах космоса, что волне понадобилось около 7 млрд лет, чтобы добраться до нас. Но когда это случилось, сигнал по-прежнему был достаточно силен, чтобы его уловили лазерные детекторы в США и Италии.
По словам исследователей, в результате этого столкновения двух черных дыр получилась одна с массой, в 142 раза превышающей массу Солнца.
Дело в том, что ученым известно уже много черных дыр размером существенно меньше или намного больше, а эта представляет собой новый класс так называемого промежуточного размера (от 100 до 1000 масс Солнца).
Что такое черная дыра?
Лазерные интерферометры проекта LIGO-VIRGO чутко прислушиваются к пространственно-временному полю в поисках вибраций, которые были вызваны настоящими космическими катаклизмами.
21 мая 2019 года они засекли сильный сигнал, хотя он длился всего десятую долю секунды.
Автор фото, LIGO-VIRGO Collaboration
Лазерная лаборатория Европейского центра VIRGO в итальянской провинции Пиза
Гравитационные волны
Столкновение с участием объекта в 85 солнечных масс заставило ученых напрячься, потому что это никак не вписывалось в известные рамки формирования черных дыр.
Когда звезда исчерпывает запас ядерного топлива, происходит коллапс ее ядра, и если у звезды была достаточно большая масса, она как бы проваливается внутрь себя, образуя черную дыру.
При этом физические законы, действующие внутри звезды, подразумевают, что из звезд, масса которых составляет от 65 до 120 солнечных, черные дыры не получаются: такие звезды, умирая, просто разрываются на части, и от них ничего не остается.
Автор фото, LIGO-VIRGO
Если эти выкладки верны, значит этот объект мог образоваться в результате предыдущего слияния двух черных дыр.
А уже это, по словам профессора Мартина Хендри из Университета Глазго, в свою очередь рассказывает кое-что новое о формировании Вселенной.
Автор фото, LIGO-VIRGO
Новое открытие предполагает иерархию слияний, в результате которой возникают все более массивные черные дыры
Гравитационная волна от столкновения двух черных дыр, замеченная детекторами в мае прошлого года, получила кодовое название GW190521. Это одно из более чем 50 подобных явлений, исследованием которых сейчас заняты лазерные лаборатории проекта LIGO-VIRGO.
С 2015 года, когда проект зафиксировал первую гравитационную волну (за что его участники получили Нобелевскую премию), темп исследований заметно возрос.