Scientists Find Most Violent Place in the Universe

Модератор: mike@in-russia

Ответить
J.F.

Scientists Find Most Violent Place in the Universe

Номер сообщения:#1   J.F. » Пт мар 23, 2007 8:31

Scientists Find Most Violent Place in the Universe
http://www.hno.harvard.edu/gazette/1997 ... FindM.html
Last May 7, two of the most violent flashes of energy ever detected in the sky were spotted by a telescope at Whipple Observatory, 30 miles south of Tucson.

The flares came from a recently discovered type of galaxy thought to be powered by a massive black hole, 300 million light-years away. That's billions of trillions of miles from Tucson, so the source of the celestial eruption had to be incredibly powerful. Most of the power came in the form of gamma rays, invisible to the eye but the most energetic radiation known.

"Nothing like it was ever seen before; we don't even have a theory to explain such dramatic outbursts," confessed James Buckley, an astronomer at the Whipple Observatory, run by the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).

The 15- to 60-minute-long blasts of gamma rays come from a stupendous jet of particles and gases, shooting out from the galaxy at tremendous speed. Such beams often extend an unimaginable 300,000 light-years from the black hole at the galaxy's nucleus. They are longer than the distance across the Milky Way. If astronauts could travel at the speed of light, 186,000 miles a second, it would take them at least 3,000 lifetimes to go from end to end.

Обнаруженный источник, является намного более мощным, чем знамениттый
гамма-квазар 3C279, светящимся в гамма-лучах , фотонах, в 40 миллионов раз более энергичных, чем фотоны видимого света. Подобно всем квазарам 3C279 является объектом, который не поддается классификации. Это слабый объект, похожий на звезду в видимом свете . Еще в июне 1991 года гамма-телескоп на борту орбитальной гамма-обсерватории им. Комптона неожиданно открыл , что этот квазар один из ярчайших объектов на гамма-небе . Вскоре после записи этого изображения яркость квазара в гамма-лучах уменьшилась. Астрономы до сих пор пытаются понять , почему эти загадочные объекты вспыхивают так сильно.
http://www.astronet.ru/db/msg/1163320
Рентгеновские источники большой светимости могут возникать по разным причинам. В первую очередь в качестве моделей таких источников, рассматриваются системы, где идет мощная аккреция. (Напомним, что эффективность аккерции может достигать 40 процентов от mc^2, что в десятки раз выше эффективности термоядерного горения.) Один из классов таких объектов - это тесные двойные системы, состоящие из компактного объекта (нейтронной звезды или черной дыры) и нормальной звезды. Вещество с нормального компонента попадает в поле тяготения компактного (при заполнении полости Роша или через звездный ветер) и, в конце концов, если вещества не слишком много, падает на поверхность нейтронной звезды или проваливается под горизонт черной дыры. При этом излучается большое количество энергии в виде жесткого рентгеновского излучения.

Однако если темп аккреции слишком велик (а, следовательно, велика и светимость), то давление излучения оказывается больше, чем сила тяготения, и все вещество уже не может упасть на поверхность компактного объекта. Одновременно спектр излучения смещается в мягкую область, так как рентген поглощается и перерабатывается в окружающей компактный объект оболочке. Поэтому для каждого объекта существует некоторый предел светимости. Предельная светимость называется эддингтоновской (т.к. впервые эту проблему рассмотрел Артур Эддингтон). Она пропорциональна массе компактного объекта и для 1 Mo равна 1.3.10^38 эрг/с.

Если мы видим рентгеновский источник со светимостью порядка LX=1039 эрг/с, то следует думать, что в этом источнике находится существенно более массивный объект, чем стандартная нейтронная звезда (с типичной массой 1.4 Mo). А если светимость превышает LX=1040-1041 эрг/с, то даже для типичной черной дыры с массой 7-10 масс Солнца это многовато. Отсюда и возникает ультра- в названии данного типа источников.

История ультрамощных началась в 80-е гг. Тогда с помощью спутника Einstein ученые смогли получать изображения точечных источников в других галактиках. Если известно расстояние до галактики, то по измеренному потоку можно немедленно получить оценку светимости:

L=4πi (d^2) f (1)

где d - расстояние, а f - поток. Оказалось, что среди прочих наблюдаются объекты со светимостью >1039 эрг/с. В начале (поскольку разрешение приборов было еще недостаточно хорошим) считали, что источники находятся в центрах галактик. Однако довольно быстро удалось выяснить, что это не так, т.е. они не являются каким-то подвидом активных ядер. Уже ROSAT показал целый зоопарк ультрамощных источников, находящихся вне ядер галактик.

