Столкновение черных дыр


Столкновение черных дыр
Столкновение двух нейтронных звёзд – основной источник многих из тяжелейших элементов периодической таблицы во Вселенной. При таком столкновении выбрасывается 3-5% массы; всё остальное превращается в чёрную дыру.

Вселенная в известном нам виде существует уже почти 14 млрд лет: достаточно времени для того, чтобы гравитация стянула материю в скопления, комки и схлопнувшиеся объекты. К сегодняшнему дню Вселенная заполнена планетами, звёздами, галактиками, и ещё более крупными структурами, связанными гравитацией на фоне расширяющейся Вселенной.

Но всё не так уж ясно и просто. Хоть космос и огромен, в нашей галактике существуют триллионы объектов, двигающиеся миллиарды лет. Некоторые сформировавшиеся системы содержат в себе по нескольку объектов, и их столкновения не просто вероятны – они неизбежны. А при столкновении или слиянии они меняются навсегда. И вот космическая история того, что при этом происходит.


Столкновение черных дыр
Когда объект сталкивается с планетой, он может выбить из неё осколки, что приведёт к формированию лун. Так появилась наша Луна, а также, как мы думаем, луны Марса и Плутона.

Столкновения планеты с планетой. На ранних этапах развития Солнечной системы, скорее всего, планет было больше восьми. Между Юпитером и Нептуном мог существовать ещё один газовый гигант; лучшие наши симуляции говорят о том, что его выбросило из системы. Но считается, что во внутренней Солнечной системе был ещё один мир размером с Марс, столкнувшийся с молодой Землёй, породив огромное облако обломков, собравшихся и создавших Луну. Модель ударного формирования Луны (или “гигантское столкновение”) тщательно подтвердили множеством различных свидетельств, включая и образцы, привезённые на Землю миссиями “Аполлон”.

Столкновение черных дыр
Вместо наблюдаемых сегодня двух лун столкновение, породившее околопланетный диск, могло создать у Марса три луны, из которых до сегодняшних дней дожили только две.

Кроме этого, у нас есть неплохие свидетельства того, что и у Марса луны появились из-за большого протопланетного столкновения – и что изначально у него было три луны, а потом одна из них упала обратно на поверхность.

Из всех проведённых симуляций и накопленных свидетельств следует, что скалистые планеты сравнимого размера довольно часто сталкиваются друг с другом на ранних уровнях развития солнечных систем. При столкновении возникает одна, более крупная планета, и облако осколков, которое собирается в один, недалеко расположенный крупный спутник, и несколько более мелких и удалённых. Система Плутон-Харон – прекрасный пример такого явления, в котором подальше от них кувыркаются ещё четыре дополнительных луны.


Столкновение черных дыр
Сценарий сближения по спирали и слияния коричневых карликов, находящихся так далеко друг от друга, как эти, займёт очень долгое время из-за гравитационных волн. Но вероятность столкновения довольно высока. Красные звёзды при столкновении порождают голубые отставшие звёзды, а коричневые карлики могут при столкновении порождать красных карликов. Спустя достаточно долгое время такие вспышки света могут стать единственными источниками света во Вселенной

Столкновения коричневых карликов. Хотите создать звезду, но не набрали достаточно массы для этого, а газовое облако, которым вы пользовались, уже схлопнулось? У вас есть второй шанс! Коричневые карлики похожи на крайне массивных газовых гигантов, превышая по массе Юпитер в десяток раз, и разогреваются до достаточно высоких температур (порядка 1 000 000 К) и давлений в центре, чтобы запустить синтез из дейтерия, но недостаточных для синтеза из водорода. Они испускают свет, остаются относительно холодными, и не дотягивают до звания настоящих звёзд. По массе они находятся в промежутке от 1% до 7,5% от солнечной, и считаются неудавшимися звёздами.

Но если у нас два карлика составляют двойную систему, или принадлежат к случайно столкнувшимся разным системам, всё это может мгновенно поменяться.


Столкновение черных дыр
Луман 16 составляют два коричневых карлика, и они, в конце концов, могут слиться вместе и породить звезду

Всё потому, что состав этих неудавшихся звёзд практически не меняется со временем. Они так и состоят из 70-75% водорода, и при слиянии это несгоревшее топливо сохраняется. Если общая масса объекта после слияния превысит критический порог в 0,075 солнечных, во Вселенной появится новая звезда! С таким количеством массы в одном объекте температура превысит критические 4 000 000 К, и запустит синтез из водорода. Вместо двух коричневых карликов появится красный карлик: настоящая звезда М-класса. И у расположенной недалеко от нас системы Луман 16, всего в 6,5 световых годах, все параметры находятся соблазнительно близко к необходимому пределу, за которым она сможет стать красным карликом.

