Черных дыр на сегодняшний день
практически никто не сомневается но на
это потребовались десятки лет
исследований в этом году мы увидели
первое в истории
изображения черной дыры для этого
потребовались прорывные научные и
инженерные решения усилия 200 учёных со
всего мира несколько обсерваторий о
подробностях я уже рассказывал подобное
изображение черной дыры в центре нашей
галактики пока еще не было опубликовано
однако в том что оно существует
практически никто не сомневается
например более 20 лет наблюдений за
орбитами звезд в центре галактики
говорят о том что звезды движутся вокруг
невидимого непосредственно объекта и
подобно тому как мы в недавнем выпуске
считали массу юпитера с помощью
орбитальных параметров этих звезд можно
рассчитать массу центрального объекта и
она превышает 4 миллиона солнечных
другие наблюдения позволяют наложить
ограничения на размер объекта но его
современным представлением в таком
компактном пространстве обладать такой
огромной массой может только черная дыра
сверхмассивная черная
ее радиус шварцшильда около 11 миллионов
километров но как насчет черных дыр
звездной массы
ведь это объекты совсем другого масштаба
при массах от нескольких до нескольких
десятков солнечных радиус на котором
находится горизонт событий этих черных
дыр всего десятки километров
как обнаружить такой компактный объект
как найти черную дыру звездной массы
многие наверняка слышали в том числе и
от меня следующую краткую формулировку
дескать мы наблюдаем не непосредственно
самую черную дыру а излучение от
аккреционного диска но откуда мы знаем
что это именно черная дыра а скажи мне
нейтронная звезда или что то еще ведь то
что вы видите сейчас как любят говорить
некоторые комментаторы это просто
мультики
какие наблюдательные данные есть в
пользу существования черных дыр звездной
массы
об этом сегодня и поговорим и это
рубрика откуда мы знаем
итак вопрос когда была впервые
опубликованы идея об объекте со
свойствами черные дыры 1784 1920 1960-х
ладно ладно все понятно же что ответ
самый неочевидный 1784 наверняка вы уже
тысячу раз слышали эту формулировку что
черная дыра это такой объект настолько
сильной гравитацией что даже свет не
может ее покинуть но можно наглядно
расшифровать это утверждение давайте
опять же возьмем стандартный пример
землей если пушка выстреливает снаряд с
недостаточной скоростью то он падает на
землю как показанную на траекториях а и
b траектория c это уже выход на круговую
орбиту и для этого нужна первая
космическая скорость для земли она равна
примерно 7 целом 9 10 километрам в
секунду а вот чтобы снаряд покинул
пределы земли и улетел в открытый космос
нужна вторая космическая скорость для
земли она равна 11 целым 18 100
километров в секунду для юпитера 60,2
километра в секунду а для солнце уже 617
целых пятьдесят четыре сотых километров
в секунду так вот еще в 1783 84 годах
джон митчелл предположил существование
объекта с такими свойствами что вторая
космическая скорость для него будет
равна или даже превышать скорость света
и тогда как не может покинуть землю
снаряд при недостаточной скорости
такую темную звезду не сможет покинуть
даже свет а еще он предположил что такое
объект невозможно будет наблюдать
непосредственно а только по его влиянию
на другие объекты которые могли бы
находиться на его орбите ничего не
напоминает
а в двадцатом веке были эйнштейн
шварцшильд и другие
и решение уравнений из которых следовал
такой объект как черная дыра а затем
начали появляться первые наблюдательные
данные в подтверждение и так что за
наблюдательные данные
как я уже сказал сегодня мы
сфокусируемся на черных дырах звезды
массы
безусловно в этой теме большое
количество нюансов и на все детали ушло
бы несколько часов поэтому я расскажу о
некоторых основных принципах 60-х годах
учёные стали открывать астрономические
источники рентгеновского излучения
сейчас вы видите уже современную карту
поскольку наша атмосфера непрозрачна для
рентгена
это стало возможным после того как
удалось поднять детекторы рентгена
достаточно высоко например на
метеорологических ракетах сегодня же
известно большое количество
рентгеновских источников как нашей так и
в других галактиках
что такого особенного в рентгеновском
излучении мы с вами с нашей температурой
тела излучаем в инфракрасном диапазоне
достаточно нагретый кусок металла еще
излучает в оптическом что мы видим как
свет своими глазами и то и другое
электромагнитное излучение отличающиеся
длиной волны у рентгеновского излучения
длина волны гораздо короче чтобы
вещество начала излучать в этом
диапазоне
