100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выявлено движение черной дыры

Выявлено движение черной дыры

Выявлено движение черной дыры

Новости

Исследователи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) впервые отчетливо зафиксировали случай движения сверхмассивной черной дыры в космическом пространстве. Результаты их работы опубликованы в журнале Astrophysical Journal.

Ученые и ранее предполагали, что черные дыры могут перемещаться. Однако «поймать» это явление оказалось достаточно сложно. По словам руководителя исследования, Доминика Пеше, в большинстве случаев черные дыры остаются на одном месте ввиду их огромной массы.

В качестве сравнения он привел пример с футбольным мячом и шаром для боулинга – второй сдвинуть с места куда сложнее. В космическом масштабе «шар» представляет собой объект в несколько миллионов раз больше Солнца.

Области черной дыры

Области черной дыры

Черная дыра – это область пространства-времени, которая отличается настолько большой гравитационной силой, что покинуть ее пределы не в состоянии даже объекты, перемещающиеся со скоростью света. Ученые выделяют два реалистичных сценария образования черных дыр:

  • сжатие массивной звезды;
  • сжатие центра галактики (либо протогалактического газа).

В случае со звездой черная дыра является лишь ее конечным жизненным этапом. Она образуется, когда звезда израсходует все термоядерное топливо и начинает остывать. При этом снижается внутреннее давление, способствующее сжатию под влиянием гравитации. Иногда такое сжатие становится очень быстрым – переходит в гравитационный коллапс. Черная дыра может возникнуть из звезды, масса которой как минимум в 3 раза больше массы Солнца.

Пеше и другие участники проекта наблюдали за сверхмассивными черными дырами (10 5 -10 11 масс Солнца) на протяжении 5 лет. Именно большого размера дыры находят в центре множества галактик. Млечный Путь – не исключение. В центре нашей галактики находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, открытая в 1974 г. Ее радиус не превышает 45 а. е., но и не менее около 13 млн км.

Наблюдая за скоростями галактик и черных дыр, ученые попытались выяснить, одинаковые ли они. Несовпадения будут указывать на то, что с черной дырой произошли какие-либо изменения. В рамках исследования изучались 10 далеких галактик и черных дыр, находящихся в их ядрах.

Галактика J0437 + 2456

Галактика J0437 + 2456

Для наблюдений лучше всего подходили объекты, в аккреционных дисках (вращающихся структурах) которых содержалась вода. Дело в том, что когда вода вращается вокруг черной дыры, возникает луч радиосвета, напоминающий лазер. При использовании метода интерферометрии эти лучи помогают измерить скорость черной дыры.

Исследование показало, что одна черная дыра из 10 выделяется на фоне остальных. Она располагается в центре галактики J0437-2456 (230 млн световых лет от Земли). Масса объекта примерно в 3 раза превышает массу Солнца. Подтвердить предположение о движении черной дыры удалось благодаря дальнейшим наблюдениям, которые проводились в обсерваториях Аресибо и Джемини. Ученые установили, что сверхмассивная черная дыра движется со скоростью около 110 000 миль в час.

Что именно провоцирует движение объекта, пока неизвестно. Но у исследователей есть несколько предположений. Это может быть слияние двух сверхмассивных черных дыр, либо объект является частью двойной системы.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Охота на невидимок: как ученые ищут черные дыры

Черные дыры были предсказаны общей теорией относительности (ОТО), созданной Альбертом Эйнштейном. Эта теория рассматривает гравитацию как искривление пространства-времени. В 1915 году Карл Шварцшильд сделал из уравнений ОТО удивительный вывод. Допустим, что существует объект невообразимой плотности: при массе Земли он будет иметь радиус порядка одного сантиметра, а при массе Солнца — несколько километров. Тогда тяготение этого сверхплотного монстра свернет вокруг него пространство-время. В этой искривленной геометрии прямые линии, по которым движутся лучи света, превратятся в замкнутые кольца. По ним свет и будет путешествовать, никогда не добираясь до удаленного наблюдателя. Вот почему ничто, даже свет, не сможет вырваться наружу из этого кокона.

