Теоретические работы и наблюдения за эффектами черных дыр получили признание Нобелевского комитета в этом году. Премия в области физики досталась Роджеру Пенроузу, Рейнхарду Гензелю и Андреа Гез.
Физика и другие смежные области науки, такие как отмеченная наградами астрономия и космология, настолько сложны, что сегодня трудно вознаградить только одного человека за вклад или отметить только конкретное открытие или теорию.
Рассмотрим предыдущие награды, связанные с астрономией:
- Нобелевская премия по физике 2015 г. - Такааки Кадзита и Артур Б. Макдональд за доказательство массы нейтрино
- Нобелевская премия по физике 2017 - Райнер Вайс, Барри С. Бариш и Кип С. Торн за их вклад в создание детектора LIGO для наблюдения гравитационных волн
- Нобелевская премия по физике 2019 года - Джеймс Пиблз за развитие теоретической космологии и Мишель Майор и Дидье Келоз за открытие первой экзопланеты вокруг звезды солнечного типа
2020 год снова приносит нам награду для трех человек, на этот раз связанной с очень сложной и интересной темой - черными дырами .
Победителями стали:
- Роджер Пенроуз, открывший, что образование черных дыр является естественным следствием общей теории относительности,
- Рейнхард Гензель и Адреа Гез были отмечены за независимое открытие сверхмассивного компактного объекта в центре Галактики . Как всегда, существование такой совокупности материи было предсказано намного раньше, но Нобелевская премия имеет свои правила и благоприятствует тем, кто сделал что-то осязаемое. Наблюдения за таким объектом, который можно отождествить с черной дырой, как раз и есть.
Черные дыры, то, что очаровывает Роджера Пенроуза
Роджер Пенроуз - один из самых выдающихся ученых нашего времени, хотя он уже является членом старой гвардии. Он родился в 1931 году в Великобритании. Вместе с Хокингом он стал одним из основателей теории черной дыры, и жаль, что последняя не получила должного признания. Видимо, его исследования были слишком оторваны от реальности, слишком углубились в анализ различных возможностей существования, которые трудно подтвердить на практике. Они оба были экспертами в теории черных дыр, придерживались разных взглядов на этот предмет, и, как видите, Роджер получил награду. Как говорится, чем проще описать факты, тем больше людей вас поймут.
Почему он не получил награду за черные дыры Эйнштейна? При его жизни это все еще было в высшей степени теоретической концепцией, и сам блестящий физик до конца не верил в их существование. Только в 1965 году, через десять лет после смерти Эйнштейна, молодой 35-летний Роджер Пенроуз доказал, что черные дыры могут образовываться, и описал их основные свойства. Что бы ни говорили с тех пор о черных дырах, мы всегда ссылаемся на модель, изложенную для нас Пенроузом. То есть компактный объект с такой большой массой, что даже свет не может преодолеть его гравитацию, и внутри которого перестают применяться общепринятые законы физики и концепция пространства-времени. Объект, который, вопреки предыдущим предсказаниям, не обязательно должен быть идеально сферическим и симметричным.
Черные дыры, хотя и кажутся полностью оторванными от нашей реальности, считаются самым сильным следствием общей теории относительности в работе Роджера Пенроуза, опубликованной в январе 1965 года, как наиболее важный теоретический документ, дополняющий работу Эйнштейна.
Откуда берутся черные дыры?
Черные дыры могут происходить из разных источников. Некоторые теории (Хокинг) предсказывают их существование с незапамятных времен в виде первичных объектов. Они не обязательно должны быть массивными. Достаточно, чтобы данный объект был достаточно компактным.
Однако общепринятое мнение состоит в том, что Черная дыра - это объект, возникший в результате гравитационного коллапса очень массивной звезды. Настолько массивен, что может привести к стадии возгорания в своей оболочке, где делается попытка сжечь железо. Однако это не удается. Звезда теряет источник излучения, который уравновешивает гравитационную силу, сжимающую вещество, и коллапсирует в сингулярность. Вокруг него так называемый горизонт событий. Материя, которая его превосходит, не может вернуться в нашу вселенную в том же виде. На этом этапе есть возможность подумать, что будет дальше, но это более сложная ветвь астрономии.