С самого начала было высказано несколько гипотез о том, какие объекты могут скрываться за общим названием "ультрамощные источники": от остатков сверхновых до плотных скоплений более слабых источников. Окончательной ясности с природой ультрамощных источников нет до сих пор. Часть гипотез отброшена, другие получили более глубокую разработку. Первой отброшенной оказалась гипотеза о сверхмассивных черных дырах с низкой светимостью. Дело в том, что такой объект не может долго находиться вне центра галактики. Как какая-нибудь взвесь в жидкости тяжелая черная дыра в конце концов "выпадет в осадок" - сместится в самый центр.

В нашей Галактике аккрецирующие объекты со светимостью в спокойном состоянии (т.е. не во время вспышечной активности) >10^39 неизвестны, т.е. близкого примера ультрамощного источника мы не видим. Зато в соседних они наблюдаются во все возрастающем количестве. :roll: Попробуем перечислить основные современные гипотезы о природе ультрамощных рентгеновских источников, и обсудим их.
Последний раз редактировалось J.F. Вт мар 27, 2007 18:49, всего редактировалось 3 раза.

J.F.

Re: Scientists Find Most Violent Place in the Universe

Номер сообщения:#2   J.F. » Вт мар 27, 2007 15:43

Основных гипотез о природе УМИ (ультрамощных источников) четыре:


1. Это просто далекие фоновые источники.
Возможно, что мы видим далекие активные ядра галактик, которые просто так удачно спроецировались, что мы наблюдаем их сквозь более близкие галактики. В этом случае никакой загадки нет: мы просто неверно рассчитываем светимость, т.к. считаем, что объект находится в наблюдаемой галактике, а на самом деле это далекая сверхмассивная черная дыра - сердце далекого квазара. Т.е. в формуле (1) мы неверно оценили расстояние.

Однако, как мы обсудим ниже, хотя для части наблюдаемых источников это может быть верно, тем не менее для всех УМИ такое простое объяснение не подходит: слишком мала вероятность случайной проекции на довольно необычную область (например, область звездообразования или шаровое скопление). Данный вариант объяснения важен для эллиптических галактик, где трудно ожидать появления молодых аккрецирующих систем с черными дырами.

2. Мы видим джет, направленный прямо на нас.
Обычно светимость рассчитывают в предположении сферически-симметричного излучения. Но не стоит забывать про то, что излучение может быть направленным. Это особенно вероятно в случае дисковой аккреции. В этом случае вещество втекает в экваториальной плоскости компактного объекта, а избыток падающей материи выбрасывается в виде двух струй в перпендикулярном диску направлении. Если возникает струя вещества и излучения (джет), и мы смотрим близко к оси джета, то мы будем видеть большой поток излучения. Если же мы не учтем этот факт, то при пересчете на полную светимость мы получим существенно завышенное значение. Т.е. в формуле (1) мы неверно используем поток (он различен в разных направлениях, а потому нельзя просто умножать на 4π).

Эта гипотеза хороша тем, что все можно объяснить без экзотики обычными нейтронными звездами и черными дырами: реальная полная светимость окажется на уровне 10^38-10^39 эрг/с, а регистрировать мы будем мощный поток, идущий вдоль оси джета.

3. Аккреция на черные дыры промежуточных масс.
Пожалуй, это самая интригующая возможность. Если светимость велика, и мы не хотим иметь проблемы с эддингтоновским пределом, то можно предположить, что просто масса аккретора велика. Действительно, если светимость составляет 10^41 эрг/с, то это вполне объяснимо при массе компактного объекта, равной 1000 масс Солнца. Проблема только в том, где такие объекты взять.
4. Аккреция на неклассические черные дыры малых и промежуточных масс.
Последний раз редактировалось J.F. Пт мар 30, 2007 23:58, всего редактировалось 4 раза.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30889
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#3   morozov » Чт мар 29, 2007 15:27

"Однако если темп аккреции слишком велик (а, следовательно, велика и светимость), то давление излучения оказывается больше, чем сила тяготения, и все вещество уже не может упасть на поверхность компактного объекта. Одновременно спектр излучения смещается в мягкую область, так как рентген поглощается и перерабатывается в окружающей компактный объект оболочке. Поэтому для каждого объекта существует некоторый предел светимости. Предельная светимость называется эддингтоновской (т.к. впервые эту проблему рассмотрел Артур Эддингтон). Она пропорциональна массе компактного объекта и для 1 Mo равна 1.3.10^38 эрг/с."