Но откуда возьмется этот аттракцион невиданной плотности? Какая сила может сжать звезду до размера в несколько километров? Черные дыры долго казались абсурдом, теоретическим курьезом. Скепсис по их поводу выражал и сам Эйнштейн.

Однако в 1930-1960-хх гг. теоретики доказали, что черные дыры могут возникать при взрыве самых массивных звезд (массой более 30 солнц). В конце жизни такое светило взрывается как сверхновая. При этом внешние слои звезды улетают в космос, а ядро стремительно сжимается и превращается в черную дыру.

Пламя над бездной

Пока теоретики искали черные дыры в дебрях своих выкладок, наблюдатели совершенно неожиданно нашли их в космосе. Удивительно, но всепоглощающие невидимки оказались светильниками космического масштаба.

Дело в том, что у черной дыры «короткие руки». Поверхность, из-под которой не может вырваться никто и ничто, имеет вполне конкретный радиус. Измеренный в километрах, он равен утроенной массе черной дыры, измеренной в массах Солнца. Все, что находится дальше, может со временем упасть в черную дыру, но может и ускользнуть. А уж свет и другое излучение ускользает с легкостью.

Читайте так же:
Финансовые цели — ставим правильно, чтобы достигать

В центрах галактик есть сверхмассивные черные дыры массой от миллионов до десятков миллиардов солнц. Некоторые из них окружены плотным облаком вещества, которое они с удовольствием поглощают. Потоки материи, кружащие над черной дырой, но еще не пересекшие «границу невозврата», сталкиваются друг с другом и разогреваются трением до огромных температур. Раскаленный газ ярко светится в рентгеновском, а иногда и в других диапазонах. В результате светимость некоторых черных дыр достигает сотен триллионов солнц, превращая их в мощнейшие источники излучения во Вселенной.

Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик были открыты в 1960-х гг. Правда, осторожные ученые далеко не сразу признали, что это именно черные дыры, а не какие-то другие тела. Окончательные доказательства были получены уже в этом столетии. В 2008 году Райнхард Генцель и Андреа Гез доказали, что объект в центре нашей собственной Галактики может быть только черной дырой (за что и получили Нобелевскую премию по физике 2020 года, вместе с теоретиком Роджером Пенроузом). А в 2019 году коллаборация «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope) исследовала центральную черную дыру галактики M87. Тогда астрономы впервые в истории получили настолько детальное изображение (в радиоволнах), что разглядели саму черную дыру, а не просто падающее на нее вещество.

Сегодня наблюдателям известны миллионы сверхмассивных черных дыр, открытые благодаря их излучению. Но считается, что в центре практически каждой крупной галактики (а их в видимой Вселенной сотни миллиардов) есть собственный сверхмассивный монстр, просто большинство из них уже исчерпало запасы вещества и перестало светиться. Правда, до сих пор не вполне понятно, как образуются такие громадины.

Танцы со звездами

А как же черные дыры, которые получаются из ядер массивных звезд? Они тоже испускают рентгеновские лучи, если поглощают материю. Вот только эти крошки редко могут похвастаться королевской трапезой. Черная дыра звездной массы может устроить себе пир, только медленно поглощая звезду-спутник. Если этот светило-компаньон располагается слишком близко, мощная гравитация черной дыры буквально растягивает его, делая похожим не на шар, а на картофелину, и отрывает его вещество по кусочку.

Сами по себе звездные пары — явление заурядное. Но они редко бывают настолько тесными, чтобы черная дыра получила шанс на каннибальский обед. Вот почему наблюдателям-«рентгенологам» известно лишь несколько десятков черных дыр звездной массы, хотя первая из них была найдена еще в 1970-х. Теоретически же в одном только Млечном Пути должны быть сотни миллионов черных дыр, возникших из взорвавшихся звезд.

Есть и еще один способ находить черные дыры звездной массы благодаря их спутникам. Он не требует, чтобы черная дыра пожирала своего компаньона. Нужно лишь внимательно следить за движением звезды. Так можно зафиксировать, что светило обращается вокруг чего-то невидимого, и вычислить массу невидимки. Если последняя тяжелее трех солнц, она может быть только черной дырой: для нейтронной звезды это слишком большая масса, а обычная звезда светилась бы.