Столкновение черных дыр
Часть шарового скопления Terzan 5, уникальной связи с прошлым Млечного Пути. В шаровых скоплениях можно обнаружить невероятно старые звёзды, оставшиеся от первых вспышек звёздного формирования, происходивших недалеко от нас. Но иногда встречающиеся в скоплении голубые звёзды говорят нам, что не всё так просто.


Столкновения двух звёзд. Звёзды бывают различных масс, и те, масса которых мала, более красные, холодные, и сжигают своё топливо медленнее. Звёзды большей массы голубые, более горячие и живут меньше. Оценить возраст звёздных скоплений можно, изучая звёзды с наибольшей массой из оставшихся, поскольку самые массивные звёзды умирают первыми.

Однако, изучая самые старые из скоплений, мы обнаруживаем популяции звёзд, более голубых и горячих, чем это должно оказаться возможным. Они просто не соответствуют остальным, окружающих им звёздам. Однако эти голубые заблудшие звёзды реальны, и у их существования есть фантастическое объяснение: столкновения звёзд.

Столкновение черных дыр
Голубые заблудшие звёзды (заключены в кружочки во вставке с увеличенным изображением) [фото кликабельно], формируются, когда старые звёзды или их останки сливаются вместе. После того, как отгорят последние звёзды, этот процесс может, хотя и ненадолго, вернуть свет во Вселенную

Возьмём две (или более) звёзд и соединим их, и они породят одну, более массивную звезду. Даже когда останутся только более красные звёзды, от 0,7 до 0,8 солнечной массы, при слиянии они могут породить голубую звезду (1,5 солнечной массы), даже если их звёздное скопление слишком старое для того, чтобы там появлялись звёзды массой в 1,5 солнечной.

Голубые заблудшие звёзды часто встречаются в плотных участках шаровых скоплений, и демонстрируют, что даже после того, как все звёзды с массой порядка солнечной и выше уже сгорели, всё ещё будут появляться новые звёзды – просто благодаря гравитационному слиянию.


Столкновение черных дыр
Главным событием астрономии многих источников будет слияние двух белых карликов, которые будут располагаться достаточно близко к Земле, чтобы мы смогли одновременно обнаружить нейтрино, свет и гравитационные волны. Известно, что такие объекты порождают сверхновые типа Ia.

Столкновения белых карликов. Допустим, обычная наша звезда из главной последовательности прожила свою жизнь, сожгла всё топливо, которое могла. Ядро остатка звезды стало белым карликом: такая судьба ждёт и наше Солнце. А затем, плавая в глубинах межзвёздного пространства, она столкнулась с другим белым карликом.

БУМ!

Столкновения белых карликов приводят к появлению сверхновых типа Ia, и возможно, принадлежат к самым распространённым способам появления этих катаклизмов. Когда это случается, в звёздах запускается неконтролируемая реакция синтеза, что выделяет огромное количество света и энергии, и полностью уничтожает обоих белых карликов, вызвавших это событие. Это один из тех типов столкновений, в которых уничтожаются оба столкнувшихся объекта.


Столкновение черных дыр
Представление художника о слиянии двух нейтронных звёзд. Системы из двух нейтронных звёзд сближаются по спирали и сливаются, однако самую близкую из пар, которые мы обнаружили, такое слияние ждёт не ранее, чем через 100 млн лет. До этого момента LIGO, вероятно, найдёт ещё много таких.

Столкновения нейтронных звёзд. Нейтронные звёзды, порождённые звёздами ещё более массивными, чем те, что порождают белых карликов, часто существуют в системах из нескольких звёзд. Недавно мы наблюдали сближение по спирали и слияние двух нейтронных звёзд: событие под названием килоновая. В данном случае излучается огромный импульс энергии, а также довольно большая порция массы. Событие, отмеченное в 2017 году, стало первым, когда мы смогли наблюдать за таким объектом как в гравитационных волнах, так и в электромагнитном диапазоне.

