О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина | Свидетели Иеговы
Читайте нас:
Доступное в России зеркало Граней: https://grani-ru-org.appspot.com/Society/Science/m.123727.html

статья Российские астрономы нашли новые свидетельства в пользу реальности черных дыр

Максим Борисов, 21.06.2007
Эргосфера и горизонт событий вращающейся черной дыры. Изображение с сайта www.pereplet.ru
Эргосфера и горизонт событий вращающейся черной дыры. Изображение с сайта www.pereplet.ru
Реклама

Российские астрофизики из Московского государственного университета имени Ломоносова (МГУ), занятые в проекте МАСТЕР (Мобильная Астрономическая Система ТЕлескопов-Роботов), сумели продемонстрировать связь так называемых длинных гамма-всплесков (т.е. самых мощных взрывов во Вселенной) с образованием быстровращающихся черных дыр, обладающих эргосферой. Таким образом не только удалось прояснить природу гамма-всплесков, но и найти новые свидетельства реальности существования черных дыр.

Черные дыры, предсказанные в рамках Общей теории относительности Эйнштейна, обладают столь мощным гравитационным полем, что ни материальное тело, ни излучение не могут выбраться из их объятий - покинуть пределы так называемого горизонта событий. В современную эпоху подобные объекты могут рождаться в том случае, если веществу удается сжаться в чрезвычайно компактной области - в пределах сферы Шварцшильда, размеры которой вообще говоря зависят от массы сжимаемого объекта, причем в простейшем случае - для невращающейся и незаряженной черной дыры - размеры сферы Шварцшильда эквивалентны размерам горизонта событий. Решение для этого случая было найдено немецким физиком Карлом Шварцшильдом (Karl Schwarzschild) спустя всего несколько месяцев после того, как Эйнштейн обнародовал свою теорию, а вот обобщения на случай заряженного и вращающегося объекта пришлось ждать долгие десятилетия - лишь в 1960-х гг. в этом направлении наметился очевидный прогресс, связанный с решением Роя Керра (R.Kerr), австралийского математика, работавшего в американском Техасском университете (ну а единственность решения Керра была доказана лишь к 1975 г.)

C решением Керра связаны удивительные вещи, которые нечасто обсуждаются в научно-популярной литературе, - например, в некоторых случаях появляется немыслимая "голая" сингулярность (с которой теоретики предпочитают "расправляться" тем или иным способом), в других - внешний и внутренний горизонты событий, а также эргосфера (от греческого слова "эргон" - работа) - эллипсоидальная область пространства-времени, расположенная между пределом статичности (очерчиваемым наименьшим расстоянием от черной дыры, где космический корабль еще теоретически может находиться в состоянии покоя, сжигая какое-нибудь супертопливо, - иными словами, поверхностью бесконечного гравитационного красного смещения покоящегося с точки зрения удаленного наблюдателя источника) и внешним горизонтом событий, который для вращающейся черной дыры как бы "ужимается" по сравнению с дырой невращающейся. Таким образом, внутри эргосферы оставаться в покое невозможно (необходимо обращаться вокруг сингулярности в направлении ее собственного вращения), но в принципе эту область можно посещать с возвратом назад в свою Вселенную.

Интересно, что используя, прямо скажем, весьма нетривиальные свойства эргосферы, от вращающихся черных дыр можно получить очень большое количество энергии, передаваемой выбрасываемому веществу с помощью механизма Пенроуза (расчет выполнил в 1969 году известный британский математик, физик-теоретик и популяризатор науки Роджер Пенроуз - Roger Penrose). Если рассматривать движение тела, падающего в эргосферу вращающейся черной дыры и распадающегося там на две части (одна из них падает под горизонт событий и теряется для нас навсегда, а другая отскакивает обратно в нашу Вселенную), то выясняется, что энергия, получаемая выброшенной частью, может при некоторых условиях оказаться намного больше энергии первоначального объекта (собственно, она отбирается от черной дыры, которая немного замедляет свое вращение).

Как мы знаем, черные дыры невозможно наблюдать непосредственным образом, хотя астрономы и отыскали множество объектов, подходящих на эту роль. Идентификация черных дыр в настоящее время основывается на наблюдениях поглощаемого ими вещества, и споры ведутся о том, может ли какой-нибудь объект иной физической природы "подменить" при этом "настоящую" черную дыру или нет. Если бы удалось найти структуру, характерную исключительно для черных дыр, то доказательство существования этих объектов можно было бы счесть окончательным, и авторы такого открытия могли бы претендовать на Нобелевскую премию.

Группа астрономов, руководимая профессором МГУ Владимиром Липуновым из Государственного астрономического института имени Штернберга, считает, что в качестве индикатора, однозначно свидетельствующего о наличии черной дыры, может выступать ее эргосфера. Была создана теоретическая модель, показывающая, что на последних стадиях развития гамма-всплеска его энергия приходит именно из эргосферы.

Звезда превращается в черную дыру (испытывает коллапс) после исчерпания всех своих запасов ядерного топлива. Если бы звезда не вращалась, то все закончилось за несколько миллисекунд, поэтому возобновление активности спустя минуты и часы может свидетельствовать о каких-то препятствиях на пути к быстрому образованию черной дыры. Вероятно, все убыстряющееся вращение (сохранение момента импульса при сжатии объекта - подобно тому, как ускоряет свое вращение фигуристка, прижимающая руки к корпусу) может приводить к образованию на какое-то время быстровращающегося объекта (коллапсирующего спинара). И дальнейшее избавление от энергии и уход остатка звезды под горизонт событий становится возможным благодаря синхротронному излучению заряженных частиц, вращающихся в мощнейшем магнитном поле этого самого спинара.

В сентябре прошлого года наземный робот-телескоп МАСТЕР* зарегистрировал с Земли (из подмосковной деревни) один из таких гамма-всплесков (GRB060926) и обнаружил редкое явление: мощность оптического излучения (которое обычно уменьшается со временем) на 400-й секунде неожиданно стала расти. А 10 января 2007 года американская космическая гамма-обсерватория Swift выявила еще более удивительный случай: после регистрации очередного гамма-всплеска (GRB070110) его мощность оставалась постоянной в течение 10 тысяч секунд. После всего этого у группы Липунова не осталось сомнений, что сверхдолгая борьба центробежных и гравитационных сил - это реальность, соответствующая статья уже отправлена и принята для публикации в американском "Астрофизическом журнале" (Astrophysical Journal - ApJ), а пока с ней можно ознакомиться на сайте электронных препринтов arXiv.org.

По расчетам ученых, свыше одного часа внешние фрагменты звезды, наблюдавшейся Swift под видом GRB070110, могли оставаться в пределах эргосферы зарождающейся быстровращающейся черной дыры. При этом релятивистские эффекты должны были выражаться уже не десятками процентов (как в случае известных кандидатов в черные дыры), а тысячами процентов. Улавливая выходящее из коллапсара излучение, астрономы таким образом могут в принципе получать информацию об областях, для которых время течет более чем на порядок медленнее, чем наше время.

Источники:
Открытие эргосферы черной дыры - Пресс-релиз группы МАСТЕР
Extralong X-ray Plateau in GRB and Spinar Paradigm - arXiv.org - astro-ph

Ссылки:
Черные дыры
Пресс-релизы-2
Продолжение про пресс-релизы
Вращающиеся черные дыры
Поиски черных дыр
За горизонтом событий

______________________________

* - Примечательно, что, отчаявшись получить на свои исследования достаточное государственное финансирование, российские ученые в данном случае обратились к частным спонсорам...

Максим Борисов, 21.06.2007


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама



Выбор читателей