Кольцо черной дыры как сделать
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 18.09.2024
Черная дыра — это объект с экстремальной гравитацией, которая настолько сильна, что не позволяет даже свету покинуть его окрестности. Расстояние, на котором даже радиально движущиеся фотоны не способны удалиться от черной дыры на бесконечность, называется горизонтом событий. Обычно именно он принимается за размер черной дыры.
В апреле 2019 года впервые было получено изображение тени черной дыры. Это было сделано при помощи Телескопа горизонта событий — радиоинтерферометрической сети телескопов, которые собирали данные на длине волны в 1,3 миллиметра. На нем видно размытое светящееся кольцо, окружающее темную область — тень черной дыры.
Однако эта область с диаметром около сорока микросекунд дуги примерно в два с половиной раз больше горизонта событий, так как не существует траекторий фотонов, проходящих так близко к дыре и достигающих наблюдателя на Земле. Иначе можно сказать, что все лучи зрения, проходящие внутри кольца, оканчиваются на горизонте событий, но некоторым при этом придется значительно искривиться вблизи черной дыры.
Из теории следует, что вокруг черной дыры должен быть виден бесконечный набор вложенных кольцеобразных изображений Вселенной, которые соответствуют траекториям фотонов, сделавших разное количество полуоборотов вокруг черной дыры перед движением к наблюдателю. Эта структура не видна на полученном в прошлом году изображении, так как его углового разрешения недостаточно для этого. Ученые хотели бы рассмотреть эти подкольца, так как анализ их параметров позволил бы с высокой точностью измерить характеристики черной дыры (массу и момент вращения), а также на новом уровне протестировать предсказания общей теории относительности.
Окружающий черную дыру аккреционный диск из раскаленного вещества является доминирующим источником излучения в ее окрестности. Поэтому при наблюдении черной дыры мы регистрируем как непосредственное свечение диска, так и многочисленные кольца, которые оказываются искаженными изображениями того же диска, пришедшими к наблюдателю с различными временными задержками. Теоретические оценки показывают, что общая яркость колец составляет порядка десяти процентов от суммарной.
Изображение черной дыры состоит из свечения аккреционного диска и бесконечной последовательности более резких, более тусклых и более близких к границе тени черной дыры подколец
Этот снимок подтвердил многие наши представления о черных дырах.
Но наука не остановилась, когда появилась фотография. Ученые выполнили расчеты на основе того, что узнали об M87* в сочетании с общей теории относительности, чтобы дополнительно предсказать, как однажды мы увидим эти объекты в деталях.
Черные дыры невероятно гравитационно интенсивны. Они не только настолько массивны, что даже скорость света слишком мала, чтобы избежать гравитационного притяжения, они также изгибают путь прохождения света вокруг них, за горизонтом событий.
Это также известно как самая стабильная внутренняя орбита, и вы можете видеть это на изображении ниже, созданном астрофизиком Жаном-Пьером Люмине в 1978 году.
Модели окружения черной дыры предполагают, что фотонное кольцо должно создавать сложную субструктуру, состоящую из бесконечных световых колец — немного похоже на эффект, который вы видите в бесконечном зеркале.
(Event Horizon Telescope)
На этой исторической первой фотографии M87* (выше) мы видим аккреционный диск — это светящаяся оранжево-золотая часть. Черная часть в центре — тень черной дыры. На самом деле мы не можем видеть фотонную сферу, поскольку разрешение недостаточно высокое, чтобы разобрать его, но оно должно располагаться по краю тени черной дыры.
Если бы мы могли его увидеть, то это кольцо расскажет нам очень важные вещи о черной дыре. Размер кольца может сказать нам массу, размер и скорость вращения черной дыры. Мы можем определить их по аккреционному диску, но кольцо фотонов позволило бы нам дополнительно ограничить данные для более точного измерения.
Итак, Джонсон и его команда использовали моделирование для определения возможности обнаружения фотонных колец в будущих наблюдениях. Они обнаружили, что это можно сделать, хотя это будет нелегко.
