Астрономы с поразительной точностью предугадали танец пары чёрных дыр

2020-4-30 16:27

Учёные спрогнозировали движение пары сверхмассивных чёрных дыр с точностью до нескольких часов, а также проверили, есть ли у этих монстров волосы.

Учёные невероятно точно (до нескольких часов) спрогнозировали движение пары сверхмассивных чёрных дыр. Кроме того, они проверили знаменитую теорему о том, что у чёрных дыр нет волос.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal Letters.

Танец гигантов

Центральная чёрная дыра галактики OJ 287, расположенной в 3,5 миллиарда световых лет от Земли, — одна из самых массивных среди известных науке. Её масса достигает 18 миллиардов (!) солнц. Рядом с ней её спутник, чёрная дыра массой в 150 миллионов солнц, выглядит малюткой.

Эта "крошка" делает полный оборот вокруг своей колоссальной подруги примерно за 12 лет. Каждый раз она врезается в газовый диск, окружающий центральное тело. Это столкновение порождает больше излучения, чем триллион звёзд (к слову, в Млечном Пути их вдесятеро меньше). На короткое время система становится в четыре раза ярче, чем обычно.

Орбита небольшой чёрной дыры смещается после каждого оборота. Она поворачивается и меняет наклон относительно газового диска. Поэтому небесное тело погружается в облако вещества на разных участках своей траектории, и вспышки происходят нерегулярно. Иногда между ними проходит год, а иногда — десять.

Вычислить, когда случится следующее столкновение чёрной дыры с диском газа — интересная задача. Она позволяет проверить, насколько хорошо учёные понимают физику чёрных дыр.

Поясним, что движение в такой системе гораздо сложнее, чем, например, обращение Земли вокруг Солнца. Закона тяготения Ньютона уже недостаточно, чтобы правильно рассчитать траекторию. Приходится учитывать эффекты общей теории относительности Эйнштейна, в том числе излучение гравитационных волн. Имеет значение и распределение массы внутри чёрной дыры. Только при точном учёте всех этих факторов можно успешно спрогнозировать, когда же произойдёт очередная вспышка.

В 2018 году группа во главе с Ланкесваром Деем (Lankeswar Dey) из Института фундаментальных исследований Тата в Индии опубликовала статью, в которой спрогнозировала момент следующей вспышки (31 июля 2019 года) с точностью до четырёх часов.

 

Прощальный подарок "Спитцера"

Учёные оказались правы. Вспышка действительно произошла в назначенное время с точностью до четырёх часов, о чём авторы и сообщают в новой статье.

При этом наблюдать это явление удалось практически чудом. 31 июля 2019 года галактику OJ 287 от всех наземных и околоземных космических телескопов заслоняло Солнце. Человечество просто не узнало бы об этой вспышке, если бы не инфракрасный телескоп Spitzer.

Эта обсерватория была запущена в 2003 году и за более чем 16 лет работы принесла огромное количество открытий. Но аппарат постепенно отдалялся от Земли, и работать с ним становилось всё труднее. В середине 2019 года "Спитцер" находился уже более чем в 600 раз дальше от нашей планеты, чем Луна. Это стало одной из главных причин, по которым миссия телескопа была завершена в январе 2020 года.

Но именно эта огромная дистанция сыграла на руку астрономам 31 июля 2019 года. Аппарат в гордом одиночестве обозревал OJ 287 с другой позиции, и Солнце ему не мешало.

"Удивительная удача, что мы смогли запечатлеть пик этой вспышки с помощью "Спитцера", потому что никакие другие инструменты, созданные человеком, не были на это способны в тот конкретный момент времени", — признаётся первый автор статьи Сеппо Лэйн (Seppo Laine) из Калифорнийского технологического института.

Чёрным дырам не нужны парикмахеры

Эта работа помогла экспертам проверить одно из чрезвычайно важных утверждений о чёрных дырах.

Как мы уже упоминали, при расчёте траектории меньшей чёрной дыры нужно учитывать, как распределена масса большей. В этом астрономы опирались на фундаментальную теорему, выведенную в 1960-х годах. Она утверждает, что у чёрной дыры не может быть никаких характеристик, кроме массы, момента импульса и электрического заряда. Две чёрные дыры, у которых совпадают три этих параметра, нельзя отличить друг от друга. Это утверждение часто формулируется в виде афоризма "У чёрных дыр нет волос", то есть индивидуальных особенностей.

Этот тезис — один из важнейших в физике чёрных дыр. И вот пара сверхмассивных монстров в галактике OJ 287 помогла наблюдателям проверить это теоретическое положение.

Ведь в числе прочего из теоремы следует, что чёрная дыра симметрична относительно оси вращения. Она не может иметь выпуклостей и впадин на своей поверхности (точнее, горизонте событий). Именно из такого распределения массы и исходили исследователи. И их расчёты блестяще подтвердились наблюдениями "Спитцера".