Столкновение черных дыр
Массы звёздных остатков можно измерять разными способами. На графике показаны массы чёрных дыр, обнаруженных при помощи наблюдения в электромагнитном диапазоне (пурпурные); чёрные дыры, обнаруженные по гравитационным дырам (синие); нейтронные звёзды, обнаруженные в электромагнитном диапазоне (жёлтые); массы нейтронных звёзд, слившихся в событии GW170817, которое мы наблюдали в гравитационных волнах (оранжевые). В результате слияния на краткое время появилась нейтронная звезда, быстро превратившаяся в чёрную дыру.

При слиянии двух нейтронных звёзд в одну они либо:

  • Становятся более массивной нейтронной звездой (если их сумма меньше 2,5 солнечной массы),
  • Становятся нейтронной звездой, которая крутится и схлопывается в чёрную дыру (если их сумма меньше 2,75 солнечной массы),
  • Сразу схлопываются в чёрную дыру (если их сумма больше 2,75 солнечной массы).

В ближайшие годы и десятилетия мы надеемся увидеть множество таких событий, чтобы ещё улучшить точность данных.

Столкновение черных дыр
Слияние двух чёрных дыр сравнимой массы – такое, какое наблюдали при помощи LIGO. В центрах некоторых галактик могут существовать сверхмассивные двойные чёрные дыры, и они выдадут сигнал куда как более сильный, чем изображённый здесь.

Столкновения чёрных дыр. При слиянии чёрной дыры с чёрной дырой получится ещё более массивная ЧД. Но есть подвох: порядка 5% их массы потеряется. В первом наблюдаемом нами слиянии участвовала ЧД 36 солнечных масс и ЧД 29 солнечных масс. Однако они породили ЧД с массой в 62 солнечных. Порядка трёх солнечных масс просто пропало.

Куда они делись? Они были испущены в виде гравитационного излучения: гравитационных волн, которые LIGO обнаружил на расстоянии в миллиард световых лет. В течение небольшого периода времени, длящегося меньше секунды, две сливающихся ЧД могут испустить больше энергии в наблюдаемую Вселенную, чем все существующие внутри неё звёзды в сумме.


Столкновение черных дыр
Обсерватория LIGO в Хэнфорде в штате Вашингтон, улавливающая гравитационные волны – один из трёх работающих в унисон детекторов, совместно с тем, что расположен в Ливингстоне в Лос-Анджелесе, и с детектором VIRGO в Италии.

Ожидается существование и других столкновений – ЧД с нейтронной звездой, нейтронной звезды с белым карликом, нейтронной звезды с нормальной звездой и даже чёрной дыры с нормальной звездой. Активные галактики или микроквазары могут быть порождены чёрной дырой, пожирающей звезду или облако газа. Нам ещё предстоит засечь подобные события, хотя мы уже нашли кандидата на звание объекта Торна — Житков: красного гиганта, в качестве ядра которого выступает нейтронная звезда. Космос, возможно, и весьма велик, но он далеко не пуст. Особенно внутри галактик и шаровых скоплений плотность планет, звёзд и звёздных остатков огромна, и столкновения, подобные описанным, там неизбежны. И к каким бы последствиям они не приводили, нам предстоит это выяснить!

Источник

PS: бонус для любителей праздника Helloween – Итан Сигель в костюме телескопа Джеймс Уэбб:

Столкновение черных дыр

 5,847 total views,  3 views today

Источник: golovanov.net

Что произошло?

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.


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.

Изображение: Caltech

Исследователи выдвигали и другие теории относительно того, что могло вызвать вспышку света. Однако они последовательно исключили такие версии, как «поедание» звезды, вспышка сверхновой или взрыв сверхмассивной черной дыры.

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.

Читать также

Посмотрите на закат в других мирах: как Солнце заходит на Марсе, Титане и Уране

Недалеко от нас обнаружены две суперземли: там могут найти жизнь

На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком

Источник: hightech.fm

Детекторы гравитационных волн зафиксировали сигнал от столкновения рекордно массивных чёрных дыр. В результате образовалась чёрная дыра нового класса, который ещё никогда не наблюдался с помощью гравитационных волн. Вместе с тем открытие не только порадовало астрономов, но и не на шутку их озадачило. Специалисты пока не могут сказать, откуда взялись такие массивные участники "ДТП".

Подробности открытия, которое войдёт в историю астрономии, описаны в двух научных статьях, опубликованных в изданиях Physical Review Letters и Astrophysical Journal Letters.