Отстется возможность направленного излучения, по крайней мере неоднородного.

например в сильном магнитном поле образуется радиационный пояс (электроны) и мы види полярное сияние в рентгеновском диапазоне?
НО полярные электроны теряют энергию (в магнитной пробке), е сль на пути элктронов встретися кольцо, по типу Сатурна, или плазменный диск? из скорости могут быть приличными и потоки пересекаться, а излучение иметь сильную анизотропию....

я это написал не прочитав

"2. Мы видим джет, направленный прямо на нас. "
______________________________________________________

Черны дыры уже не экзотика? (это к слову, я бы назвал это "массивный объект" впрочем я не в курсе)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

J.F.

Номер сообщения:#4   J.F. » Чт мар 29, 2007 21:54

morozov писал(а): Черны дыры уже не экзотика? (это к слову, я бы назвал это "массивный объект" впрочем я не в курсе)
Нет черные дыры уже не экзотика, экзотика это массивные объекты
из гипотетических видов материи. Существуют более менее надежные
или по меньшей мере общепризнаные тесты, позволяющие различить обычную ЧД и такой экзотический объект. Потом я приведу примеры
использования таких тестов.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30889
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#5   morozov » Пт мар 30, 2007 3:58

J.F. писал(а):
morozov писал(а): Черны дыры уже не экзотика? (это к слову, я бы назвал это "массивный объект" впрочем я не в курсе)
Нет черные дыры уже не экзотика, экзотика это массивные объекты
из гипотетических видов материи. Существуют более менее надежные
или по меньшей мере общепризнаные тесты, позволяющие различить обычную ЧД и такой экзотический объект. Потом я приведу примеры
использования таких тестов.
Вроде лет двадцать назад появились объекты, предположительно черные дыры.
термаин "общепризнаный" вроде не сильный аргумент, если можно тут помедленнее. Откуда уверенность в том, что то, что сейчас называется черной дырой. действительно ею является? То, за это ПРОГОЛОСОВАЛО много народу не аргумент, может людям нравится созвучие?

Ну есть рентген, есть аккреция, наверно спектр излучения похож на расчетный ..
можно оценить массу...
А еще?
В видно какие-то линии и их смещение, говорящее о гравитационном потенциале и скорости?
так ли уж все достоверно?

Обнаружены ли одиночные ЧД (или кандидаты на таковые)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

J.F.

Номер сообщения:#6   J.F. » Пт мар 30, 2007 6:08

Разумеется ЧД это, строго говоря, только гипотетические объекты. Но за 20лет, никаких других общепризнаных моделей не появилось.
Достаточно надежным тестом, является тест по массе.
Масса черной дыры измеряется по скоростям звезд, движущихся в поле ее тяготения по орбитам: чем больше скорости, тем массивней дыра (обычный закон Кеплера). Черную дыру непосредственно не видят.
По-видимому, в центре нашей Галактики находится черная дыра с массой примерно 2.6.10^6M (объект Sgr A*). Самым сильным и наглядным доказательством этого факта является обнаружение звезд обращающихся вокруг невидимого массивного тела. Об этом писалось в
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0210426
На одиночек, тоже имеются неплохие кандидаты
http://www.astronet.ru/db/msg/1162760

http://www.astronet.ru/db/msg/1162586

J.F.

Re: Scientists Find Most Violent Place in the Universe

Номер сообщения:#7   J.F. » Пт мар 30, 2007 23:56

J.F. писал(а):
3. Аккреция на черные дыры промежуточных масс.
Пожалуй, это самая интригующая возможность. Если светимость велика, и мы не хотим иметь проблемы с эддингтоновским пределом, то можно предположить, что просто масса аккретора велика. Действительно, если светимость составляет 10^41 эрг/с, то это вполне объяснимо при массе компактного объекта, равной 1000 масс Солнца. Проблема только в том, где такие объекты взять.