Потенциально таким способом можно обнаружить множество космических невидимок. Но он требует уж очень тщательных наблюдений, поэтому пока подарил нам лишь несколько черных дыр. Кстати, совсем недавно ученые впервые применили его к объекту за пределами Галактики. Они обнаружили черную дыру массой 9–13 солнц в Большом Магеллановом Облаке — галактике-спутнике Млечного Пути. Правда, для этого потребовалось два с лишним года наблюдений на VLT, самом большом оптическом телескопе в мире. Ранее черные дыры звездной массы за пределами Млечного Пути находили только благодаря рентгеновскому излучению или гравитационным волнам.

Сотрясение пространства и времени

Кстати, о последних. Гравитационная волна — это искажение пространства-времени. Она меняет само расстояние между точками пространства. Но не надейтесь, оседлав волну, сократить путь до работы: эти колебания невероятно малы. Теоретически гравитационная волна возникает всегда, когда физическое тело движется с ускорением, даже если это падающее на пол перышко. На практике же даже самые чувствительные современные детекторы различают гравитационное «эхо» лишь таких космических катаклизмов, как столкновения черных дыр или нейтронных звезд. Немудрено: под действием этого «гравитационного цунами» даже километровые расстояния меняются меньше чем на радиус протона! Установки, фиксирующие подобные колебания — настоящее чудо инженерного искусства.

Читайте так же:
Почему после 40 лет мы набираем вес и как этого избежать?

Первый «сезон охоты» на гравитационные волны, принесший какие-то результаты, состоялся в 2015-2016 гг. Он проводился с помощью американского детектора LIGO (стоившего, кстати, $365 млн). Тогда физики зафиксировали три столкновения черных дыр. После этого детектор остановили, чтобы повысить его чувствительность. И не зря: во втором сезоне (2016–2017 гг) было зафиксировано уже семь столкновений черных дыр и одно столкновение нейтронных звезд. Отметим, что с этого сезона к LIGO присоединился европейский детектор VIRGO. Но ученые не остановились на достигнутом и снова модернизировали установки. В результате сезон 3a (апрель–сентябрь 2019 года) принес уже 44 события, то есть они регистрировались чаще, чем раз в неделю. И совсем недавно исследователи подвели итоги сезона 3b (ноябрь 2019-го – март 2020 гг.). Зафиксировано 35 событий, в том числе первые столкновения черных дыр с нейтронными звездами. О 18 из этих 35 «космических ДТП» ученые ранее сообщали по горячим следам, а об остальных 17 они отчитались впервые. К слову, ближе к концу этого сезона к поискам присоединился третий и пока последний детектор — японский KAGRA.

Таким образом, на сегодня зафиксировано около 90 столкновений черных дыр друг с другом или (гораздо реже) с нейтронными звездами. Для каждой отдельной галактики это чрезвычайно редкое событие. Но детекторы обозревают пространство на сотни миллионов световых лет, и в их поле зрения попадает множество галактик.

На поверхности черной дыры

А разве у них есть поверхность? Ведь все привыкли к представлению о черной дыре как о сингулярности скрытой от нашего взора горизонтом события. Впрочем, исследуя термодинамику черных дыр, физики давно пришли к выводу, что они ведут себя не как трехмерные, а как двухмерные объекты. Например, количество составных частей черной дыры как термодинамической системы, пропорционально квадрату радиуса горизонта события, а не его кубу. Но данный «прозрачный намёк» принято относить скорее к проблемам, таким как: Куда девается информация провалившаяся за горизонт события? Если из двух квантово запутанных частиц одна пересекла горизонт события, то с чем запутана оставшаяся?

Однако показать, что такая поверхность вполне материальна, можно используя известные эффекты теории относительности. Так, с точки зрения неподвижного внешнего наблюдателя, никакой падающий в черную дыру объект никогда не пересечет горизонт события, потому что по мере приближения к нему, время в системе отсчета, связанной с объектом, будет замедляться относительно внешнего наблюдателя из-за того, что в гравитационном поле вблизи массивных тел, время даже для неподвижных тел течет медленнее, чем вне поля. Скорость такого объекта относительно внешнего наблюдателя сначала нарастает, а затем замедляется. При приближении к горизонту события время для такого объекта почти остановится, поэтому для того чтобы преодолеть остаток пути с точки зрения внешнего наблюдателя ему потребуется бесконечно большой промежуток времени.

С другой стороны, в системе отсчета связанной с падающим объектом всё произойдет очень быстро. Однако, и в ней пересечь горизонт события не удастся, но уже по другой причине. По мере того, как скорость движения приближается к скорости света, расстояния в направлении движения сокращаются. Поэтому, при движении по радиусу, горизонт события из почти сферического превратится в плоский диск, а события движения горизонта события и центра дыры станут одновременными. Следовательно, оказаться между горизонтом события и центром такой объект не сможет ни в какой момент времени. Кроме того, с точки зрения этого объекта дыра приближается к нему со скоростью, стремящейся к скорости света. Следовательно, ее масса также должна стремиться к бесконечности. Это приводит к увеличению радиуса горизонта события (радиуса диска), и к «обострению» решений уравнений движения.

Для дилетанта, этих рассуждений для двух крайних случаев уже достаточно, чтобы понять, что если в любой внешней системе отсчета ничто не может оказаться внутри горизонта события, то тогда там нет пространства, и не может существовать масса. Однако, аккуратно доказать это совсем не просто. Дело в том, что реальное вещество, в реальную дыру, как правило попадает не по радиусу, а по спирали. Для неподвижного внешнего наблюдателя это еще один механизм замедления падения, а в системе отсчета, связанной с веществом всё сильно усложняется, т.к. надо бы доказать, что длина спирали не возрастает быстрее релятивистского сокращения ее длины. При этом эта спираль после точки пересечения горизонта события оказывается в несуществующем пространстве за пределами применения уравнений гравитации.

Читайте так же:
6 мифов о здоровом питании, в которые нельзя верить

Но прежде чем доказать, нужны правильные уравнения. С точки зрения внешнего наблюдателя дыра и падающий в нее объект представляют собой замкнутую систему, для которой должен выполняться закон сохранения энергии. Поэтому масса этой системы во внешней системе отсчета должна оставаться постоянной в процессе падения, а для этого должна оставаться постоянной и масса каждого тела. Однако по мере ускорения объекта его масса согласно специальной теории относительности должна возрастать. Следовательно, необходимо скомпенсировать этот прирост тем, что на ту же величину уменьшается потенциальная энергия объекта и, следовательно, суммарная масса-энергия остается постоянной. Тогда масса неподвижного объекта в гравитационном поле должна уменьшаться по мере приближения к массивному объекту и на границе события для внешнего наблюдателя она стремится к нулю. Поэтому внутри горизонта события массы и нет. Падающее вещество сохраняет массу, но не может пересечь этот горизонт, а масса неподвижного, оставшегося от сверхновой, вещества обнулилась бы при его пересечении. Получается, что выйти наружу из-за горизонта события не может ни только свет, но и гравитация, что логично, т.к. она (гравитационные волны) тоже распространяются со скоростью света.

Жизнь черной дыры в чем-то аналогично жизни звезды солнечного типа. Когда такая звезда израсходует запас водорода, она увеличивается в размерах (для Солнца максимальный радиус может быть близок к орбите Земли), сбрасывает газовые оболочки и затем сжимается в белый карлик. Этот рост размера при уменьшении температуры, а следовательно, сил, удерживающих звезду от сжатия, на первый взгляд, выглядит противоестественно. Также противоестественно выглядит утверждение, что по мере увеличения радиуса горизонта события, как бульдозер ножом, выталкивает массу из центра звезды, сосредотачивая ее перед собой.