Всплеск гравитационных волн GW190521 был зафиксирован 21 мая 2019 года обоими действующими детекторами: LIGO в США и VIRGO в Италии. Это был достаточно надёжный результат. Вероятность того, что подобный сигнал является ложной тревогой, случайным совпадением шумов, пренебрежительно мала: подобный казус мог бы произойти раз в 4900 лет.

Анализ данных показал, что гравитационные волны были порождены столкновением двух чёрных дыр. Оно произошло в 9–25 миллиардах световых лет от Земли. Таким образом, это один из самых далёких когда-либо зафиксированных источников гравитационных волн. Но событие примечательно не только и не столько этим.

Интереснее то, что одна из участниц "ДТП" имела массу 71–106 солнц, а другая – 48–83 солнца (эти оценки верны с вероятностью 90%). В результате слияния этих тел образовалась чёрная дыра массой 126–170 солнц, а остальная масса превратилась в энергию гравитационных волн.

Эти цифры уникальны сразу по нескольким причинам. Во-первых, все три чёрные дыры являются самыми массивными из когда-либо обнаруженных с помощью гравитационных волн. Во-вторых, "итоговый" объект массой 126–170 солнц является первой чёрной дырой промежуточной массы, обнаруженной этим методом.

Напомним, что чёрные дыры промежуточной массы слишком массивны, чтобы образоваться при взрыве сверхновой, но всё же не заслуживают звания сверхмассивных. Таких объектов известно чрезвычайно мало, и до сих пор они обнаруживались только по рентгеновскому излучению падающего на них вещества. Теперь же учёные получили первое независимое подтверждение существования объектов этого класса.

Но вместе с ожидаемым триумфом природа преподнесла астрономам очередной сюрприз.

"Обнаруженная нами система настолько причудлива, что нарушает ряд предыдущих предположений о том, как образуются чёрные дыры, – рассказывает Каран Джани (Karan Jani) из коллаборации LIGO. – Нам потребовалось больше года, чтобы подтвердить существование этих экзотических чёрных дыр, и мы очень рады поделиться этим открытием со всем миром".

Дело в том, что с вероятностью более 99% хотя бы одна из столкнувшихся чёрных дыр тяжелее 65 солнц. Это значит, что она не могла образоваться при взрыве сверхновой.

Откуда же она взялась? Неужели астрономы наблюдали столкновение чёрных дыр, как минимум одна из которых сама является продуктом такого же столкновения? Или это результат слияния звёзд? Ответа пока нет.

"Мы изучили все известные сценарии, которые могли бы привести к возникновению этой чёрной дыры, но пока не имеем окончательного объяснения", – признаётся Джани.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о слиянии очень лёгких чёрных дыр и о столкновении чёрных дыр, масса которых различалась в несколько раз.

Источник: www.vesti.ru

Чёрные дыры — одни из наиболее таинственных объектов во Вселенной. Ещё более редки их столкновения. Недавно астрономы зафиксировали самое массовое слияние двух чёрных дыр из когда-либо наблюдаемых, в итоге чего образовалась сверхтяжёлая чёрная дыра, существование которой долгое время считалось невозможным. 

До сих пор учёным удавалось наблюдать дыры в двух диапазонах: превышающие массу Солнца в 5-100 раз или же в миллионы и миллиарды раз. А вот в промежуточном диапазоне за долгие годы исследований Вселенной не обнаружили ни одной чёрной дыры. Всё изменилось, когда исследователи из обсерватории LIGO при Массачусетском технологическом институте обнаружили неуловимую чёрную дыру массой 142 Солнца.

Найденный объект образовался в результате слияния двух чёрных дыр массой 66 и 85 Солнц. По словам астрономов, их столкновение произошло 7 миллиардов лет назад на расстоянии 5,3 миллиарда парсек. Точно увидеть такие объекты современная наука пока не может, именно для этого использовалось измерение ударных волн, вызванных слиянием. По словам учёных, объединение таких гигантских объектов деформирует пространство и время, создавая рябь в ткани Вселенной, выстреливая мощным ударом гравитационных волн.

Столкновение

Событие, получившее название GW190521, обнаружили 21 мая 2019 года. Астрономы рассказывают, что слияние длилось одну десятую секунды, а до Земли дошло четыре еле заметных волны. Исследователи до сих пор не полностью уверены в том, что это сигнал от чёрной дыры, поскольку подобные всплески могли принадлежать коллапсирующей звезде. Если им удастся подтвердить гипотезу, это будет означать обнаружение недостающего звена, представляющего особый интерес для научного сообщества.

Источник: 

Источник: 4pda.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.