Формирование черной дыры, как описано выше, происходит в результате процесса, называемого взрывом сверхновой, который на время ярче, чем вся галактика (видео выше). Солнце не будет сверхновой, потому что оно слишком светлое. Для этого нужен вес в несколько раз больше. Кроме того, во время взрыва сверхновой большая часть вещества выбрасывается в космос, и только часть массы исходной звезды коллапсирует.
Черная дыра может питаться материей, высасываемой из близлежащих объектов, и, таким образом, увеличивать ее массу. Однако вопрос о том, как создаются очень массивные объекты, все еще остается предметом открытых споров. Очень массовые, то есть те, чьи наблюдения - второе из достижений 2020 года.
Звездные изгибы или возмущения орбит звезд вблизи центра Галактики
Теория всегда приобретает ценность, когда вы связываете ее с наблюдением. Объекты, которые заслуживают названия черных дыр, встречаются в разных местах, но самые впечатляющие из них - это всегда скопления материи в центрах галактик. В нашей галактике таким объектом является область, известная как Стрелец A *. Это название дал ему Харлоу Шепли, определивший местоположение центра галактики в 1960-х годах. Название происходит от созвездия Стрелец или Стрелец.
Именно здесь прячется сверхмассивный объект, который мы не увидим напрямую ни на одной фотографии, но чье влияние на орбиты ближайших звезд можно наблюдать напрямую.
Именно этим занимаются Райнхард Гензель и Андреа Гез с начала 1990-х годов. Они не только принимали участие в наблюдениях, но и как люди, управляющие своими проектами и задававшие им тон, считались самыми достойными наградами. Награждение двух команд также является доказательством того, что в настоящее время две независимые группы астрофизиков могут прийти к одному и тому же выводу и нет оснований считать действия одной более важными, чем действия другой.
Увидеть центр Галактики непросто. Большая его часть тщательно скрыта облаками межзвездной пыли и газа, которые блокируют свет звезд, достигающий нас. Что у нас есть возможность увидеть, особенно когда мы посещаем страны, расположенные ближе к экватору, поскольку свечение центра Галактики - это в первую очередь свет окружающей материи. Заглянуть глубже в центр Млечного Пути можно только с помощью самых мощных телескопов.
Оснащенные технологиями, компенсирующими разрушительное воздействие атмосферных колебаний, и сверхчувствительными цифровыми детекторами, эти телескопы позволяют точно наблюдать положение звезд (так называемая астрометрия). Именно мониторинг изменения их положения позволил оценить правильность теорий, определяющих поведение вещества в центре Галактики, который образован очень массивным компактным объектом. Ниже представлена симуляция движения звезд вокруг Стрельца A *.
Это черная дыра, масса которой в 4 миллиона раз больше массы Солнца. Мы тоже вместе с Солнечной системой вращаемся вокруг этого центра, но, во-первых, мы находимся на расстоянии 26 000 световых лет от нас, а для того, чтобы завершить полный круг вокруг центра Галактики, требуется около 250 миллионов лет. Между тем, звезда, которая вращается вокруг Стрельца A * в непосредственной близости от нее, имеет очень узкую орбиту. Когда он полностью увеличен, это примерно такое же расстояние, как Плутон от Солнца (около 40 а.е. или Земля-Солнце). В этот момент он движется со скоростью 7000 км / с, что примерно в 0,023 раза больше скорости света.
Это в 1500 раз быстрее, чем средняя орбитальная скорость Плутона вокруг Солнца. Наша карликовая планета имеет удлиненную орбиту, но по сравнению с ближайшим центром звезды она идеально круглая. Эта звезда, помеченная как S2, вращается вокруг черной дыры в центре Галактики примерно за 16 лет.
Источник: nobelprize.org, инф. Собственное, фото: NASA, видео: ESO