Так прославленный космический телескоп сделал человечеству прощальный подарок, позволив специалистам удостовериться, что они действительно хорошо понимают физику чёрных дыр, и, в частности, что теорема об отсутствии волос работает.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о о другой проверке упомянутой теоремы. Рассказывали мы и о рекордно тесной паре сверхмассивных чёрных дыр.

Подробнее читайте на ...

чёрных дыр дыры чёрной 287 2019 сверхмассивных точностью

Сверхмассивная непоседа: учёные впервые заметили движение чёрной дыры

Астрофизики из Гарварда решили проверить, правда ли сверхмассивные чёрные дыры настолько массивны, что прикованы к центру своих галактик. В итоге они впервые описали одну чёрную дыру, которой, похоже, не сидится на месте. vesti.ru »

2021-03-15 18:10

Открытия и рекорды: что третий сезон поиска гравитационных волн рассказал о чёрных дырах

Астрономы подвели итоги третьего сезона поиска гравитационных волн. За это время было обнаружено рекордное количество столкновений чёрных дыр и сделаны неожиданные открытия. vesti.ru »

2020-10-31 12:50

Столкновение монстров: обнаружено слияние чёрных дыр рекордной массы

Детекторы гравитационных волн зафиксировали сигнал от столкновения рекордно массивных чёрных дыр. Это открытие не только порадовало астрономов, но и не на шутку их озадачило. vesti.ru »

2020-09-03 12:27

Астрономы впервые увидели свет столкновения чёрных дыр

Обычно столкновения чёрных дыр проходят совершенно незаметно для телескопов. И вот теперь учёные впервые зафиксировали вспышку света, порождённую таким катаклизмом. Открытие может стать основой нового метода изучения чёрных дыр. vesti.ru »

2020-06-26 12:43

Учёные обнаружили тысячи чёрных дыр в центре Млечного Пути

Учёные из Колумбийского университета выяснили, что прямо в центре "домашней" галактики Млечный Путь находятся тысячи источников излучения рентгеновских лучей — массивных чёрных дыр. С помощью телескопа Chandra учёные определили, что до ближайших источников излучения буквально "рукой подать" — всего несколько световых лет. life.ru »

2018-04-05 13:54

Ультрамассивные чёрные дыры окончательно запутали историю галактик

Наблюдая сектор неба с особо яркими скоплениями галактик, международная группа астрономов показала, что 40 процентов чёрных дыр в центрах галактик там весят больше 10 миллиардов масс Солнца. Это аномально большая концентрация столь тяжёлых объектов. life.ru »

2018-02-20 18:35

Физики придумали, как найти среди чёрных дыр ровесниц Вселенной

Предложен способ поиска чёрных дыр, возникших в первые минуты после Большого взрыва. Их существование теоретически предсказано Зельдовичем и Хокингом сорок лет назад, но наблюдать их пока не удавалось. vesti.ru »

2017-12-01 17:16

Астрономы обнаружили рекордно тесную пару сверхмассивных чёрных дыр

Объект, который астрономы ранее считали частью туманности Андромеды, оказался самой тесной за всю историю наблюдений парой сверхмассивных чёрных дыр. vesti.ru »

2017-12-01 12:18

Бразильский физик предлагает искать следы чёрных дыр из предыдущей Вселенной

Бразильский физик Джулиано Невес предлагает пересмотреть Стандартную космологическую модель. Добавив в уравнения новую зависимость, он получил модель Вселенной, которая периодически расширяется и сжимается, не попадая в состояние сингулярности. vesti.ru »

2017-11-29 15:17

Эксперт прокомментировал обнаружение двух спаренных чёрных дыр

Астроном Уссурийской астрофизической обсерватории Игорь Лопин прокомментировал обнаружение учёными двух спаренных чёрных дыр.
Читать далее russian.rt.com »

2017-06-28 23:46

Астрономы наблюдали невероятно медленный "танец" двух сверхмассивных чёрных дыр

Астрономы зафиксировали необычное танцевальное представление в самом центре одной огромной галактики. Танцорами выступают две сверхмассивные чёрные дыры, общая масса которых превышает массу Солнца в 15 миллиардов раз. vesti.ru »

2017-06-28 16:02

В Кремле наградят учёных-астрофизиков за теорию роста чёрных дыр

Государственную премию России за создание теории дисковой аккреции вещества на чёрные дыры присудили российским астрофизикам Николаю Шакуре и Рашиду Сюняеву, указ о вручении премии озвучил помощник президента России Андрей Фурсенко. Читать далее russian.rt.com »

2017-06-07 12:38

Звёзды рождаются даже в "ветрах", сквозящих из сверхмассивных чёрных дыр

Астрономы описали новый процесс звёздообразования, который имеет место исключительно в экстремальных условиях. Учёные предполагают, что открытие может изменить представление о свойствах и эволюции галактик. vesti.ru »

2017-03-30 10:12

Звёзды рождаются в "ветрах", сквозящих из сверхмассивных чёрных дыр

Астрономы описали новый процесс звёздообразования, который имеет место исключительно в экстремальных условиях. Учёные предполагают, что открытие может изменить представление о свойствах и эволюции галактик. vesti.ru »

2017-03-30 10:12