Снимок M87* был подвигом изобретательности и сотрудничества. Телескопы по всему миру работали вместе для создания очень длинного базового интерферометра, называемого телескопом горизонта событий, где точные расстояния и временные различия между телескопами в массиве можно рассчитать, чтобы склеить их наблюдения. Это — в очень, очень простых терминах — похоже на наличие одного телескопа размером с Землю.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Источники: Фото: Фотоны вращающиеся вокруг черной дыры. (Николь Р. Фуллер / NSF)
Один комментарий
Время, Пространство, Звезды и… даже сама Вселенная. Все это существует, только в человеческой голове.
объясняю:
1. Наша физическая Реальность определяется нашими ощущениями, работу которых контролирует наш мозг. В свою очередь, работа нашего мозга прямым образом зависит от условий существования нашего мозга. В данном случае, от планеты Земля. Человек это биологический организм, а человеческий мозг это совершенная, но очень уязвимая органическая структура. На работу человеческого мозга, наибольшее влияние оказывают два фактора это гравитация и радиация. Есть еще целый ряд факторов: атмосфера, температура. давление, влажность и др. Но определяющие факторы это Гравитация и Радиация. Любые, даже незначительные, изменения при долговременном воздействии этих факторов на мозг человека, приводят к серьезным сбоям и изменениям в работе мозга человека…
2. Все в этом Мире не так просто, как нам кажется, и как мы думаем.
Получая любую, в том числе и совершенно новую и незнакомую информацию, наш Мозг перекодирует получаемую информацию и преподносит ее человеку уже в знакомом и отработанным для человека визуальном образе. Наш МОЗГ постоянно создает для нас знакомые нам визуальные образы, даже тогда, когда мы разглядываем в телескоп лунный ландшафт или фотографию марсианского пейзажа…
Всё, что мы знаем об окружающем нас мире, получено нашими органами чувств и синтезировано мозгом в образы, понятные нам. Всё, что мы видим, слышим, ощущаем….существует только в нашей голове. Всё нарисовано нашим мозгом. Мир окажется Совершенно Другим, если изменить спектр восприятия нашим глазом электромагнитного излучения, или увеличить диапазон частот, воспринимаемых нашим ухом, или если добавить новые органы чувств, для восприятия ЭМ и Гравитационных полей и т. д .
Как на самом деле выглядят, Звезды, Планеты, Черная дыра, НЛО… и что это такое, мы не знаем и вряд ли когда — либо это узнаем.
На визуализации обозначены основные элементы: тень чёрной дыры; фотонное кольцо; аккреационный диск; задняя часть диска, которая из-за гравитационного искажения видна сверху и снизу, и допплеровское свечение (газ на аккреационном диске светится ярче при движении по направлению к наблюдателю). Иллюстрация: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Центр космических полетов Годдарда опубликовал максимально детализированные статические изображения и анимацию, как будут выглядеть окрестности чёрной дыры для внешнего наблюдателя (видео 4K).
Научная визуализация имитирует рождение чёрной дыры, когда падающий диффузный материал собирается в тонкую, горячую структуру — аккреционный диск. Экстремальная гравитация черной дыры искажает свет, испускаемый различными областями диска, деформируя её внешний вид.
На поверхности диска постоянно формируются и рассеиваются яркие узлы по мере того, как магнитные поля закручиваются через газовую смесь. Ближе всего к чёрной дыре газ вращается со скоростью, близкой к скорости света, в то время как внешние части вращаются немного медленнее. Это различие растягивает и разрезает яркие узлы, производя светлые и тёмные полосы в диске.
Видео: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Если посмотреть сбоку, турбулентный газовый диск, вращающийся вокруг чёрной дыры, приобретает сумасшедший двугорбый вид. Экстремальное гравитационное поле чёрной дыры перенаправляет и искажает свет, идущий из разных частей диска — и конкретная картинка, которую мы видим, зависит от нашего угла обзора. Наибольшее искажение возникает при взгляде на систему сбоку.