его нужно нагреть до миллионов градусов
то есть в этих рентгеновских источниках
протекают такие процессы которые могут
поддерживать такую температуру для
сравнения температура нашего солнца на
поверхности 5770 кельвинов или пять с
половиной тысяч градусов цельсия и
значительная часть излучения солнца в
видимом диапазоне
хотя солнце тоже излучает в рентгене но
не поверхность а в основном корона
атмосфера солнца температура которой
миллионы градусов на этом изображение
солнца в рентгене
его поверхность темная а загадки такой
разнице температур поверхности и
атмосферы
я делал отдельный ролик но светимость
нашего солнца в рентгене сотни тысяч и
иногда даже в миллиарды раз слабее таких
рентгеновских источников далее мы так же
знаем что большая часть звезд по крайней
мере в нашей галактики находятся не в
одиночных как наша солнечная а в двойных
и тройных
и системах больше кратности и далеко не
все двойные звезды мы способны разрешить
с помощью телескопов то есть сам объект
для нас выглядит как одиночная звезда но
разными способами мы можем узнать что на
самом деле их там 2
это и спектроскопические двойные из
отменные и astra метрические так вот из
астрономических рентгеновских источников
выделяют такой особый тип двойных звезд
как рентгеновские двойные и они также
делятся на классы рентгеновские двойные
звезды состоят из невидимого компактного
объекта и 2 скажем так обычной звезды
многие такие двойные системы не
поддерживают постоянно один уровень
излучения у них есть фазы особой
активности когда рентген доминирует а
еще периоды относительного спокойствия
когда мы уже можем лучше наблюдать
обычную звезду донора и получить они
больше информации в общих чертах процесс
в котором вырабатывает это рентгеновское
излучение выглядят так невидимый
компактный массивный объект притягивает
на себя вещество звездного ветра или
непосредственно вещество самой 2 звезды
донора вещество формируют аккреционный
диск вокруг компактного объекта где газ
в результате трения нагревается до
миллионов градусов и излучает в рентгене
который мы фиксируем на земле заметьте в
предыдущем пассажи я говорил компактный
объект не черная дыра даже если не
говорить о черной дыре откуда мы вообще
знаем что этот объект компактный об этом
может говорить и отношении температуры и
светимости а еще например такой аргумент
эти рентгеновские источники являются
переменными то есть их яркость постоянно
меняется причем очень быстро например
100 раз в секунду она может измениться в
два и более раз и уже только одно это
говорит о размере области из которой
исходит излучение представим что мы
наблюдаем некий объект и он изменяет
яркость поскольку сигнал идет о нас со
скоростью света от этой области сигнал
до нас дойдет чуть быстрее чем от этой и
соответственно этой и если объект
увеличивает яркость на кривой блеска это
будет отражено не вот так мгновенно
а из-за задержки более плавно например
если изменения яркости происходят
течение 2 часов
это позволяет наложить ограничения на
размер объекта в пределах двух световых
часов но наш рентгеновский источник
изменяет яркость не два часа а 100 раз в
секунду
что накладывает ограничение на размер
области в одну сотую световой секунды
что примерно равно трем тысячам
километров значит эта область должна
быть не больше трех тысяч километров в
поперечнике вы можете вспомнить что
гравитационный радиус самой черной дыры
лишь десятки километров но мы не говорим
о не об области откуда исходят излучения
то есть об окружающем ее в газе и так
рентгеновское излучение на много
порядков мощнее солнца происходит из
области диаметром меньше луны и уже так
мы знаем что невидимый объект системе
компактный ну и такое количество энергии
в таком небольшом пространстве может
вырабатывать только что-то компактная и
массивная а значит обладающая мощной
гравитации и на эту роль подходит черные
дыры и нейтронные звезды теоретический
предел по массе для нейтронных звезд
находится где то в районе двух солнечных
масс масса одно из самых массивных
известных нейтронных звезд 2,14
солнечных при превышении предела
оппенгеймера волкова
нейтронная звезда уже должна скал обсе
ровать в черную дыру в итоге если
компактный объект окажется заметно
массивнее этого предела скажем 5
солнечных масс
это уже будет серьезным аргументом
пользу того что это черная дыра ну а
значит следующий важнейший параметр
который нам нужно хотя бы приблизительно
узнать это масса
итак у нас есть два объекта вращающиеся
вокруг общего центра масс
как я говорил вначале зная орбитальные
параметры можно рассчитать массу в
