Черные дыры играют сами c собой в смертельный футбол
Новое исследование показывает, как черные дыры получают "пинки"
Когда сталкиваются сверхмассивные черные дыры, представляющие собой ядра соседних галактик, пространство вокруг них буквально трещит по швам, только держись! Мощнейший всплеск гравитационного излучения сообщает всему миру о том, что эти монстры яростно сливаются в одну еще более массивную черную дыру, и к тому же он "уносит" орбитальный момент. "Пинок" (kick), который эта система получает в момент столкновения, может даже вышвырнуть получившуюся в результате черную дыру вон из родной галактики. Новое исследование описывает последствия такого межгалактического столкновения с точки зрения современной теоретической физики.
Астрофизик Дэвид Мерритт (David Merritt), профессор Рочестерского технологического института (Rochester Institute of Technology), и его соавторы - Милош Милошавлевич из Калифорнийского технологического (Milos Milosavljevic, Caltech), Марк Фавата из Корнельского университета (Marc Favata, Cornell University), Скотт Хьюс из Массачусетского технологического (Scott Hughes, Massachusetts Institute of Technology) и Дэниел Холз из Чикагского университета (Daniel Holz, University of Chicago) - исследуют последствия "пинков", вызванных гравитационными волнами, в своей статье "Последствия гравитационной радиационной отдачи" ("Consequences of Gravitational Radiation Recoil"), которая недавно была представлена в "Астрофизический журнал" (Astrophysical Journal) и доступна по адресу arXiv.org/abs/astro-ph/0402057.
Почти все галактики, как теперь считается, содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры (не избежала этой участи и наша галактика Млечный путь, однако наша "родная" сверхмассивная черная дыра - это не "настоящий" монстр, а так, "мелкий монстрик", в тысячи раз легче "настоящих"). Согласно современным теориям, галактики растут в основном путем слияния со своими соседями, другими галактиками. Причем когда две такие галактики сливаются, то их центральные черные дыры на некоторое время формируют бинарную систему и вращаются друг вокруг друга, но в конечном счете все-таки тоже срастаются в одну-единственную черную дыру (релятивистские эффекты приводят к тому, что такие сверхмассивные небесные тела уже не подчиняются уравнениям Ньютона и падают друг на друга по спирали). Подобное сращение, как предсказывает Общая теория относительности Эйнштейна, приводит к испусканию гравитационных волн.
"Пинок" описывается уравнениями теории относительности и происходит в том случае, если гравитационные волны, испускаемые в момент заключительного "погружения", анизотропны, не симметричны - тогда они создают мощную отдачу. Эффект максимален, если одна черная дыра имеет заметно большие размеры по сравнению с другой. Несмотря на то, что механизм этого явления был описан еще в 1961 году, до сих пор никто не имел аналитических инструментов для вычисления мощности эффекта.
Мерритт и его коллеги рассчитали, насколько быстро такая черная дыра способна перемещаться и сможет ли она покинуть гравитационное поле своей галактики. Они выяснили, что более крупные и более яркие галактики имеют более мощное поле тяготения, и для того, чтобы изгнать из них черную дыру, потребуется, соответственно, более мощный, чем в случае меньшей системы, "пинок" (кто бы в этом сомневался...). Аналогично, не слишком сильный толчок порой способен "вытряхнуть" черную дыру из ее логова в центре галактики, однако позже она может снова возвратиться назад на свою прежнюю позицию благодаря совместному действию гравитационных полей многочисленных объектов в галактике.
Надо сказать, что такие "пинки", кроме всего прочего, подвергают сомнению теории, согласно которым сверхмассивные черные дыры вырастают путем последовательных слияний черных дыр меньшего размера, - процесса, начавшегося еще со времен ранней Вселенной. "Дело в том, что когда-то в давние времена галактики были столь малы, что подобные "пинки" могли запросто "выносить" прочь все их сливающиеся черные дыры", - поясняет Мерритт.
Согласно Мерритту и его соавторам, в таком случае более вероятно, что сверхмассивные черные дыры издавна наращивали свою массу не за счет слияний друг с другом, а путем аккреции на них окружающего межзвездного газа. Слияния же с другими черными дырами стали играть важную роль только после того, как галактики достигли размеров, сравнимых с нынешними. "Мы знаем, что сверхмассивные черные дыры содержатся в центрах гигантских галактик, подобной нашему собственному Млечному пути, - говорит Мерритт. - Но насколько мы знаем, меньшие звездные системы не имеют никаких черных дыр. Возможно, когда-то там черные дыры тоже водились, но были изгнаны".
Мерритт обращает внимание но то обстоятельство, что в настоящее время отсутствуют какие-либо ясные наблюдательные свидетельства наличия таких "пинков". Он утверждает, что наилучший шанс обнаружить такое прямое свидетельство - это как-нибудь определить местонахождение черной дыры, оказавшейся вне галактического центра вскоре после того, как "пинок" имел место, - возможно, нужно поискать что-то такое в какой-либо галактике, которая недавно подверглась слиянию с другой галактикой. Заметим также, что гравитационные волны - это явление, которое до сих пор никому не удавалось зарегистрировать в экспериментах. Поэтому поиски в этом направлении могут дать новое важное, пусть и косвенное свидетельство в пользу истинности ОТО.
Источник:
New Study Shows How Black Holes Get Their "Kicks" - Rochester Institute of Technology - News Services
Ссылка:
Как черные дыры получают тычки (How black holes get their kicks: Gravitational radiation recoil revisited) - Обзоры препринтов astro-ph
Обсудить
Статьи по теме
Теория относительности топит субмарины
Бразильский физик решил задачку, "подброшенную" релятивистской теорией, так называемый "парадокс субмарины". Для разбора этого "парадокса" пришлось использовать Общую теорию относительности и включить в решение эффект искривляющих пространство гравитационных сил, получив своеобразный модифицированный релятивистский закон Архимеда.
Черные дыры играют сами c собой в смертельный футбол
Когда сталкиваются сверхмассивные черные дыры, представляющие собой ядра соседних галактик, пространство вокруг них буквально трещит по швам, только держись! Мощнейший всплеск гравитационного излучения сообщает всему миру о том, что эти монстры яростно сливаются в одну еще более массивную черную дыру. "Пинок", который эта система получает в момент столкновения, может даже выбить получившуюся в результате черную дыру вон из родной галактики. Новое исследование описывает последствия такого межгалактического столкновения с точки зрения современной теоретической физики.
Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики быстро вращается
Периодические вспышки в инфракрасном диапазоне в районе этой черной дыры являются свидетельством ее вращения, а новые данные таким образом "возвещают новую эру наблюдательной физики черной дыры и проверки истинности общей теории относительности".
Туманность Полумесяца: смертные муки младенца-тяжеловеса
Рентгеновская космическая обсерватория "Чандра" позволила рассмотреть ужасающую, но по-своему прекрасную сцену суицида молодой звезды HD 192163, расположенной от нас на расстоянии примерно в 5 тысяч световых лет в созвездии Лебедя, - астрономы на снимках отчетливо видят первые признаки назревающего звездного кошмара.
"Интеграл" нашел новый класс астрономических объектов
Речь идет о бинарных звездных системах, составной частью которых является черная дыра или нейтронная звезда, заключенных в плотный кокон из холодного газа. Из-за подобного кокона эти объекты остаются невидимыми для традиционных телескопов, однако "Интеграл" как раз и был задуман так, чтобы изучать подобные скрытые высокоэнергетичные явления во Вселенной, выдающие себя только посредством потоков гамма-излучения (недаром его окрестили "охотником за черными дырами").
Дыра под космическим Сомбреро
Орбитальный телескоп "Хаббл" обратил свой взор на одну из самых величественных и "фотогеничных" галактик во Вселенной, известную под прозвищем Сомбреро (M104). Отличительный признак этой галактики - светящееся белое выпуклое ядро, окруженное мощными пылевыми зонами.
Микроквазар ворвался в нашу Галактику из соседнего шарового скопления
Астрономы проследили путь нейтронной звезды и ее спутника, звезды-компаньона, вещество которой нейтронная звезда активно поглощает (Скорпион X-1). В настоящее время эта парочка мчится через нашу Галактику, но ученые считают, что она присоединилась к Млечному пути около 30 миллионов лет назад, а до этого была выброшена из удаленного звездного кластера.
Гигантская черная дыра из скопления Персея напевает за ужином
Космическая рентгеновская обсерватория "Чандра" помогла увидеть звуковые волны, исходящие из самого сердца галактического скопления Персея от сверхмассивной черной дыры. Астрофизики уверяют, что "вокальные способности" черных дыр позволят им раскрыть некоторые "жгучие" тайны галактических скоплений, например, откуда в их центрах такое количество горячего газа.
Черных дыр рождается все больше и больше
Это открытие подтверждает давние подозрения астрофизиков насчет того, что действие черных дыр, скрытых от нас, обитающих на нашем так сказать космическом "заднем дворе", является едва ли не определяющим для всей структуры общегалактического "дома", это вовсе не какие-то экзотические древние мастодонты, давно отыгравшие свою роль в те времена, когда галактики только начали формироваться.