При таком угле зрения диск выглядит ярче слева, чем справа. Светящийся газ на левой стороне диска движется к нам так быстро, что яркость увеличивается из-за эффектов теории относительности Эйнштейна. На правой стороне происходит противоположное: там удаляющийся газ становится немного более тусклым. Эта асимметрия исчезает, когда мы смотрим на диск точно сверху или снизу, потому что с этой точки зрения ничто не движется вдоль нашей линии зрения.
Увеличенное изображение центрального региона чёрной дыры. Видео: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Ещё более увеличенное изображение центрального региона чёрной дыры с фокусом на фотонное кольцо. Видео: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Поскольку чёрная дыра, смоделированная в этой визуализации, является сферической, фотонное кольцо выглядит почти круглым и одинаково с любого угла обзора. Внутри фотонного кольца находится тень черной дыры, площадь которой примерно вдвое больше горизонта событий.
В последних словах Джереми Шнитман имеет в виду историческое событие, которое произошло 10 апреля 2019 года. В этот день команда телескопа Event Horizon опубликовала первое в истории изображение тени чёрной дыры, созданное на основе радионаблюдений в центре галактики M87.
Изображение Event Horizon Telescope Collaboration
У сверхмассивной чёрной дыры в галактике М87 диаметр 40 миллиардов километров, её тень в 2,5 раза больше (100 миллиардов километров), а вокруг вращается аккреционный диск поглощаемого газа ещё в несколько раз шире.
Теория относительности предсказывает, что мощное гравитационное поле заставляет свет огибать черную дыру, образуя яркое кольцо вокруг ее силуэта, а также заставляет окружающий материал вращаться вокруг нее со скоростью, близкой к скорости света. Яркое кривое кольцо на полученных фотографиях предлагает визуальное подтверждение этих эффектов: материал, движущийся в кольце в нашу сторону, оказывается более ярким, чем тот, который движется от нас.
Из этих изображений астрофизики вычислили, что черная дыра примерно в 6.5 миллиардов раз массивнее нашего Солнца. Небольшие различия между каждым из четырех полученных изображений также подтверждают, что материал рядом с черной дырой перемещается почти со скоростью света.
На фото, полученных в течение недели, хорошо видно, как меняется внешний вид черной дыры.
Природа была добра к нам
Изображения были получены с помощью массива телескопов планетарного масштаба, называемого Event Horizon или EHT. Он состоит из восьми радиотелескопов, каждый из которых находится в отдаленной от городов высокогорной среде, включая горные вершины Гавайев, испанскую Сьерра-Невады, чилийскую пустыню и льды Антарктики.
Схематичное расположение телескопов, создавших изображение черной дыры.
В любой день каждый телескоп работает независимо, наблюдая астрофизические объекты, которые излучают слабые радиоволны. Тем не менее, черная дыра бесконечно меньше и темнее, чем любой другой радиоисточник в небе. Чтобы ее четко видеть, астрономам необходимо использовать очень короткие волны — в данном случае 1.3 миллиметра — которые могут свободно проходить через газопылевые облака между черной дырой и Землей.
Создание фото черной дыры также требует серьезного увеличения углового разрешения, что в данном случае эквивалентно чтению текста на телефоне в Нью-Йорке из кафе в Париже. Угловое разрешение телескопа увеличивается пропорционально размеру приемной тарелки. Тем не менее, даже самые большие радиотелескопы на Земле недостаточно велики, чтобы увидеть черную дыру.
Но когда несколько радиотелескопов, разделенные очень большими расстояниями, синхронизируются и фокусируются на одном источнике в небе, они могут работать как одна очень большая радиотарелка, используя метод, известный как очень длинная базовая интерферометрия или VLBI. В результате их совокупное угловое разрешение может быть значительно увеличено.
Что касается EHT, восемь участвующих телескопов суммировались в виртуальную радиотарелку размером с Землю, с максимальным угловым разрешением до 20 микросекунд — примерно в 3 миллиона раз лучше, чем идеальное человеческое зрение. По счастливой случайности, этого хватает для наблюдения черной дыры согласно уравнениям Эйнштейна.
