Як виявляються чорні діри?

Чорні діри мають стільки тяжкості, що навіть світло не може втекти від них . Якщо ми не можемо їх побачити і висмоктати всі електромагнітні випромінювання, то як їх знайти?

Щоб додати відповідь Джона Конде. Згідно з веб-сторінкою NASA "Чорні діри" , виявлення чорних дір очевидно не може бути виконано шляхом виявлення будь-якої форми електромагнітного випромінювання, що надходить безпосередньо з неї (отже, не можна "побачити").

Чорну діру можна зробити за допомогою спостереження за взаємодією з навколишньою речовиною із веб-сторінки:

Однак ми можемо зробити висновок про наявність чорних дір та вивчити їх, виявивши їх вплив на інші речовини, що знаходяться поблизу.

Сюди також входить виявлення рентгенівського випромінювання, яке випромінюється від речовини, що прискорюється до чорної діри. Хоча це здається суперечливим моєму першому абзацу - потрібно зазначити, що це відбувається не безпосередньо з чорної діри, а від взаємодії з речовиною, що прискорюється до неї.

Існує багато, багато способів зробити це.

Гравітаційне лінзування

Це на сьогоднішній день найбільш відомий. Це згадували інші, але я торкнуся цього.

Світло, що надходить від далеких тіл, може бути відігнутий гравітацією, створюючи ефект лінзи. Це може призвести до появи численних або спотворених зображень об'єкта (Кілька зображень породжують кільця та хрестики Ейнштейна ).

Отже, якщо ми спостерігаємо ефект лінзи в області, де немає видимого масивного тіла, там, мабуть, є чорна діра. Альтернативою є те, що ми заглядаємо через «ореол» темної матерії, яка оточує (і простягає пройдені) світлові компоненти кожної галактики та галактики ( Див. «Кластер кулі» ). На досить малих масштабах (тобто центральних областях галактик) це насправді не проблема.

(Це враження художника від галактики, що проходить за БХ)

Гравітаційні хвилі

Спінінг чорних дір та інші динамічні системи, що включають чорні діри, випромінюють гравітаційні хвилі. Такі проекти, як LIGO (і, зрештою, LISA ) здатні виявити ці хвилі. Одним з головних кандидатів, що цікавлять LIGO / VIRGO / LISA, є можливе зіткнення бінарної системи чорних дір.

Redshift

Іноді ми маємо чорну діру у бінарній системі із зіркою. У такому випадку зірка вийде на орбіту загального барицентру.

Якщо уважно спостерігати за зіркою, її світло буде змінено червоним кольором, коли воно віддаляється від нас, а синє зміщення, коли воно наближається до нас. Різниця червоного зміщення передбачає обертання, і за відсутності видимого другого тіла ми можемо зробити висновок, що там є чорна діра або нейтронна зірка.

Пропозиції Сальпетер-Зельдович / Зельдович-Новіков

Заглибившись сюди трохи історії, Сальпетер і Зельдович незалежно запропонували нам визначити чорні діри від ударних хвиль у газових хмарах. Якщо чорна діра пройде через газову хмару, гази в хмарі змушені будуть прискорюватися. Це випромінює випромінювання (в основному рентгенівські промені), яке ми можемо виміряти.

Удосконаленням цього є пропозиція Зельдовича-Новікова, яка розглядає чорні діри у бінарній системі із зіркою. Частина сонячних вітрів від зірки буде всмоктуватися в чорну діру. Це ненормальне прискорення вітрів знову призведе до рентгенівських ударних хвиль.

Цей метод (більш-менш) призвів до відкриття Cyg X-1

Космічні гіроскопи

Циг А - приклад цього. Спінінг чорні діри діють як космічні гіроскопи - вони не просто змінюють свою орієнтацію.