Уравнения общей теории относительности (ОТО) представляют собой равенство тензора Эйнштейна, который является дифференциальным оператором второй степени от тензора кривизны пространства g, тензору массы-энергии умноженному на константу. В принципе, ничто не мешает подставлять в эти уравнения «правильные» массы с учетом потенциальной энергии (см. выше) и изменения размерности пространства (см. ниже), но существующая форма тензора массы-энергии слишком уж провоцирует на ошибки. Например, решая уравнения во внешней системе координат, подставляют массу из внутренней (локальной) системы координат (не вычитая потенциальную энергию), скорости из внешней, а напряжения (если их учитывают) опять из внутренней. К тому же чтобы правильно учесть потенциальную энергию надо знать кривизну пространства, т.е. поправки к компонентам тензора массы-энергии должны зависеть от тензора кривизны g, что нарушает красоту уравнений: пространство слева — материя справа. Но тут уж не до красоты — было бы правильно.

Тензор массы-энергии был введен из условия того, чтобы при переходе в другие системы отсчета выполнялись законы сохранения энергии, импульса и момента количества движения. Сами эти законы следуют из теоремы Нётер в случае наличия в пространстве соответствующих групп симметрии. Однако, в общем случае искривленного пространства Римана эти группы симметрии отсутствуют. Поэтому Эйнштейн с Клаузифильцем попытались доказать, что поскольку на пространство наложено ограничение в виде уравнений общей теории относительности (ОТО), то реализуется частный случай искривленного пространства, в котором эти группы симметрии присутствуют. Таким образом справедливость законов сохранения пытались доказать при помощи уравнений, выведенных с использованием этих же законов. Но и в этом доказательстве, как было показано Логуновым в семидесятые годы двадцатого века, была допущена математическая ошибка.

То, что в уравнениях ОТО не всё в порядке, обнаруживалось не раз. В результате было создано несколько альтернативных теорий гравитации, в рамках которых пытались преодолеть выявленные недостатки. Однако широкого распространения они не получили не только по физическим, но и по социально-психологическим причинам, аналогичных тем, по которым капитализация биткойна превышает капитализацию большинства альтернативных криптовалют, хотя технологически они почти все лучше биткойна. Если человек сталкивается с чем-то очень сложным, непонятным и трудно проверяемым то, как правило, он не старается преодолеть эту сложность, а идет проторенным путем, доверяя авторитетам, и даже понимая, что он заблуждается, предпочитает заблуждаться вместе со всеми также как и раньше. Так и в теории черных дыр доминируют те представления, которые основаны на изначальном решении уравнений ОТО, несмотря на все их проблемы и несуразности.

С физической точки зрения к этим проблемам привели три ошибки. Во-первых, теория черных дыр возникла из решения Шварцшильда уравнений ОТО для поля, создаваемого материальной точкой. Это самое первое, самое востребованное решение этих уравнений, и до открытия гравитационных волн почти все экспериментальные подтверждения ОТО касались именно него. Оно хорошо описывает гравитационное поле звезд и поле черных дыр, за исключением области, близкой к горизонту события. Однако, это решение для массы сосредоточенной в точке. Данная абстрактная модель изначально, до решения предполагает сингулярность, и решение уравнений «подтверждает» наличие этой сингулярности. Ошибка в том, что изначально предполагается наличие массы там, где ее быть не может.

Читайте так же:
Все карты мира врут нам уже много столетий: что важно знать

Во-вторых, в уравнения подставляется масса без учета потенциальной энергии.

В-третьих, всё пространство черной дыры, исключая может быть саму сингулярность, изначально считается четырехмерным пространством-временем, т.е. не рассматривается изменение размерности пространства.

Откуда возникла возможность изменения размерности? В системе отсчета, связанной с падающим по радиусу объектом горизонт события превращается в диск. Достигнув его объект оказывается в двумерном пространстве, т.к. все длины между физическими объектами в направлении движения стремятся к нулю. Поэтому он не может вылететь из этого диска, даже если не столкнется там с веществом. При таком переходе «исчезнувшая» пространственная ось преобразуется в ось времени так, что пространство снаружи становится прошлым для вещества на поверхности черной дыры.