Огромные объемы данных
5 апреля 2017 года EHT начал наблюдать за M87. Изучив многочисленные прогнозы погоды, астрономы определили четыре ночи, которые дадут идеальные условия для всех восьми обсерваторий — редкая возможность, когда они могут работать как одна радиотарелка для наблюдений за черной дырой.
Всего каждый телескоп получил около одного петабайта данных, что равно 1 миллиону гигабайт. Каждая станция регистрировала этот огромный поток информации на несколько Mark6 — сверхбыстрых регистраторов данных, которые были первоначально разработаны в обсерватории Хейстек.
Такие сервера, оснащенные регистраторами Mark6, стоят в каждой обсерватории и позволяют записывать петабайты данных.
После окончания наблюдений исследователи на каждой станции собрали стопку жестких дисков и отправили их почтой в обсерваторию Хейстек в Массачусетсе и в Радиоастрономический институт Планка в Германии — да, воздушный транспорт в данном случае был намного быстрее, чем электронная передача данных. В обоих местах данные воспроизводились на высокоспециализированных суперкомпьютерах, называемых корреляторами, которые обрабатывали данные двумя потоками одновременно.
Поскольку все телескопы в массиве EHT находились в разных местах, они имели немного разные представления об интересующем объекте — в данном случае, M87. Данные, полученные двумя отдельными телескопами, включают в себя сигнал от черной дыры, но также содержат и шум, характерный для соответствующих телескопов.
Суперкомпьютер-коррелятор попарно сравнивает данные со всех 8 телескопов EHT. По этим сравнениям он математически отсеивает шум и выбирает только сигнал от черной дыры. Этому способствуют и высокоточные атомные часы, установленные на каждом телескопе — они позволяют максимально точно сопоставить получаемые потоки данных.
Все четыре команды по обработке изображений ранее проверили свои алгоритмы на других астрофизических объектах, убедившись, что их методы позволят получить точную визуализацию радиоданных. Когда данные были получены, Акияма и его коллеги сразу же проверили их с помощью своих алгоритмов. Важно отметить, что каждая команда делала это независимо от других, чтобы избежать какого-либо группового отклонения в результатах.
Изображения, полученные разными командами.
Идея создания EHT была задумана в начале 2000-х годов Шепердом Доулеманом, который тогда руководил новаторской программой VLBI в обсерватории Хейстек, а теперь возглавляет проект EHT. В то время инженеры Хейстек разрабатывали цифровые рекордеры и корреляторы, которые могли бы обрабатывать огромные потоки данных, которые получал бы целый ряд разрозненных телескопов.
В 2007 году команда Доулмана проверила концепцию EHT, установив свои рекордеры на трех разнесенных по Земле радиотелескопах и нацелив их вместе на Стрелец A*, черную дыру в центре нашей собственной галактики.
Сегодня EHT выросла до 11 обсерваторий: ALMA, APEX, Гренландский телескоп, 30-метровый телескоп IRAM, Обсерватория IRAM NOEMA, телескоп Kitt Peak, телескоп Джеймса Клерка Максвелла, Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано, Субмиллиметровый массив, Субмиллиметровый телескоп и Южный полюсный телескоп.
Все телескопы массива EHT на данный момент.
Планируется присоединение большего числа обсерваторий к массиву EHT, чтобы сделать изображение М87 более четким, а также попытаться увидеть сквозь плотный материал, который лежит между Землей и центром нашей галактики, черную дыру Стрельца А* в нем.
Исследователи космоса
10.8K постов 39.8K подписчиков
Правила сообщества
Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу :)
Настоящий триумф технического прогресса в рамках всей планеты.
Ух ты. к вам интернет провели?
Фантазии не хватает предположить, какие ещё открытия могут быть сделаны, если вывести телескоп в третью точку Лагранжа!
Блять уже глаза рябит от этой дырки в постах на Пикабу
Эти ребята, астрономы, неплохо устроились. Примерно, как попы. Они могут втирать любую дичь и их хер проверишь))) не давать им денег и они узбагоятся.