На наступному радіозображенні Cyg A ми бачимо ці слабкі газові струмені, що виходять з центрального місця:

Ці струмені довгі сотні тисяч світлових років - все ж вони дуже прямі. Переривчастий, але прямий. Який би об’єкт лежав у центрі, він повинен мати можливість зберігати орієнтацію дуже довго.

Цей об'єкт - це спінінг чорної діри.

Квазари

Вважається, що більшість квазарів живляться чорними дірами. У багатьох (якщо не у всіх) поясненнях кандидата щодо їх поведінки пов'язані чорні діри з накопичувальними дисками, наприклад, процес Бландфорд-Знаєк .

Чорну діру можна також виявити, як вона прогинає світло, коли за нею рухаються різні тіла. Це явище називається гравітаційним лінзуванням і є найбільш візуально приголомшливим прогнозом теорії загальної відносності Ейнштейна.

На цьому зображенні зображена геометрія гравітаційного лінзування. Світло від освітлених фонових предметів відгинається через викривлення простору-часу в присутності маси (тут, червона крапка, можливо, може бути саме чорною дірою):

Астрономи виявили існування надмасивної чорної діри в центрі нашої власної Галактики Чумацького Шляху і отримали назву Стрілець А * .

Протягом десяти років траєкторії невеликої групи зірок простежуються, і єдиним поясненням їх швидкого руху є існування високо компактного об'єкта масою близько 4 мільйонів сонців. З огляду на масштабність маси та відстані, що займається, робиться висновок, що це повинна бути чорна діра.

Один із способів - слідування Gamma Ray Bursts . Коли чорна діра харчується навколишнім газом або проковтує зірку, яка наблизилася занадто близько, вони часто випромінюють вибухи гамма-променів, які дуже енергійні і легко помітити (хоча вони тривають недовго).

У випадку надмасивних чорних лунок вони, здається, в центрі кожної середньої та великої галактики. Це робить, де шукати досить легко.

Усі 4 відповіді, дані до цього, дуже хороші та доповнюють один одного; знаходження об'єкта на орбіті цільового об'єкта дозволяє також обчислити масу цільового об’єкта.

Матерія, що потрапляє в чорну діру, прискорюється до швидкості світла. По мірі її прискорення речовина розпадається на субатомні частинки і жорстке випромінювання, тобто рентгенівські та гамма-промені. Сама чорна діра не видно, але видно світло (переважно рентгенівські, гамма-промені) від падаючої речовини, яка прискорюється і розпадається на частинки.

Оглядаючи центр нашої галактики, рентгенівський космічний телескоп Чандра помітив кілька чорних дір, окрім Sgr A *, опосередковано, вловлюючи сильне випромінювання падаючої речовини, що спалахує, коли вони щось ковтають; згодом чорні діри знову темніють, якщо поблизу немає більше чого засвоїти;

http://chandra.harvard.edu/press/05_releases/press_011005.html

Тут ви можете побачити частину цього спалаху в рій чорних дір поблизу центру нашої галактики.

Методи виявлення чорних дір (які насправді не є дірками або особливості, оскільки вони мають масу, радіус, обертання, заряд і, отже, щільність, яка змінюється в залежності від радіуса, див. Http://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius ).

• щоб пасивно виявити (зоряну чи надмасивну) чорну діру, подивіться / чекайте спалахів жорсткого випромінювання, які виникають епізодично, а потім слідкуйте за спостереженнями, щоб побачити, чи не потрапили ви в чорну діру або просто білий карликова або нейтронна зірка, що робить періодичну нову;

• для активного виявлення чорної діри шукайте гравітаційне лінзування, яке є безперервним ефектом, або зірки, що обертаються з великою швидкістю навколо, здавалося б, порожньої точки в просторі, наприклад S2 зі швидкістю 5000 км / сек, навколо Sgr A *

http://en.wikipedia.org/wiki/S2_(star)

Але не залишиться нічого, щоб побачити, що це спричинило; краще поспостерігайте за цією плямою на небі, перш ніж це станеться.