Впервые обнаружено предсказанное Эйнштейном искривление пространства
источник: cdnimg.rg.ru
Международная команда астрофизиков провела наблюдения за рентгеновскими лучами, выбрасываемыми во Вселенную сверхмассивной черной дырой, и впервые в истории сумела зафиксировать свет, исходящий с ее «обратной» стороны.
Исследование опубликовано в журнале Nature, а коротко о нем рассказывает Phys.org. Команда во главе с астрофизиком из Стэнфордского университета Дэном Уилкинсом изучила лучи, исходящие из центра галактики, расположенной на расстоянии 800 миллионов световых лет от Земли.
источник: scx2.b-cdn.net
В результате была выявлена заинтриговавшая ученых закономерность. Сначала телескопы зафиксировали серию ярких рентгеновских вспышек, которые не являются беспрецедентными. Однако затем неожиданно были пойманы дополнительные рентгеновские сигналы, которые заметно отличались от предыдущих ярких вспышек. В частности, они были короче, пришли с «опозданием» и имели разные «цвета».
Астрофизики детально изучили их и пришли к выводу, что они столкнулись с так называемым световым эхо. Иными словами, были пойманы рентгеновские лучи с «обратной», если наблюдать с Земли, стороны черной дыры. Это явление не укладывается в мерки нашего сегодняшнего понимания природы черных дыр, однако при этом оно отлично вписывается в сценарий, предсказанный общей теорией относительности Эйнштейна, но до сих пор практически не подтвержденный.
«Любой свет, который попадает в эту черную дыру, не покидает ее, — говорит Уилкинс. — Поэтому мы не должны видеть то, что находится за черной дырой. Однако существует необычная характеристика, которая делает такое наблюдение возможным. Причина, по которой мы это увидели, заключается в том, что данная черная дыра искривляет пространство, искривляет свет и закручивает вокруг себя магнитные поля».
Интересно, что изначально астрофизики планировали просто получить дополнительную информацию о такой загадочной характеристике некоторых черных дыр, как корона. Считается, что попадающий в сверхмассивную черную дыру материал подпитывает самые яркие и непрерывные источники света во Вселенной.
При этом вокруг черной дыры образуется своего рода корона. Этот свет является рентгеновским излучением, анализируя которое, ученые получают характеристики каждой конкретной черной дыры.
В данном случае ученые намеревались установить происхождение ярких вспышек, но им удалось поймать и серию более мелких вспышек. Результаты команда перепроверила не раз и в итоге пришла к выводу, что мелкие вспышки — это такие же яркие рентгеновские вспышки, только отраженные от задней части короны. По сути, представленное исследование — это буквально первый взгляд с Земли на дальнюю сторону черной дыры.
«Пятьдесят лет назад, когда астрофизики только начинали размышлять о том, как магнитное поле может вести себя вблизи черной дыры, они понятия не имели, что однажды у нас могут появиться методы, чтобы наблюдать это напрямую и увидеть общую теорию относительности Эйнштейна в действии», — резюмирует соавтор исследования Роджер Блэндфорд.
Международная команда астрофизиков во главе с австралийским профессором Мэтью Бейлсом из Суинбернского технологического университета зафиксировала редкое, предсказанное Альбертом Эйнштейном явление, при котором вращение небесного тела как бы закручивает пространство и время.
Исследование представлено в журнале Science, а коротко о нем рассказывает Phys.org. Выводы ученые сделали после анализа наблюдений за необычной звездной парой. Сообщается, что работа является еще одним доказательством Общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Знаменитый ученый опубликовал ее более века назад. Согласно ей сила тяжести возникает из-за искривления пространства и времени, а такие объекты, как Солнце и Земля, изменяют эту геометрию. Предсказание Эйнштейна впервые было документально подтверждено в 2016 году, когда были зафиксированы гравитационные волны.
Команда Бейлса считает, что нашла новое доказательство. С помощью 64-метрового радиотелескопа CSIRO Parkes она уже почти 20 лет наблюдает за двумя звездами, вращающимися друг вокруг друга с удивительной скоростью.
Одна из них — белый карлик. По размерам он сопоставим с Землей, однако его плотность в 300 тысяч раз больше плотности нашей планеты. Второй объект в этой паре — нейтронная звезда, которая имеет всего 20 километров в диаметре. При этом она примерно в 100 миллиардов раз плотнее Земли.
Эта двойная система известна под названием PSR J1141-6545. Сообщается, что прежде чем звезда взорвалась, став нейтронной, около миллиона лет назад, она начала «разбухать», выбрасывая в космос внешнюю часть своего ядра. Этот материал попадал на поверхность белого карлика и заставлял его вращаться все быстрее и быстрее, пока его «день» не стал измеряться какими-то минутами.
Еще в 1918 году австрийские математики Йозеф Ленс и Ганс Тирринг заявили, что если Эйнштейн прав, то все вращающиеся тела должны «тянуть» за собой саму ткань пространства-времени. В повседневной жизни этот эффект настолько незначителен, что практически незаметен.