Новые свидетельства о возможном существовании жизни на Марсе в прошлом
Но это - только на Земле, и это - показатель, работающий только на Земле. Условия Марса не оставляют возможности принять данный индикатор в земном значении, поэтому, наряду с микробным происхождением, учёные выдвигают ещё 2 гипотезы объяснения аномалии: в результате действия ультрафиолета, либо в результате случайного события, такого как прохождение Солнечной системы через гигантское молекулярное облако.
Впрочем, последнее событие - чисто гипотетическое, и ни одна из трёх гипотез на сегодня не доказана. Да, полученные результаты во многом напоминают деятельность земных микроорганизмов архейской эры. Однако, похоже, без человека с киркой, что-либо установить достоверно будет трудно.
У астронавтов на МКС разрушаются клетки крови
Ученые Университета Оттавы в Канаде раскрыли механизмы, способствующие развитию анемии у астронавтов на орбите. Свои выводы исследователи представили в статье, опубликованной в журнале Nature Medicine.
Известно, что долговременное пребывание в условиях микрогравитации оказывает опасные эффекты на здоровье людей. Специалисты проанализировали показатели здоровья 14 астронавтов, которые провели шесть месяцев на борту Международной космической станции. Оказалось, что долговременное нахождение в космосе связано с увеличением уровня продуктов разрушения красных кровяных клеток (гемолиза) и выбросом гемоглобина из эритроцитов в плазму крови. Кроме того, было отмечено повышение концентрации окиси углерода в воздухе альвеол.
Через год после завершения космической миссии у астронавтов все еще сохранялись эффекты воздействия невесомости на эритроциты, включая повышенный уровень гемолиза, ретикулоцитоз (увеличение уровня незрелых эритроцитов) и высокий уровень гемоглобина в плазме. Результаты свидетельствуют о том, что анемия, наблюдающаяся у астронавтом, связана с гемолизом, который, в свою очередь, является основным эффектом от микрогравитации.
Замечательные замедленные кадры со старта корабля "Союз ТМА-11М"
80 лет со дня рождения Стивена Хокинга: человек, сумевший объяснить астрофизику всему миру
8 января 1942 года родился британский физик Стивен Хокинг. На протяжении всей жизни он занимался космологией и основное внимание уделял эволюции Вселенной (её рождению и развитию), а также физике чёрных дыр.
Он стал отличным примером преодоления. Несмотря на тяжелое нейродегенеративное заболевание, которое приковало его к инвалидному креслу, он стал одним из самых известных учёных начала XXI века. Параллельно с наукой Хокинг занимался её популяризацией — он с завидной регулярностью выпускал научно-популярные издания, где объяснял всё доступным языком.
Хокинг скончался 14 марта 2018 года на 77-м году жизни в своём доме в Кембридже. Он немного не дожил до первой фотографии чёрной дыры, изучению физики которых он посвятил свою жизнь.
NASA наняло теологов, чтобы оценить реакцию религиозных конфессий на обнаружение инопланетян
Насколько изменится мир, когда будет точно установлено, что жизнь на других планетах существует, как существуют и представители иных разумных цивилизаций. Специалисты NASA всерьез озадачились этим вопросом.
Программа NASA станет неким связующим звеном, мостом для представителей религии, науки и политики, которые должны путем размышлений и в процессе дискуссии помочь людям найти ответы на вопросы, имеющие глубокую историю: что есть жизнь, что значит быть живым, чем люди отличаются от инопланетян, насколько велик шанс существования разумной жизни вне Земли.
Самое интересное, что многие богословы настроены весьма оптимистично к перспективе обнаружения инопланетной жизни. Об этом, в частности говорит богослов из Кембриджа Эндрю Дэвисон в своей книге, которая должна скоро выйти в печать. Дэвисон пишет о том, что некоторые представители различных религий готовы принять существование инопланетной жизни при наличии неопровержимых доказательств. Впрочем, часть представителей ислама, иудаизма и христианства уже заметили, что основа их учений не изменится даже в случае обнаружения инопланетной цивилизации.
Стоит отметить, что за финансовую сторону реализации программы NASA отвечает, в том числе, и специальный грант, полученный Центром теологических исследований. Речь идет о сумме более одного миллиона долларов. Но это не единственный источник финансирования.