4. Аккреция на неклассические черные дыры малых и промежуточных масс.
Рассмотрим подробно гипотезу о черных дырах промежуточных масс. Эта гипотеза была предложена Колбертом и Мушоцким (E.J.M. Colbert, R.F. Mushotzky) в 1999 г. Основная проблема этого подхода заключается в том, что непонятно откуда возьмется достаточное количество черных дыр с массами порядка 100-1000 масс Солнца, и как они будут захватывать нормальные звезды, вещество которых будет потом аккрецировать на компактный объект.

Напомним, что обычно обсуждают три типа черных дыр. Это черные дыры звездных масс (примерно 10 масс Солнца). Они образуются из массивных звезд, когда в тех заканчивается термоядерное горючее. Затем хорошо известны сверхмассивные черные дыры в центрах галактик (массы от миллиона до миллиардов солнечных). И, наконец, первичные черные дыры, массы которых невелики (порядка массы крупного астероида). Видно, что интервал 100-1000 масс солнца остается незаполненным.
Подчеркнем, что соответствующие рентгеновские источники, тем не менее были обнаружены :roll:
С помощью космической рентгеновской обсерватории Чандра в галактике М82 обнаружен необычный рентгеновский источник. Он расположен вне динамического центра галактики и поэтому не может являться активным галактическим ядром. В то же время, мощность излучения более чем в 500 раз превышает мощность, которую могла бы производить аккреция вещества на компактный объект звездной массы (нейтронную звезду или черную дыру). Наиболее интересным свойством источника является его периодичность, с периодом T около 600 с, что исключает отождествление этого объекта со сверхновой или с остатком от ее взрыва. Величина T соответствует периоду обращения по последней устойчивой орбите вокруг черной дыры с массой 1.3.10^6 масс Солнца, данная масса служит, таким образом, верхним пределом на массу источника. Наиболее вероятно, что обнаруженный объект представляет собой черную дыру с массой 500-- 10^5 масс Солнца. Черная дыра такой массы является, в некотором смысле, промежуточным звеном между черными дырами, которые могут образовываться на конечных стадиях эволюции звезд и сверхмассивными черными дырами в ядрах галактик. Остается загадкой, как подобная черная дыра могла возникнуть вне галактического центра. :?: Источник: препринт astro-ph/0009211

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30889
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Номер сообщения:#8   morozov » Сб мар 31, 2007 14:09

"Достаточно надежным тестом, является тест по массе. "

я так и думал.
Но даже если экстраполировать ОТО на это область. Остается вопрос о диамтре объекта.
Или нет?
С уважением, Морозов Валерий Борисович

J.F.

Номер сообщения:#9   J.F. » Сб мар 31, 2007 14:59

Основной вывод ОТО о свойствах ЧД, как будто экспериментально уже
подтвержден
Matter Nears Light Speed Entering a Black Hole
http://www.universetoday.com/am/publish ... ml?2322005
Достаточно точное определение размера горизонта, будет решающим
тестом... Собираются померять горизонт у нашей родной ЧД в центре
галактики.
Viewing the Shadow of the Black Hole at the Galactic Center
http://www.mpifr-bonn.mpg.de/staff/hfal ... e.abs.html
The Astrophysical Journal Letters, Vol. 528, L13 (2000)
See also our Web-Slideshow!

Abstract:

In recent years, the evidence for the existence of an ultra-compact concentration of dark mass associated with the radio source Sgr A* in the Galactic Center has become very strong. However, an unambiguous proof that this object is indeed a black hole is still lacking. A defining characteristic of a black hole is the event horizon. To a distant observer, the event horizon casts a relatively large ``shadow'' with an apparent diameter of ~10 gravitational radii due to bending of light by the black hole, nearly independent of the black hole spin or orientation. The predicted size (~30 micro-arcseconds) of this shadow for Sgr A* approaches the resolution of current radio-interferometers. If the black hole is maximally spinning and viewed edge-on, then the shadow will be offset by ~8 micro-arcseconds from the center of mass, and will be slightly flattened on one side. Taking into account scatter-broadening of the image in the interstellar medium and the finite achievable telescope resolution, we show that the shadow of Sgr A* may be observable with very long-baseline interferometry at sub-millimeter wavelengths, assuming that the accretion flow is optically thin in this region of the spectrum. Hence, there exists a realistic expectation of imaging the event horizon of a black hole within the next few years.

Ответить

Вернуться в «Астрофизика и космология / Astrophysics and Cosmology»