Подбираясь к горизонту событий

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Ответить
Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30871
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#1   morozov » Вт ноя 06, 2018 17:41

Исследования » Подбираясь к горизонту событий
Космос
Подбираясь к горизонту событий

06.11.2018 № 266 c.2 Борис Штерн
Изображение

Комплекс телескопов VLT (Very Large Telescope), входящий в состав Южной европейской обсерватории в Чили
Изображение

Борис Штерн

Увидеть черную дыру! Это одна из самых амбициозных задач современной астрономии. Как с этой задачей справиться? Сам по себе горизонт событий черной дыры никак не проявляется. Но можно, например, увидеть ее тень — она немного больше горизонта (для невращающейся черной дыры — в полтора раза). В данном случае тень — круг, в котором наблюдатель не видит фотонов, излученных дальше черной дыры. Еще можно попытаться увидеть нечто, происходящее на последней стабильной орбите вокруг черной дыры. Ее радиус — в три раза больше радиуса горизонта.

Понятно, что речь идет о тяжелейшей задаче. Радиус горизонта (шварцшильдовский радиус) невращающейся черной дыры с массой Солнца равен 3 км и пропорционален массе. Так, для миллиарда солнечных масс (а такие существуют) радиус будет 3 млрд км — это уже порядка размера Солнечной системы. Для простоты все оценки здесь и далее даны для невращающейся черной дыры. Для вращающейся (а реальные черные дыры вращаются) горизонт меньше, зависит от параметра вращения и не сферичен. Остальные параметры тоже немного отличаются.

Для подавляющего большинства черных дыр задача «сфотографировать» ее ближайшие окрестности безнадежна. Например, угол, под которым виден горизонт первой из открытых черных дыр, Лебедь Х-1, — примерно 10-15 радиана, или 10-10 угловой секунды. Но есть и не столь безнадежные случаи.

Дело в том, что радиус горизонта пропорционален массе, а не кубическому корню из нее, как для обычных тел. Рекорд по угловому размеру делят два объекта огромной массы. Первая -центральная черная дыра в нашей Галактике -4,14 млн солнечных масс. Радиус ее горизонта событий виден под углом 0,5×10-10 радиана, или 10 угловых микросекунд. Примерно под таким же углом можно наблюдать сверхмассивную черную дыру в центре галактики M87, которая в свою очередь центральная в ближайшем крупном скоплении галактик в созвездии Девы. До нее примерно в 2000 раз дальше, но и ее масса примерно в 2000 раз больше — около 10 млрд солнечных масс.

Предел разрешения существующих оптических телескопов в тысячи раз хуже приведенной величины. Радиоинтерферометры по разрешению уже ближе: если расстояние между антеннами порядка размера земного шара, то на волне длиной несколько сантиметров разрешение составит 10-8, или порядка угловой миллисекунды. Не хватает сотни. А если вывести одну из антенн далеко в космос, то разрешение становится достаточным для того, чтобы увидеть тени двух упомянутых выше черных дыр.

Речь об успешно идущем эксперименте «Радиоастрон», который уже дал карты ряда объектов с рекордным разрешением, в частности, карты джетов (струй), испущенных сверхмассивными черными дырами, в том числе и джета упомянутого выше монстра в галактике М87. Разрешения «Радиоастрона» достаточно, чтобы увидеть искомую тень. Но тут возникает другая проблема: окрестности черной дыры в М87 непрозрачны для радиоволн, на которых работает «Радиоастрон». Там слишком много электронов высокой энергии в магнитном поле, которые поглощают радиоволны, -это так называемый эффект синхротронного самопоглощения. Это было ясно заранее, наблюдения ядра М87 подтвердили данный факт. «Радиоастрон» видит только внешнюю «фотосферу» ядра М87.

Чтобы проникнуть глубже, нужны более короткие волны — эффект синхротронного самопоглощения быстро падает с уменьшением длины волны. В этом плане основные надежды связаны с проектом «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope — EHT) — глобальным интерферометром со множеством антенн, работающих в субмиллиметровом диапазоне.

Субмиллиметровый диапазон более сложен для интерферометрии, чем сантиметровый, — нужны сверхточные сверхстабильные часы и гигантские объемы обрабатываемой информации (800 процессоров, сеть 40 Гбит/с) — такая возможность появилась только в XXI веке. Угловое разрешение глобального интерферометра в субмиллиметровых волнах — около десяти микросекунд, достаточно, чтобы подобраться к горизонту событий двух рекордных черных дыр. Первые результаты обещают показать миру в 2019 году.

Существует проект космического телескопа в этой области: «Миллиметрон» — потенциальный преемник «Радиоастрона». Если удастся использовать его в режиме интерферометра (что чрезвычайно сложно), то угловое разрешение будет фантастическим.

И вот на днях появилась неожиданная и оптимистичная новость: обнаружено движение по орбите размером лишь в несколько раз больше радиуса горизонта событий черной дыры в центре нашей Галактики. Лично для меня самым неожиданным стало то, что открытие сделано в оптике, точнее — почти в оптике -в ближнем инфракрасном свете (2,2 микрона). Если интерферометрия на длине волны от долей миллиметра и больше по сути цифровая (исследователи записывают данные с каждой антенны и ищут корреляции в режиме оф-лайн), то в оптике и инфракрасном диапазоне возможна только «классическая» аналоговая интерферомерия — смешивается свет от разных телескопов.

Результат был получен на комплексе телескопов VLT (Very Large Telescope), входящем в состав Южной европейской обсерватории в Чили. Четыре телескопа с зеркалами диаметром 8,2 м с помощью системы GRAVITY связаны в единый интерферометр с базой порядка сотни метров. Достигнутое разрешение — 3 миллисекунды, оно явно недостаточно для исследования ближайших окрестностей черной дыры. Но еще существует астрометрическая точность — она всегда намного лучше разрешения. Если там есть одиночный яркий объект, то его положение можно определить с точностью 20−70 угловых микросекунд. Такие объекты есть, хотя и нестабильные. Это яркие вспышки во внутренней части аккреционного диска вокруг черной дыры.

В настоящее время черная дыра в центре нашей Галактики сидит на «голодном пайке», но все-таки какая-то аккреция происходит и излучается светимость, эквивалентная нескольким тысячам светимостей Солнца. Как всегда, аккреция идет через диск — он довольно разреженный, оптически тонкий, т. е. прозрачный для света, и, как обычно, сильно замагниченный, поскольку плазма, стягивающаяся к черной дыре, тянет с собой магнитное поле. Раз есть замагниченная плазма, да еще с большим градиентом скоростей, неизбежны вспышки, подобные солнечным. Их природа — пересоединение петель магнитного поля. Излучают при этом электроны, движущиеся в магнитном поле (синхротронное излучение). Причем чем ближе к черной дыре, тем ярче должны быть вспышки.

Аккреционный диск тянется внутрь до последней стационарной орбиты, именно вблизи последней должны возникать наиболее яркие вспышки. Оттуда уже рукой подать до горизонта событий.

Команда эксперимента GRAVITY исследовала две яркие вспышки длительностью порядка часа, произошедшие 22 и 28 июля 2018 года, и более слабую вспышку 27 мая того же года1. Обнаружено смещение источника на 120 угловых микросекунд за время порядка получаса.

Это соответствует перемещению со скоростью 30% скорости света — подобное орбитальное движение наблюдается впервые.
Изображение

Рис. 1. Эволюция положения вспышки. Слева — отдельно по двум осям в зависимости от времени, справа — последовательность положений на плоскости. Черные точки на рис. 1а — яркость вспышки. Плавные кривые на рис. 1с и синий круг на рис 1d — результат подгонки орбитальным движением для невращающейся черной дыры. Оранжевый крест — положение черной дыры, определенное по независимым данным
Траектория вспышки 22 июля показана на нижней правой панели рис. 1 — за время наблюдения источник описал по часовой стрелке 50−70% окружности. Конечно, ошибки в измерении положения достаточно велики, но круг или эллипс просматриваются без привлечения чрезмерного воображения. Центр круга в пределах ошибок согласуется с положением черной дыры, определенным из траекторий близких звезд, которые изучены тем же инструментом GRAVITY (показано оранжевым крестом на рис. 1).

Результаты подгонки траектории к данным по вспышке 22 июля таковы: радиус орбиты — 7 гравитационных радиусов, или 3,5 шварцшильдовского радиуса для массы 4 млн солнечных (авторы пользуются определением, где гравитационный радиус вдвое меньше шварцшильдовского). Ошибка порядка гравитационного радиуса. Итак, видим движущийся объект совсем близко к предельной стабильной орбите (шесть гравитационных радиусов) и близко к горизонту событий. Параметр вращения черной дыры вытащить из результатов не удается.

Две другие вспышки тоже перемещались, хотя их траектории менее похожи на круговые из-за ошибок измерения. Важно то, что картина подкрепляется вращением плоскости поляризации фотонов, что и должно быть, если мы имеем дело с синхротронным излучением электронов в магнитном поле.

Насколько надежен результат? Оценить статистическую значимость эффекта (вероятность того, что эффект имитирован случайной флуктуацией) довольно трудно. В статье соответствующей оценки не дается, и есть еще к чему придраться. На глаз, если судить по рис. 1a, формальная значимость не слишком велика, но «правильная» последовательность положений во времени и соответствующее вращение плоскости поляризации дают дополнительные аргументы.

Конечно, абсолютной стопроцентной уверенности результаты не дают, но навскидку результат выглядит достаточно значимым, чтобы опубликовать его. В конце концов, измерения воспроизводимы — вспышки время от времени будут повторяться, инструмент работает.

Итак, похоже, добрались до предельной стационарной орбиты. Следующий шаг — тень черной дыры.

Борис Штерн,
астрофизик, вед. науч. сотр. Института ядерных исследований РАН

1 Результаты опубликованы в статье в Astronomy & Astrophysics от 31 октября 2018 года, доступной по ссылке
eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1835/eso1835a.pdf
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30871
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#2   morozov » Вт ноя 06, 2018 19:52

Комментарий

Валерий Морозов:
06.11.2018 в 17:34

Хотелось бы напомнить.
«Черная дыра» всего лишь гипотеза, популярная, но гипотеза.

Эйнштейн говорит о необходимости избавить теорию от сингулярностей:
«Б. Теория поля еще не вполне определяется системой уравнений поля. Надо ли признавать наличие сингулярностей? Следует ли постулировать граничные условия? Что касается первого вопроса, то мое мнение заключается в следующем: сингулярности должны быть исключены. Мне не кажется разумным вводить в теорию континуума точки (или линии и т. п.), для которых уравнения поля не выполняются. Кроме того, введение сингулярностей эквивалентно постулированию граничных условий (произвольных с точки зрения уравнений поля) на „поверхностях“, окружающих сингулярности. Без такого постулата теория будет слишком неопределенной. Ответ на второй вопрос, по-моему, заключается в том, что постулирование граничных условий является обязательным…»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Кисантий
Сообщения: 5684
Зарегистрирован: Ср ноя 04, 2009 18:57

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#3   Кисантий » Чт ноя 08, 2018 2:24

Хокинг перед смертью напсал что эти поганые массоны дурят простой народ :?
https://arxiv.org/abs/1401.5761
Кот это очень древнее и неприкосновенное животное. Кот спас жизнь хозяину, позвонив в 911

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30871
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#4   morozov » Пт ноя 09, 2018 13:15

О чем и говорит Эйнштейн.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Кисантий
Сообщения: 5684
Зарегистрирован: Ср ноя 04, 2009 18:57

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#5   Кисантий » Пт ноя 09, 2018 14:15

morozov писал(а):
Пт ноя 09, 2018 13:15
О чем и говорит Эйнштейн.
Я предупреждал несчастного стива что он плохо кончит :(

Изображение
Кот это очень древнее и неприкосновенное животное. Кот спас жизнь хозяину, позвонив в 911

Аватара пользователя
Кисантий
Сообщения: 5684
Зарегистрирован: Ср ноя 04, 2009 18:57

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#6   Кисантий » Пт ноя 09, 2018 21:38

Кисантий писал(а):
Чт ноя 08, 2018 2:24
Хокинг перед смертью напсал что эти поганые массоны дурят простой народ :?
https://arxiv.org/abs/1401.5761
стива напсал в архив 103 статьи :shock:
но после этой статьи
https://arxiv.org/auth/show-endorsers/1401.5761
его забанили :shock:
No authors of 1401.5761 can endorse.

Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes

Stephen Hawking: Is registered as an author of this paper.
Not currently an endorser. (why?)
Кот это очень древнее и неприкосновенное животное. Кот спас жизнь хозяину, позвонив в 911

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30871
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#7   morozov » Пт ноя 09, 2018 22:04

Представляете, что сделают со мной, если кроме черных дыр у меня пропал и большой взрыв.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30871
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#8   morozov » Сб ноя 10, 2018 12:21

https://trv-science.ru/2018/11/06/podbi ... ent-117683
Валерий Морозов:
09.11.2018 в 12:54

Расширения теории пока не включают в себя классическую ОТО. Квантовой гравитации теории пока нет.

«Будем ждать квантовую теорию гравитации. Я оптимист.»

Я тоже оптимист, но я не жду, я этим занимаюсь всерьез. Пока это классика, но уже есть существенные результаты. В новой версии ОТО черных дыр нет. Вместо них объект с не менее странным гравитационным полем, но без сингулярности. Кроме того появилось новое решение — выталкивающее поле, существующее само по себе. В космосе достаточно объектов похожих на проявление такого поля.

Если Вы имеете представление об ОТО. Вам возможно будет понятна 13-и минутная презентация
https://youtu.be/84V774DewlE
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Кисантий
Сообщения: 5684
Зарегистрирован: Ср ноя 04, 2009 18:57

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#9   Кисантий » Сб ноя 10, 2018 22:42

morozov писал(а):
Пт ноя 09, 2018 22:04
Представляете, что сделают со мной, если кроме черных дыр у меня пропал и большой взрыв.
пока сумасшедший Храпко отдыхает на канадчиковой даче, Вам ничто не угрожает :wink:
Кот это очень древнее и неприкосновенное животное. Кот спас жизнь хозяину, позвонив в 911

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30871
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#10   morozov » Вс ноя 11, 2018 13:14

Сейчас модно называть альтернативные теории обобщением ОТО. На самом деле они, как правило, слабо связаны с Эйнштейновской теорией. В рецензиях на мои статьи постоянно звучит мотивчик: "Идеи Эйнштейна устарели. Парень, ты занимаешься ерундой. ОТО - ненужный хлам".

А между тем, другой теории гравитации нет.
То, чем я занимаюсь, не альтернатива теории, это сама теория.

Что получилось в результате, при решении задачи Шварцшильда?
Решение, практически совпадающее с решением Шварцшильда, вплоть до нескольких радиусов Шварцшильда. В районе радиуса Шварцшильда гладкое, монотонно возрастающее поле тяготения, но резко возрастающее начиная примерно с половины радиуса Шварцшильда. быстро возрастает, быстрее, чем любая степенная функция.

С точки зрения оптики тяжелый и плотный объект меньше радиуса Шварцшильда, воспринимается как темный объект, сильно поглощающий электромагнитное излучение радиусом, составляющим примерно половину радиуса "черной дыры". Скорее всего это массивная нейтронная звезда, возможно излучающая нерегулярно в длинноволновом диапазоне, начиная с ИК волн, из-за сильного гравитационного красного смещения.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
Кисантий
Сообщения: 5684
Зарегистрирован: Ср ноя 04, 2009 18:57

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#11   Кисантий » Вт ноя 13, 2018 12:30

>Скорее всего это массивная нейтронная звезда,
Изображение
Не бывает массивная нейтронная звезда массой в миллион солнечных масс :wink: это кротовая нора, котрая поддерживается галилионми :idea:
Кот это очень древнее и неприкосновенное животное. Кот спас жизнь хозяину, позвонив в 911

Аватара пользователя
Кисантий
Сообщения: 5684
Зарегистрирован: Ср ноя 04, 2009 18:57

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#12   Кисантий » Ср ноя 14, 2018 6:23

morozov писал(а):
Вс ноя 11, 2018 13:14
Сейчас модно называть альтернативные теории обобщением ОТО. На самом деле они, как правило, слабо связаны с Эйнштейновской теорией. В рецензиях на мои статьи постоянно звучит мотивчик: "Идеи Эйнштейна устарели. Парень, ты занимаешься ерундой. ОТО - ненужный хлам".

А между тем, другой теории гравитации нет.
То, чем я занимаюсь, не альтернатива теории, это сама теория.

Что получилось в результате, при решении задачи Шварцшильда?
Решение, практически совпадающее с решением Шварцшильда, вплоть до нескольких радиусов Шварцшильда. В районе радиуса Шварцшильда гладкое, монотонно возрастающее поле тяготения, но резко возрастающее начиная примерно с половины радиуса Шварцшильда. быстро возрастает, быстрее, чем любая степенная функция.

С точки зрения оптики тяжелый и плотный объект меньше радиуса Шварцшильда, воспринимается как темный объект, сильно поглощающий электромагнитное излучение радиусом, составляющим примерно половину радиуса "черной дыры". Скорее всего это массивная нейтронная звезда, возможно излучающая нерегулярно в длинноволновом диапазоне, начиная с ИК волн, из-за сильного гравитационного красного смещения.
>В рецензиях на мои статьи постоянно звучит мотивчик: "Идеи Эйнштейна устарели. Парень, ты занимаешься ерундой. ОТО - ненужный хлам".
Это от слабоумия или врут чтобы отказать в вежливой форме :wink:
Кот это очень древнее и неприкосновенное животное. Кот спас жизнь хозяину, позвонив в 911

sherst
Сообщения: 649
Зарегистрирован: Пн апр 11, 2011 12:51

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#13   sherst » Чт ноя 15, 2018 15:17

Но можно, например, увидеть ее тень — она немного больше горизонта (для невращающейся черной дыры — в полтора раза). В данном случае тень — круг, в котором наблюдатель не видит фотонов, излученных дальше черной дыры.
Что означает эта фраза?
Есть фотонная сфера радиуса 1.5 r_g. А тут непонятно.

Аватара пользователя
Кисантий
Сообщения: 5684
Зарегистрирован: Ср ноя 04, 2009 18:57

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#14   Кисантий » Чт ноя 15, 2018 17:36

sherst писал(а):
Чт ноя 15, 2018 15:17
Но можно, например, увидеть ее тень — она немного больше горизонта (для невращающейся черной дыры — в полтора раза). В данном случае тень — круг, в котором наблюдатель не видит фотонов, излученных дальше черной дыры.
Что означает эта фраза?
Есть фотонная сфера радиуса 1.5 r_g. А тут непонятно.
>Что означает эта фраза?
стопудово эта фраза означает только глупость наших малограмотных бредофизиков :wink: Даже дурак-инвалид Хопкинс понял что никаких черных горизонтов не существует, но пока не до всех дошло :mrgreen:
ЧД это не физический объект а "математическая" модель которая возникла на почве вопиющей математической безграмотности классиков в области римановской геометрии.
Кот это очень древнее и неприкосновенное животное. Кот спас жизнь хозяину, позвонив в 911

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30871
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Подбираясь к горизонту событий

Номер сообщения:#15   morozov » Пт ноя 16, 2018 12:35

Изображение
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»