Существенно, что изменение размерности пространства происходит несколько раньше, чем объект достигает горизонта события. Если бы такой переход происходил при достижении самого горизонта, то почти вся масса черной дыры оказалась бы сосредоточенной на горизонте события, но масса неподвижного вещества на горизонте события с точки зрения внешнего наблюдателя равна нулю, т.е. для внешнего наблюдателя такая черная дыра имела бы почти нулевую массу. Это является следствием стремления скорости падающего объекта к скорости света. Однако согласно двойной специальной теории относительности из-за вязкости физического вакуума (взаимодействия с виртуальными частицами) пределом скорости для реального объекта является вторая скорость света, которая немного меньше той, которая используется в уравнениях теории относительности и которой соответствует горизонт события.

Таким образом, существует физический механизм, который «спасает от бесконечностей» за счет сил вязкости физического вакуума и уменьшения размерности пространства. В результате масса черной дыры оказывается сосредоточенной на ее поверхности, которая находится на небольшом расстоянии снаружи горизонта события. Это расстояние может зависеть от распределения масс по поверхности, т.е. у поверхности черной дыры может быть рельеф, который влияет на излучение Хокинга, что разрешает известные проблемы с потерей информации и квантовой запутанности и находится в соответствии с термодинамикой черных дыр.

Такая модель естественным образом объясняет асимметрию вещества и антивещества на поверхности черной дыры. Всё, что упало на эту поверхность снаружи является веществом. Для него время идет в одну сторону, соответственно направлению движения к центру для внешнего «трехмерного» наблюдателя (здесь и далее размерность пространства указывается по количеству пространственно подобных осей). Античастицы, которые как известно «движутся» во времени в обратном направлении, могут образоваться в небольших количествах в процессах взаимодействия этого двумерного вещества. При этом античастицы достаточно высоких энергий, которые могут образоваться, например, при коллапсе двумерного вещества в черную дыру с одномерной поверхностью, могут выйти из двумерного пространства в окружающее трехмерное.

Для описания такого перехода в двумерное состояние в уравнениях ОТО на поверхности черной дыры должны вырождаться уравнения, соответствующие оси времени окружающего пространства, т.е. верхняя строка и левый столбец тензорного уравнения. Для этого в тензоре массы-энергии должны быть соответствующим образом учтены эффекты двойной специальной теории относительности.

Поскольку переход вещества из трехмерного состояния в двумерное в приведенных выше рассуждениях связан с достижением скорости близкой, но меньшей чем скорость света, а не с кривизной пространства, то данное явление, в принципе, должно иметь место и при ускорении вещества вне черной дыры. При этом если элементарные частицы имеют внутреннюю геометрию, что предполагается в теории суперструн и некоторых других теориях, сводящих физику к геометрии, то частицы с трехмерной геометрией при достижении таких скоростей будут становиться неотличимыми от частиц с двумерной геометрией, являющейся проекцией данной трехмерной геометрии, на плоскость перпендикулярную направлению движения. Здесь речь идет о геометрии частицы в размерностях окружающего пространства, а сама частица может иметь дополнительные локально свернутые размерности. Известно, что существует уровень энергии, при котором происходит объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое электрослабое взаимодействие, что приводит к тому, что частицы, отличающиеся только зарядом слабого взаимодействия становятся неотличимыми. Естественно предположить тождественность этих переходов, т.е. что уменьшение размерности связано с объединением взаимодействий. Тогда, по аналогии можно предположить, что при достижении еще более высокого уровня энергии, при котором электрослабое взаимодействие объединяется с сильным, частицы становятся одномерными, а при энергии великого объединения остается единственная ось времени, т.е. все частицы без локально свернутых размерностей превращаются в кванты времени. При этом частицы с меньшей размерностью в пространстве с большей размерностью будут релятивистскими.

Читайте так же:
10 мифов о кофе и кофеине — разбираем развернуто

Теперь представим такую ситуацию. В четырехмерном пространстве вещество на ранних стадиях своей эволюции испытало уменьшение размерности. Это может быть не только при достижении поверхности трехмерной черной дыры в четырехмерном внешнем пространстве, но и, например, при выбросе вещества из белой дыры. Тогда также будет иметь место превалирование вещества над антивеществом, если перед уменьшением размерности это вещество двигалось в одну сторону. При этом трехмерные частицы станут релятивистскими в исходном четырехмерном пространстве. Однако относительно друг друга они могут двигаться с малыми скоростями, что позволит им сконденсироваться в барионное вещество, эволюция которого может привести к появлению в этом веществе физиков.