случае с двойными рентгеновскими
звездами у нас нет такой роскоши и как с
тем же юпитером когда мы можем наблюдать
в телескоп непосредственно спутники и
легко получить орбитальный период и
радиус сейчас вы видите рентгеновское
изображение полученные телескопом чандра
двойной лебедь x-1 ставший первым
кандидатом в двойные с черной дырой
однако даже если мы не видим одного из
компонентов двойной системы мы можем
увидеть его влияние
ученые наблюдают за видимой звездой
донором и параметр который мы можем
получить при определенном ракурсе
это лучевая скорость то есть скорость с
которой звезда удаляется от наблюдателя
или приближается к нему измеряется она с
помощью спектроскопии и эффекта доплера
вс кого смещения когда линию спектре
звезды смещаются в красную сторону
значит она удаляется от нас а когда в
синюю приближаются и так можно измерить
скорость например относительно фоновые
удаленной звезды наблюдая за звездой
двойной системе в течение какого-то
времени да и это лучше делать в период
спокойствия рентгеновской двойной мы
видим что она то приближается к нам то
удаляется от нас и это происходит как
раз из-за того что она движется по
орбите вокруг центра масс
вместе со вторым невидимым компаньоном
на основе этих измерений можно уже
построить вот такую кривую угловой
скорости и из неё мы уже видим сразу два
параметра во-первых орбитальный период
то есть сколько времени требуется чтобы
совершить крупа орбите
а также амплитуду кривой поскольку мы
наблюдаем лишь лучевую скорость они всю
орбиту целиком мы не можем посчитать
сразу точные массы компонентов для этого
нам нужны еще параметры и в частности
угол наклона орбиты по отношению к нам
ведь она может быть расположена так так
или так однако уже только кривая угловой
скорости позволяет нам рассчитать такой
параметр как функция масс и она дает нам
ограничение на меня
массу ли невидимого компактного
компонента если удается получить
и угол наклона что в некоторых случаях
возможно удается рассчитать более точную
массу но даже без уточнения случае
многих известных двойных рентгеновских
систем минимальная возможная масса для
невидимого компонента превышает 5
солнечно или даже больше не вероятнее
всего это черная дыра кроме массы
еще одно важное свойство черной дыры
которая также отличает ее от нейтронные
звезды это наличие горизонта событий той
самой границе из-за которой уже ничто не
может выбраться даже свет что может
указать на наличие горизонта событий как
я уже сказал после периода активной
аккреции в двойных рентгеновских
системах наступает период затишья и что
особенно интересно двойные с нейтронными
звездами могут быть сто раз ярче чем
системы с кандидатами в черные дыры в
период затишья
дело в том что газ обладающая энергией
постепенно теряя момент импульса падает
на чёрную дыру за горизонт событий и все
газ становится частью массы черной дыры
и уже не может излучить из-за горизонта
событий
однако в случае с нейтронной звездой
обладающий вполне видимой поверхностью
господа и на неё накапливается
нагревается и случает что мы не видим ни
как вывод отсутствие такого излучения
когда господа и ты компактный объект
говорит о том что объект может обладает
горизонтом событий который свет не может
покинуть
и значит это черная дыра еще ученые
разными способами
измеряют параметры вращения вещества
вокруг черной дыры
что может указать на вращение самой
черной дыры и это еще один важнейший
параметр
ну и это конечно далеко не все прошлом
astra обзоре я рассказывал об
обнаружении предположительно 1 не
взаимодействующие черной дыры звездной
массы а еще я ничего не сказал о
современных измерениях гравитационных
волн которые в том числе могут
происходить от слияния черных
что также позволяет узнать их параметры
но это тема для отдельного видео конечно
у методов о которых я сегодня
рассказывал есть свои погрешности и
ограничения и может оказаться что это не
черные дыры какие-нибудь совершенно
неизвестные экзотические объекты наука
прошла большой путь от просто идеей до
того понимание что мы имеем сегодня и
суммируя все имеющиеся на сегодняшний
день наблюдательные данные теории
расчета и модели лучшим объяснением тому
что мы видим являются именно черные дыры
если хотите поддержать канал переходите
и регистрируйтесь по ссылке в описании и
да мне часто пишут что и мне пришло
уведомление о выходе нового видео как
работает youtube так что буду благодарен
если вы еще нажмете колокольчик все
ссылки на источники как всегда в
описании и спасибо всем кто поддерживает
меня на патреоне на ю тубе
и всеми другими способами пока