Вторая черная дыра в центре Млечного пути поставляет своему "боссу" младенцев на завтрак
Американские астрономы предполагают наличие еще одной черной дыры в самом "сердце" нашего Млечного пути, правда, это черная дыра "всего лишь" среднего веса, масса ее в тысячи, а не в миллионы раз превосходит массу нашего Солнца. Занимается эта "новая" черная дыра тем, что притягивает молодые звезды поближе к своему сверхмассивному партнеру. Открытие может помочь объяснить, каким образом этому монстру удалось так "разжиреть".
Удалось провести самые детальные наблюдения рождения черной дыры
Обнаруженный в глубоком космосе сверхмощный кратковременный выброс энергии, о котором удалось быстро оповестить 33 обсерватории во всем мире, позволил не только получить надежное свидетельство в пользу теории происхождения черных дыр в результате звездных взрывов, но и провести самые детальные на сегодняшний момент наблюдения таинственных явлений, получивших название GRB (всплеск гамма-излучения).
Найдена пара гигантских черных дыр, обреченных слиться в межгалактическом катаклизме
Ядро галактики NGC 6240 представляет собой систему из двух супермассивных коллапсаров, и в будущем ей грозят серьезные потрясения. Это доказали немецкие астрономы из Института внеземной физики имени Макса Планка с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории "Чандра". Открытие подтверждает теории формирования супермассивных черных дыр.
Доказано существование массивной черной дыры в центре Галактики
Группе германских астрономов удалось показать, что в Галактическом центре расположен один-единственный сверхплотный и сверхмассивный объект - не что иное, как черная дыра. Определенность позволили внести наблюдения за движением звезды, которую исследователи условно обозначили как S2.
Найден новый спутник Млечного пути на "неправильной" орбите
Новые наблюдения, выполненные на гигантском радиотелескопе GBT, показали: то, что раньше считалось межгалактическим облаком, находящимся на неизвестном расстоянии, на самом деле - спутниковая галактика Млечного пути, которая обращается по орбите вокруг Галактического центра в направлении, противоположном большинству остальных галактических спутников.
Обнаружен пепел первых звезд
Недавние наблюдения с использованием космического телескопа "Хаббл" доказывают, что первые звезды сформировались спустя всего лишь 200 млн лет после Большого взрыва. Таким образом, промежуток времени от начала Вселенной до первых звезд оказался гораздо короче, чем давали прежние теории, но находится в полном согласии с данными, полученными от зонда WMAP. Наличие железа и, косвенно, всех других более легких элементов, показывает, что основные компоненты для планет и возможной жизни на них присутствовали очень рано в истории Вселенной. Это намного раньше, чем возникла Земля.
Ученые нашли "звезду-спринцовку", подражающую черным дырам
Астрономы наблюдали нейтронную звезду Circinus X-1, испускающую струи вещества со скоростью, очень близкой к скорости света. Это самый быстрый поток вещества, когда-либо наблюдаемый от объекта в нашей Галактике, скорость сравнима со скоростью самых быстрых джетов, исторгаемых ядрами других галактик. Однако в тех галактиках струи порождаются сверхмассивными черными дырами, масса которых составляет миллионы и даже миллиарды солнечных масс.
Сверхновые - это взрывающиеся яйца
Взрывные волны от сверхновых имеют форму яйца, они вовсе не строго сферичны, как считалось ранее. Этот факт - то есть обнаружение такой небольшой асимметрии в процессах звездных взрывов - может сделать сверхновые еще более точным инструментом для измерений расстояний в космосе и для уточнения параметров таинственной антигравитации - темной энергии, заполняющей Вселенную.
В центре Млечного пути найдено антивещество неизвестного происхождения
Это антивещество в принципе может образовываться за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например, в ходе радиоактивного распада изотопа алюминия. Его "подпись" известна как аннигиляционная "линия 511 кэВ". Однако оказалось, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества - оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.
Столкновение двух безумных гигантских колес на скорости 10 млн км в час
На этой выразительной фотографии, полученной с помощью космического телескопа "Хаббл", запечатлена пыльная спиральная галактика, которая, вращаясь, проходит через другую большую яркую галактику NGC 1275. Рентгеновское и радиоизлучение с большой вероятностью указывают на наличие черной дыры в центре этой яркой галактики. NGC 1275 находится от нас на расстоянии примерно 235 млн световых лет в созвездии Персея.
Землю поливают дожди из маленьких черных дыр
Высокоэнергетические космические лучи, вторгающиеся в атмосферу Земли, могут формировать микроскопические черные дыры, заявляют греческие и российские ученые. Ученые считают, что такие черные мини-дыры могли бы помочь объяснить загадочные результаты, полученные датчиками космического излучения в Боливийских Андах и на Памире - речь о так называемых "кентаврах".
Новости по теме