Эти физики, естественно, будут считать, что находятся в неподвижной системе координат, а частицы с двумерной и одномерной геометрией будут считать релятивистскими. Частицы «неподвижные» (точнее, не релятивистские) в исходном четырехмерном пространстве также будут для них релятивистскими, потому что соотношение времени в четырехмерном пространстве течет быстрее времени в трехмерном в огромное количество раз, и поэтому даже небольшая (для «четырехмерного» наблюдателя) составляющая скорости «неподвижных» частиц в проекции на оси трехмерного пространства с точки зрения находящихся в нем физиков будет восприниматься как скорость света. При этом они обнаружат, что эти «неподвижные» частицы не имеют парных античастиц, и все пары частица-античастица аннигилируют с образованием именно этих «неподвижных» частиц (в силу действия закона сохранения количества движения в исходном четырехмерном пространстве). Кроме того, они обнаружат, что масса частиц из которых состоят физики, является следствием нарушения симметрии, для объяснения чего им придется придумывать поле Хиггса. Ведь им скорее всего не придет в голову более простое объяснение, что это обычная масса, обусловленная движением релятивистских частиц в исходном четырехмерном пространстве, которая сохраняется и в трехмерном, но выглядит как следствием нарушения симметрии. Вам это ничего не напоминает?

Раскрыта загадка слияния горизонтов черных дыр

Исследователи из Института гравитационной физики Макса Планка в Германии и Мемориального университета Ньюфаундленда в Канаде разгадали, что происходит с видимыми горизонтами во время слияния двух невращающихся черных дыр. Согласно статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, первоначальные горизонты исчезают, сливаясь с другими горизонтоподобными структурами. Кратко о научной работе рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.

Хотя видимый горизонт может совпадать с горизонтом события черной дыры, эти термины не всегда описывают одно и то же, особенно в случае колеблющейся черной дыры. В этом случае видимый горизонт обязательно находится внутри горизонта событий и представляет собой границу, внутри которой все светоподобные кривые ведут внутрь черной дыры. Снаружи видимого горизонта свет еще может перемещаться в направлении от него, но ему не суждено покинуть пределы более широкого горизонта событий, который в этом случае называется абсолютным горизонтом. Абсолютный горизонт может возникать даже в отсутствии черной дыры, например, космологический горизонт событий в расширяющейся Вселенной.

Материалы по теме

Мы вам не братья

Конец инопланетянам

При слиянии исходные горизонты событий образуют большой горизонт событий, что описывается диаграммой, по форме напоминающей штаны. Однако картина слияния видимых горизонтов более сложная. Когда черные дыры приближаются достаточно близко друг к другу, вокруг них мгновенно образуется новый видимый горизонт. Однако окончательная судьба первоначальных горизонтов оставалась неизвестной.

Метод, к которому ученые прибегли для проведения анализа, состоит из трех ключевых компонентов. Во-первых, исследователи использовали высокоточную технику для моделирования пространства-времени, включая пространство-время внутри черной дыры. Во-вторых, они применили численный метод, который позволял им выявлять отдельные горизонтоподобные структуры даже в тех случаях, когда они сильно искажались. В-третьих, ученые упростили сложные уравнения, описывающие поверхности, до уравнений, описывающих кривые. Это позволило легко находить новые горизонты, которые соответствовали кривым, и восстанавливать их до полных поверхностей. Все это помогло исследователям смоделировать внутреннюю горизонтоподобную структуру внутри только что сформированной черной дыры.

Результаты сложного численного моделирования показывают, что оба первоначальных горизонта существуют еще какое-то время внутри общего видимого горизонта. Однако они становятся нестабильными и в конечном счете постепенно разрушаются при взаимодействии с многочисленными горизонтоподобными структурами, называемыми MOTS (англ. marginally outer trapped surfaces). В целом, ученые научились отличать нестабильные MOTS от устойчивых MOTS, которые являются фактическими границами черной дыры.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию