Tag:
Чорні діри
Відкриття гравітаційних хвиль: Нобелівський прорив
Детектування гравітаційних хвиль
Гравітаційні хвилі — це коливання в тканині простору-часу, передбачені Альбертом Ейнштейном понад століття тому. Вони виникають внаслідок руху масивних об’єктів, таких як чорні діри та нейтронні зірки.
У 2015 році Лазерно-інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO), величезний прилад, розроблений для виявлення гравітаційних хвиль, вперше безпосередньо виявила ці невловимі хвилі. Це відкриття стало великим науковим проривом, підтвердивши один з основних постулатів Загальної теорії відносності Ейнштейна.
Нобелівська премія з фізики
За свою новаторську роботу з виявлення гравітаційних хвиль троє фізиків зі США були удостоєні Нобелівської премії з фізики у 2017 році:
- Райнер Вайс з Массачусетського технологічного інституту
- Кіп С. Торн з Каліфорнійського технологічного інституту
- Баррі К. Бариш з Каліфорнійського технологічного інституту
Лазерно-інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO)
LIGO — це складний прилад, що складається з двох детекторів L-подібної форми, один у Луїзіані, а інший у штаті Вашингтон. Кожен детектор має два важелі завдовжки 2,5 милі з високовідбивними дзеркалами на кожному кінці.
LIGO працює шляхом вимірювання часу, необхідного лазерному променю, щоб відбитися між дзеркалами. Будь-які незначні зміни у часі проходження лазерів можуть свідчити про проходження гравітаційної хвилі.
Вплив виявлення гравітаційних хвиль
Виявлення гравітаційних хвиль мало глибокий вплив на фізику та астрономію. Це дозволило:
- Підтвердити один із головних прогнозів Загальної теорії відносності Ейнштейна
- Надати новий інструмент для вивчення Всесвіту, включаючи чорні діри та нейтронні зірки
- Відкрити можливість вивчати гравітаційні хвилі від раннього Всесвіту, включаючи Великий вибух
Майбутнє гравітаційно-хвильової астрономії
Виявлення гравітаційних хвиль — це лише початок. LIGO та інші гравітаційно-хвильові обсерваторії продовжують підвищувати свою чутливість, що дозволить їм виявляти ще слабші гравітаційні хвилі.
У майбутньому гравітаційно-хвильова астрономія, як очікується, революціонізує наше розуміння Всесвіту, надаючи уявлення про найекстремальніші та загадкові явища, такі як злиття чорних дір і Великий вибух.
Ключові постаті відкриття
Кіп Торн
Кіп Торн — теоретичний фізик, який відіграв провідну роль у розробці LIGO. Він був одним із перших науковців, хто повірив, що гравітаційні хвилі можна виявити, і він допоміг спроектувати та побудувати детектори LIGO.
Райнер Вайс
Райнер Вайс — експериментальний фізик, якому приписують розробку початкової концепції LIGO. Він очолив команду, яка побудувала перший детектор LIGO у 1970-х роках.
Баррі Бариш
Баррі Бариш — експериментальний фізик, який став директором LIGO у 1994 році. Йому приписують реорганізацію та управління проектом, який на той час зазнавав труднощів. Під його керівництвом LIGO був завершений і у 2015 році здійснив перше виявлення гравітаційних хвиль.
Виклики та обмеження
Виявлення гравітаційних хвиль — це складне завдання. Хвилі надзвичайно слабкі, і їх можна легко замаскувати іншими шумами. LIGO та інші гравітаційно-хвильові обсерваторії повинні бути надзвичайно чутливими, щоб виявляти ці хвилі.
Іншим обмеженням гравітаційно-хвильової астрономії є те, що вона може виявляти гравітаційні хвилі лише від певних типів джерел, таких як злиття чорних дір і зіткнення нейтронних зірок. Це означає, що гравітаційно-хвильова астрономія ще не здатна надати повну картину Всесвіту.
Висновки
Виявлення гравітаційних хвиль — це великий науковий прорив, який відкрив нове вікно у Всесвіт. LIGO та інші гравітаційно-хвильові обсерваторії продовжують підвищувати свою чутливість, що дозволить їм виявляти ще слабші гравітаційні хвилі та вивчати ширший спектр космічних явищ. У майбутньому гравітаційно-хвильова астрономія, як очікується, революціонізує наше розуміння Всесвіту, надаючи уявлення про найекстремальніші та загадкові явища, такі як злиття чорних дір і Великий вибух.
Події припливного руйнування: космічне видовище
Подія: зоряний бенкет чорної діри
11 лютого 2022 року за мільярди світлових років від Землі відбулася надзвичайна космічна подія. Зірка наблизилася надто близько до надмасивної чорної діри, що призвело до рідкісного явища, відомого як подія припливного руйнування (ПНР).
Під час ПНР величезні гравітаційні сили чорної діри розривають зорю, утворюючи потоки матерії, що називаються “спагетіфікацією”. Коли ця матерія падає в чорну діру, вона вивільняє яскравий струмінь енергії, який можуть виявити астрономи.
Відкриття: яскравий спалах у темряві
ПНР, назване AT 2022cmc, було вперше помічене астрономічним оглядом Zwicky Transient Facility. Його виняткова яскравість одразу привернула увагу, перевищивши очікування від спалаху гамма-випромінювання.
Релятивістський струмінь: космічний маяк
Дослідники незабаром з’ясували, що струмінь чорної діри був спрямований прямо на Землю, що призвело до ефекту “релятивістського підсилення”. Цей ефект зробив струмінь ще яскравішим, дозволивши астрономам спостерігати за ПНР з безпрецедентною деталізацією.
Значення ПНР: вікно в надмасивні чорні діри
ПНР є надзвичайно рідкісними, досі було виявлено лише кілька. Унікальні характеристики AT 2022cmc надають цінну інформацію про формування та розвиток надмасивних чорних дір.
Наука, що стоїть за видовищем
Гравітаційні сили та спагетіфікація
Гравітаційні сили чорної діри настільки сильні, що вони можуть спотворювати та розтягувати зорі до невпізнання. Цей процес, відомий як спагетіфікація, створює тонкі потоки матерії, які живлять чорну діру.
Утворення струменя та релятивістське підсилення
Коли подрібнена зоряна матерія падає в чорну діру, вона вивільняє енергію у вигляді струменя. Якщо струмінь випадково спрямований у бік Землі, ефект релятивістського підсилення підсилює його яскравість, що полегшує спостереження.
Роль спалахів гамма-випромінювання
Спалахи гамма-випромінювання — це потужні вибухи, які відбуваються, коли масивні зорі колапсують. Хоча яскравість AT 2022cmc спочатку вказувала на спалах гамма-випромінювання, подальший аналіз виявив інше джерело: надмасивну чорну діру.
Майбутнє досліджень ПНР
Відкриття AT 2022cmc відкрило нові можливості для вивчення ПНР та надмасивних чорних дір. Астрономи зараз використовують цю подію як модель для пошуку та характеристики додаткових ПНР, що забезпечує глибше розуміння цих космічних явищ.
Найкращі космічні фото тижня
Вибухи чорних дір
Чорні діри часто зображуються як космічні пилососи, що поглинають усе на своєму шляху. Однак дослідники з’ясували, що насправді вони досить неохайні їдці. Коли чорні діри поглинають, вони викидають частину матеріалу, що падає, за допомогою потужних вітрів із радіації.
Ці вітри можуть мати далекосяжні наслідки. Більшість зрілих галактик мають у своїх ядрах надмасивні чорні діри. Недавнє дослідження з використанням двох рентгенівських телескопів показало, що вітри з особливо яскравої галактики з активною чорною дірою під назвою PDS 456 дмуть по більшій частині галактики. Це свідчить про те, що вітри можуть виштовхувати гази, необхідні для формування нових зірок, що потенційно регулює ріст галактики-хазяїна.
Монтанське полярне сяйво
18 лютого небо над північною Монтаною спалахнуло видовищним полярним сяйвом. Шоу було видно навіть за межами Північного полярного кола. Земля проходила крізь потік сонячних частинок, які зіткнулися з молекулами повітря в нашій атмосфері, створивши яскраве світлове шоу.
Головне видовище, ймовірно, відбувалося над Канадою, де спостерігачі могли б побачити більш поширені зелені смуги світла, створені сонячними частинками, що вражають молекули кисню в нижніх шарах атмосфери. Однак здалеку в Монтані спостерігачі могли бачити яскраво-червоний колір полярної активності набагато вище в небі.
Заморожений вулкан
16 лютого на Курильських островах вперше за сім років вивергнувся вулкан. Вулкан Чикурачкі викинув стовпи попелу висотою до 25 000 футів, які вітри понесли на захід над засніженим ландшафтом. Попри те, що ланцюг Курильських островів є осередком вулканічної активності, вони заселені й уже 60 років є центром територіального спору між Японією та Росією.
Світанок наближається
Церера — єдина офіційна карликова планета, що знаходиться в головному поясі астероїдів між Марсом і Юпітером. З вересня 2014 року космічний апарат НАСА «Доун» наближається до цієї крихітної цілі й тепер надає ще кращі зображення, ніж космічний телескоп «Габбл».
Останні знімки, зроблені 12 лютого, показують два боки Церери під час обертання об’єкта, що демонструє кратери й розкидані яскраві плями, які спантеличили астрономів. Очікується, що «Доун» почне обертатися навколо Церери 6 березня, і його детальні знімки, як ми сподіваємося, розгадають цю загадку.
Темне злиття
Темна матерія, невидима й таємнича речовина, схоже, відіграє провідну роль у рості надмасивних чорних дір. Галактики мають надмасивні чорні діри у своїх центрах, і астрономи давно вважають, що розмір чорної діри має бути пов’язаний з кількістю зірок у галактиці.
Однак галактики також занурені в гало з невидимої темної матерії, яка переважає всю їхню видиму матерію. Недавнє дослідження показало тісний зв’язок між масою надмасивних чорних дір і масою їхніх гало темної матерії в 3000 еліптичних галактиках. Це говорить про те, що темна матерія, а не світло, визначає розмір чорних дір.
Цей зв’язок може бути пов’язаний зі способом формування еліптичних галактик — шляхом злиття двох менших галактик. Коли дві галактики стають однією, гало темної матерії зростає, встановлюючи галактичний «гравітаційний план», який певним чином запускає збільшення чорної діри.
Найкращі космічні фото тижня: від ігристої туманності до побачення з Церерою
by Роза
written by Роза
Найкращі космічні фото тижня
Шампанське мрії: ігристе туманність
Полюбуйтеся туманністю RCW 34, де масивні блакитні зірки запалюють яскравий космічний танець навколо вируючої хмари червоного пилу та водню. Це явище, відоме як потік шампанського, створює захоплюючі бульбашки гарячого газу, які вибухають назовні від країв хмари, імітуючи шипіння святкового тосту. Інфрачервоні телескопи показують покоління зірок, що знаходяться всередині цієї космічної колиски, натякаючи на поточний цикл народження зірок.
Імпресіоністська Земля: полотно Північної Атлантики
Весна розфарбовує Північну Атлантику яскравою палітрою, перетворюючи води на художній шедевр. Дрібні морські організми, які називаються фітопланктоном, створюють завихрення зеленого і блакитно-зеленого кольорів, окреслюючи берегові лінії і підводні плато. Цей рясний урожай планктону живить багату екосистему риб, молюсків і морських ссавців, роблячи цей регіон одним з найпродуктивніших рибних угідь на Землі. Вчені стежать за цим цвітінням фітопланктону, щоб оцінити вплив зміни клімату і забруднення на цю ніжну морське середовище.
Джет-сеттери: галактичні злиття та чорні діри
Більшість великих галактик приховують у своїх ядрах надмасивні чорні діри, але тільки деякі з них генерують релятивістські струмені — високошвидкісні витікання плазми, які вистрілюють з центру галактики, як небесні фонтани. Спостереження космічного телескопа Хаббл виявили міцний зв’язок між цими струменями і галактиками, які зазнали космічних злиття. Коли дві галактики стикаються, їхні чорні діри можуть злитися, породжуючи ці енергійні витікання. Однак не всі злиття призводять до струменів, що свідчить про те, що інші фактори, такі як маса задіяних чорних дір, можуть відігравати роль.
Сонячні знаки: динамічний фасад Сонця
Наше Сонце, побачене через різні фільтри, розкриває різноманітні зовнішні прояви, які підкреслюють його бурхливу плазму. Крайні ультрафіолетові довжини хвиль показують довгі, ниткоподібні структури, що утворюють своєрідний малюнок «більше, ніж». Ці нитки є холодними хмарами сонячного матеріалу, підвішеними над поверхнею магнітними силами. Вони можуть залишатися стабільними протягом декількох днів або вибухати, відправляючи в космос згустки сонячного матеріалу. Сонячна динамічна обсерваторія НАСА постійно спостерігає за Сонцем, щоб вивчати ці сонячні явища і прогнозувати потенційно небезпечні виверження, які можуть вплинути на Землю.
Обнімашки з Церерою: побачення Dawn з карликовою планетою
Після подорожі в три мільярди миль космічний апарат НАСА Dawn готується увійти на нову орбіту навколо Церери, карликової планети, найближчої до Землі. Цей майбутній етап місії, званий другою картографічною орбітою, дозволить Dawn спостерігати за Церерою з відстані всього 2700 миль над її поверхнею, збираючи безпрецедентно детальні дані. Вчені сподіваються отримати інформацію про те, як планети утворилися з сировини Сонячної системи та як вони розвивали свої окремі внутрішні шари. Знімки Церери крупним планом, зроблені Dawn, також можуть пролити світло на загадкові яскраві плями, помічені в одному з її кратерів.
Довгохвості ключові слова:
- Як утворюються нові зірки в RCW 34: наявність водню в RCW 34 свідчить про постійне утворення зірок у пиловій хмарі.
- Вплив зміни клімату на фітопланктон в затоці Мен і Новій Шотландії: вчені стежать за цвітінням фітопланктону, щоб оцінити вплив зміни клімату і забруднення на морську екосистему регіону.
- Роль злиття чорних дір у формуванні релятивістських струменів: спостереження космічного телескопа Хаббл виявили зв’язок між космічними злиттями і формуванням релятивістських струменів у галактиках.
- Різні типи сонячних вивержень і їх вплив на Землю: Сонячна динамічна обсерваторія стежить за Сонцем, щоб вивчати різні типи сонячних вивержень, включаючи спалахи і викиди корональної маси, і прогнозувати їх потенційний вплив на Землю.
- Як космічний апарат Dawn допоможе нам зрозуміти утворення планет: місія Dawn до Церери і Вести дає цінну інформацію про утворення і еволюцію планет у нашій Сонячній системі.
Найяскравіший об’єкт у Всесвіті: квазар на відстані 12 мільярдів світлових років
by Роза
written by Роза
Найяскравіший об’єкт у Всесвіті: сяючий квазар за 12 мільярдів світлових років
Астрономи виявили найяскравіший відомий об’єкт у Всесвіті — квазар, розташований за 12 мільярдів світлових років. Цей квазар, який офіційно називається J059-4351, є сяючим ядром галактики, що світить у 500 трильйонів разів яскравіше за наше Сонце.
Що таке квазар?
Квазари – це найяскравіші об’єкти у космосі. Їх живлять надмасивні чорні діри, які активно поглинають обертовий диск газу і пилу. Т тертя, що виникає внаслідок обертання матерії навколо чорної діри, вивільняє світлове тепло, яке можна побачити здалеку.
Рекордний квазар
Квазар J059-4351 є найяскравішим об’єктом, який коли-небудь спостерігали. Він живиться чорною дірою, яка поглинає масу, більшу за масу Сонця, щодня, що робить її чорною дірою з найшвидшим зростанням, яку коли-небудь бачили вчені.
Акційний диск навколо чорної діри в 15 000 разів перевищує відстань між Сонцем і Нептуном. Диск яскраво світиться, вивільняючи неймовірну кількість енергії.
Як астрономи знайшли квазар
Дослідники, самі того не знаючи, помітили надзвичайно яскравий квазар на знімках, зроблених у 1980 році Schmidt Southern Sky Survey, телескопом в Австралії. Однак спочатку вони помилково ідентифікували його як зірку.
Зазвичай астрономи знаходять квазари за допомогою моделей машинного навчання, навчених оглядати великі ділянки неба у пошуках об’єктів, які виглядають як відомі квазари в наявних даних. Це ускладнює виявлення незвичайно яскравих квазарів, які не схожі ні на що раніше побачене.
Минулого року автори дослідження визначили, що об’єкт насправді є квазаром, використовуючи телескоп в обсерваторії Сайдінг-Спрінг в Австралії. Вони продовжили роботу з даними з Дуже великого телескопа в Чилі, щоб визначити, що квазар є найяскравішим із коли-небудь бачених.
Чорна діра в центрі квазара
Чорна діра в центрі квазара J059-4351 важить приблизно стільки ж, скільки 17 мільярдів Сонць. Вона ненаситна, споживаючи кількість матерії, еквівалентну 413 Сонцям щороку.
Поглинаючи матерію, чорна діра вивільняє величезну кількість енергії. Ця енергія нагріває акційний диск до температури 10 000 градусів за Цельсієм і створює потужні вітри, які могли б облетіти Землю за секунду.
Майбутнє квазара
Світлу від квазара J059-4351 знадобилося близько 12 мільярдів років, щоб досягти нас. Це означає, що ми бачимо квазар таким, яким він був 12 мільярдів років тому.
На той час Всесвіт був набагато молодшим і хаотичнішим, ніж зараз. Навколо вільно плавало більше газу і пилу, що забезпечувало чорну діру рясним запасом їжі.
Однак з часом більша частина газу і пилу у Всесвіті консолідувалась у зорі і галактики. Це означає, що у чорних дір більше немає стільки матеріалу для живлення, як у ранньому Всесвіті.
В результаті чорна діра в центрі квазара J059-4351 зрештою перестане рости. Вольф вважає, що ніщо ніколи не перевершить цей рекорд найяскравішого об’єкта у Всесвіті.