По заявлению бывшего главы Института астробиологии NASA Карла Пилчера, в современном мире нельзя жить с идеей о том, что разумные существа обитают только на Земле. Ведь в галактике более сотни миллиардов звезд, а Вселенная содержит в себе сотни миллиардов галактик. И где-то там инопланетная жизнь точно существует. Как это воспримет мир и представители различных религиозных течений, покажет время.
В Млечном Пути обнаружили рекордное количество планет-изгоев
Группе астрономов благодаря телескопам, расположенным в обсерватории в Чили, удалось сделать очередное важное открытие в рамках изучения нашей Галактики – размещение в ней более 70 новых планет-изгоев. И это еще не предел.
Планеты-изгои представляют собой космические объекты, которые трудно уловить, так как они, как правило, не имеют конкретной привязанности к той или иной звезде, а свободно бороздят космические просторы. До недавнего времени таких планет было насчитано учеными достаточно мало, но недавно астрономы смогли обнаружить, как минимум, 70 таких изгоев, имеющих массу, схожую с массой планет Солнечной системы. Данное открытие имеет особое значение, так как позволяет приоткрыть завесу тайны происхождения и основных характеристик подобных планет.
Как подчеркивают научные специалисты, обнаруженные сверхчувствительными телескопами обсерватории в Чили планеты-изгои расположились в относительно близкой к нашей Солнечной системе области, где образуются звезды. Массы планет схожи с массой того же Юпитера. Обнаружить планеты, по словам одного из ведущих авторов исследования Нурии Мирэ-Ройг, помог анализ данных за последние 20 лет, доступных благодаря различным телескопам, расположенным как на Земле, так и в космическом пространстве.
По заверению Эрве Бюи, Млечный Путь может быть заполнен миллиардами свободно путешествующих планет-изгоев. Обнаружить их весьма сложно. Ведь, как правило, экзопланеты имеют привязку к звездам, расположенным в непосредственной близи от них. И даже если планета находится на удаленном расстоянии и имеет малый диаметр, обнаружить ее не составляет труда. Ведь всегда существует гравитационное притяжение, как связующее звено планеты и звезды, либо имеется блеск системы, который становится сильнее и слабее в зависимости от того, проходит планета перед или за звездой.
Но все эти методы теряют собственную эффективность, когда речь идет об обнаружении одиноких планет, не привязанных к тем или иным звездам. Единственный шанс найти их в космическом пространстве – это свет, излучаемый самими планетами, которые не успели еще остыть за миллионы лет с момента своего формирования. Изучение планет-изгоев позволит раскрыть главную тайну – как они создаются и формируются. По мнению части ученых, подобные планеты могут быть просто удалены из системы планет-родителей. Другая часть ученых уверяет, что формирование планет-бродяг происходит за счет сжатия газовых облаков. Чья версия будет более точной и соответствующей действительности, покажут дальнейшие исследования и наблюдения.
_d_850.jpg)
В центре галактики Henize 2-10, что находится в 30 миллионах световых лет от Земли, обнаружили необычное явление. Сверхмассивная черная дыра способствует звездообразованию, сжимая облако газа, а не препятствует ему и не поглощает звезды, как это обычно бывает.
С помощью телескопа Hubble удалось получить снимок, на котором видна связь черной дыры и области звездообразования в 230 световых лет от нее. Эта связь - отток газа, который тянется к области звездообразования. Причем, весь путь усеян новорожденными звездами. Процесс, который противоположен тому, что встречается в крупных галактиках, подробно описан в журнале Nature.
Ученые отмечают, что галактика находится достаточно близко для того, чтобы заснять и зафиксировать эти процессы. Кстати, несмотря на то, что Henize 2-10 содержит область звездообразования, в ней находится всего десять процентов звезд Млечного Пути.
Карликовые галактики исследуют не так часто, как обычные, поэтому связь между черными дырами и процессами звездообразования в них изучена плохо. Кроме того, ученые до сих пор не знают наверняка, как появились черные дыры, и карликовые галактики могут дать подсказки, поскольку не расширялись за время существования.
Читайте также: