Вы наверняка слышали новость о первой фотографии черной дыры, опубликованной ученым. Эта фотография стала потрясающей новостью не только для астрономии, но и для всего мира. Эта фотография стала первым шагом к новой двери информации. Вселенная становится все более просветленной с каждой новой информацией, и благодаря этому мы можем лучше понять все тайны за пределами нашей планеты.

Недавно мы увидели, как двенадцать лауреатов были удостоены Нобелевской премии 2020 года, и как каждый из них внес огромный вклад в развитие человечества своими исследованиями и открытиями. Все они - удивительные исследователи, и мы с удовольствием поговорили бы здесь о каждом из них, но сегодня для лучшего объяснения и понимания контекста первой картины черной дыры мы поговорим о работе лауреатов Роджера Пенроуза, Рейнхарда Гензеля и Андреа Геза, лауреатов Нобелевской премии по физике.

Согласно официальному сайту Нобелевской премии, лауреаты были отмечены "за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности" и "за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики". Пенроуз с помощью впечатляющих математических методов доказал, что черные роли связаны с теорией относительности Эйнштейна, а работы Рейнхарда Гензеля и Андреа Геза неопровержимо доказали, что в центре нашей галактики Млечный Путь действительно находится черная дыра, известная сегодня под именем Стрелец А*.

Нобелевская премия 2020 года по физике

Чтобы полностью понять тему, нам необходимо знать несколько основных понятий о черных дырах, например, "Что такое черная дыра?"; "Из чего они состоят? Где мы можем найти такую дыру?".

Первое, что нам нужно знать, - это понятие, которое часто используется во многих темах в области астрономии, - понятие о том, что такое пространство-время. Пространство-время - это четырехмерное многообразие, три измерения пространства и одно измерение времени, в системе координат мы будем иметь (x,y,z,t). Интересным фактом является то, что одна точка в этой системе координат называется событием. Исходя из этого, мы можем получить определение черной дыры.

Черная дыра - это область пространства-времени где гравитация настолько сильна, что любой газ, пыль, частица или даже свет не могут вырваться из нее! Все они СИЛЬНО притягиваются силой гравитации в черную дыру и исчезают, уходя в место, которое и сегодня остается неизвестным для ученых. Самое интересное здесь то, что если даже свет не может освободиться от этой силы, то невозможно увидеть черную дыру или даже узнать, где она находится. Это все равно, что попытаться увидеть черный объект на черном фоне, вы не сможете увидеть, а если и увидите, то с большим трудом. Так как же ученым это удается?

В теории, черные дыры образуются обычно, когда очень массивная звезда, намного тяжелее Солнца, разрушается в конце своей жизни. Масса является очень важным фактором, определяющим, превратится ли мертвая звезда в черную дыру или в нейтронную звезду. Эта сверхмассивная звезда сжимается в очень маленькое пространство под действием гравитации, и для формирования черной дыры эта компактная масса может деформировать пространство-время, согласно общей теории относительности.

Эта деформация пространства-времени создает силу гравитационного ускорения, направленную к центру плотного тела. Под действием этой силы газ и частицы вблизи или рядом с черной дырой начинают набирать скорость вращения, будучи насильно втянутыми в черную дыру. Это явление называется Аккреционный диск.

Эта сила гравитации и трения заставляет весь газ и частицы с электрическими зарядами генерировать не только повышение температуры, но и электромагнитное излучение с различными частотами, например, инфракрасное или рентгеновское. Благодаря этой удивительной характеристике черную дыру можно "увидеть". Это хорошо, но не облегчает работу ученого на 100 процентов, у вас есть частота, которую вы можете отследить, но вы все еще не можете сказать: "О, смотрите, черная дыра вон там, в небе". Мы не можем относиться к свету черной дыры так же, как к свету обычной звезды; они сильно отличаются друг от друга. Но хорошая новость заключается в том, что черный объект с самого начала теперь слегка освещен на черном фоне.

На первой фотографии черной дыры мы видим аккреционный диск. Черная дыра в данном случае в 6,5 миллионов раз тяжелее нашего Солнца и находится в галактике Messier 87, в 53 миллионах световых лет от Земли. Эта картина стала возможной благодаря временной работе восьми различных телескопов по всему миру, телескопа Event Horizon и некоторых других космических телескопов, вместе они захватили в одно и то же время данные из М87 в апреле 2017 года. Каждый из них снимает разные данные с черной дыры, а затем все вместе формирует изображение. Это может показаться простым и одномоментным делом, но ученым пришлось потрудиться, чтобы полностью понять все данные и то, как с ними работать, какой алгоритм использовать и как его применять.

В статье, опубликованной в 1997 году, Гензель показал, что данные, собранные за пять разных лет, с 1992 по 1996 год, фиксируют быстро движущиеся звезды в непосредственной близости от Sgr A*, и что в центре этих звезд находится очень большая и тяжелая темная масса. "При такой плотности не существует стабильной конфигурации нормальных звезд, звездных остатков или субзвездных образований", - говорится в статье (GENZEL et al., 1997). Вывод: "В ядре Млечного Пути должна находиться массивная черная дыра".

В другой статье, опубликованной в 1998 году Гезом, в ходе двухлетнего исследования была обнаружена та же картина движущихся начал в том же месте, как сказано в статье "пики как плотности звездной поверхности, так и дисперсии скоростей согласуются с положением кандидата в черные дыры (в то время еще кандидата) Sgr A*" (GHEZ et al., 1998). Изображения, использованные в исследовании, были получены в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, в том, который излучает аккреционный диск.

Вот краткий список этих статей:

ГЕНЗЕЛЬ Р. и др. О природе темной массы в центре Млечного Пути. Ежемесячные извещения Королевского астрономического общества, v. 291, n. 1, p. 219-234, 11 out. 1997.

GHEZ, A. M. et al. High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A\ast: Доказательства наличия сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Астрофизический журнал, v. 509, n. 2, p. 678-686, dez. 1998.

ГЕЗ, А. М. и др. Измерение расстояния и свойств центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути с помощью звездных орбит. Астрофизический журнал, v. 689, n. 2, p. 1044-1062, dez. 2008.

Разве не прекрасна Вселенная?

Все это уже невероятно, но многое еще впереди, как сказал Дэвид Хэвиленд, председатель Нобелевского комитета по физике: "...эти экзотические объекты все еще вызывают множество вопросов, которые требуют ответов и мотивируют будущие исследования. Не только вопросы об их внутренней структуре, но и вопросы о том, как проверить нашу теорию гравитации в экстремальных условиях в непосредственной близости от черной дыры". И мы будем здесь, с нетерпением ожидая следующего перерыва! А пока мы благодарим лауреатов этого года Роджер Пенроуз, Райнхард Гензель и Андреа ГезВы великолепны!

Если вы также хотите почитать о работе Роджера Пенроуза, вот несколько статей, описывающих его работу. Одна из них была опубликована вместе с легендарным Стивен Хокинг. Вы также можете ознакомиться с этими статьями здесь:

HAWKING, S.; PENROSE, R. Природа пространства и времени. Американский физический журнал, v. 65, n. 7, p. 676-676, 1 jul. 1997.

ЭХЛЕРС Й., РИНДЛЕР В., ПЕНРОЗ Р. Сохранение энергии как основа релятивистской механики. II. American Journal of Physics, v. 33, n. 12, p. 995-997, 1 dez. 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. Подход к гравитационному излучению методом спиновых коэффициентов. Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, p. 566-578, 1 maio 1962.

ПЕНРОЗ, Р.; РИНДЛЕР, В. Сохранение энергии как основа релятивистской механики. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, p. 55-59, 1 jan. 1965.

Если у вас есть проект или презентация по астрономии, вы можете использовать Mind the Graph, чтобы сделать ваш контент более эффективным, дидактическим и веселым! Мы знаем, что трудно получить хорошие фотографии по теме, поэтому мы здесь, чтобы помочь вам с этим, вы можете проверить наш контент об астрономии прямо здесь.

Вы можете найти в Mind the Graph все, что вам нужно, а если не найдете, мы вам поможем!

Давайте вместе улучшим коммуникацию в науке! Готовы ли вы попробовать?

Похожие статьи
логотип-подписка

Подпишитесь на нашу рассылку

Эксклюзивный высококачественный контент об эффективных визуальных
коммуникация в науке.

- Эксклюзивный гид
- Советы по дизайну
- Научные новости и тенденции
- Учебники и шаблоны