Ранее подобный эффект удавалось наблюдать в ходе лабораторных экспериментов. Однако впервые ученые получили подтверждение существования такого эффекта на конкретном примере. Изучение пульсара PSR J1141-6545 показало, что стремительное вращение белого карлика влияет на окружающее пространство-время и является причиной медленного изменения ориентации орбиты пульсара, которая постепенно наклоняется.
«Сначала эта звездная пара демонстрировала многие из классических эффектов, которые предсказывала теория Эйнштейна, — говорит соавтор работы Вивек Венкатраман Кришнан из Института радиоастрономии имени Макса Планка. — Затем мы заметили постепенное изменение ориентации плоскости орбиты».
По мнению ученых, искривление пространства-времени объясняет наклонную орбиту пульсара. Это означает, что механизм перетаскивания ткани пространства-времени, предсказанный после Эйнштейна Ленсом и Тиррингом, существует.
«Пульсары — это суперчасы в космосе, а суперчасы в мощных гравитационных полях — это лаборатория мечты Эйнштейна, — говорит соавтор работы Эван Кин. — Мы изучали один из самых необычных из них в этой двойной звездной системе. Рассматривая периодические импульсы света от пульсара как тиканье часов, мы можем увидеть и разгадать многие гравитационные эффекты, поскольку они изменяют орбитальную конфигурацию и время прихода импульсов тактового сигнала. В этом случае мы впервые увидели линзовидную прецессию, предсказанную Общей теорией относительности».
suare 5 Августа 2021Астрономы зафиксировали «эхо» с обратной стороны сверхмассивной черной дыры
Гравитация обычных и сверхмассивных черных дыр настолько велика, что ее нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Из-за границы действия этого объекта – горизонта событий – не могут вырваться никакие объекты или излучение.
Советские астрофизики Рашид Сюняев и Николай Шакура показали, что этой участи могут избежать некоторые частицы света, которые подходят очень близко к горизонту событий. Для этого они должны двигаться в определенном направлении относительно линии горизонта событий. В таком случае гравитация разгоняет фотон и помогает ему «сбежать» из окрестностей черной дыры.
В теории благодаря этим частицам можно увидеть, что расположено непосредственно за черной дырой, а также больше узнать об излучении, которое вырабатывает окружающий ее диск аккреции – «бублик» из раскаленного газа и пыли, материя из которого постепенно падает на горизонт событий. Профессор Стэнфордского университета Роджер Блэндфорд и его коллеги получили подобные данные с помощью орбитальных рентгеновских телескопов NuSTAR и XMM-Newton.
Первоначально ученые наблюдали за черной дырой, которая расположена в центре галактики I Zw 1. Астрономы изучали ее «корону» – рентгеновское излучение высокой интенсивности, источником которого служит материя диска аккреции, падающая на горизонт событий. Свойства этого излучения напрямую отражают силу и структуру магнитных полей, которые находятся в окрестностях черной дыры.
Электроны, которые попадают в окрестности горизонта событий, эти поля разгоняют до околосветовых скоростей. Кроме того, электроны начинают излучать частицы света высоких энергий. Блэндфорд и его коллеги предположили, что часть из них может «сбежать» из окрестностей горизонта событий.
На протяжении нескольких дней астрономы наблюдали, как менялась интенсивность рентгеновского излучения от короны черной дыры в галактике I Zw 1. Ученые нашли у этого излучения своеобразное световое «эхо», которое запаздывало примерно на 12 минут.
Оно представляет собой излучение с «обратной стороны» черной дыры, источником которого были те же взаимодействия между диском аккреции и магнитными полями, что и более ранние рентгеновские вспышки. Это означает, что расстояние между короной черной дыры и горизонтом событий примерно в четыре раза больше, чем между центральной точкой черной дыры и горизонтом событий.
Ученые надеются, что дальнейшие наблюдения за «обратной стороной» черных дыр помогут уточнить, как взаимодействуют друг с другом их магнитные поля и диски аккреции. Это необходимо, чтобы узнать, как возникают джеты сверхмассивных черных дыр – узкие пучки из раскаленной материи, которые играют важную роль в эволюции всех галактик Вселенной.
Ученые впервые зафиксировали прямое наблюдение света, приходящего из-за черной дыры. Это явления было предсказано еще общей теорией относительности Эйнштейна, однако до настоящего момента подтверждений не было.
Астрофизик Стэнфордского университета Дэн Уилкинс сделал открытие в ходе наблюдения за рентгеновскими лучами, выбрасываемыми во Вселенную сверхмассивной черной дырой. Астрономы обратили внимание на странные вспышки, оказавшиеся отражением, которое получено от обратной стороны дыры. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Явление произошло в сверхмассивной черной дыре, расположенной в центре Галактики и удаленной на расстояние 800 миллионов световых лет от Земли. Телескопы зафиксировали яркие рентгеновские вспышки, а чуть позже — дополнительные, менее яркие и разных «цветов». По мнению ученых, эти отблески явились световым эхом рентгеновских лучей, отраженным от обратной стороны черной дыры.
Как объяснил Уилкинс, световое эхо удалось заменить благодаря искривлению пространства черной дырой, которая отклоняет свет и «закручивает вокруг себя магнитные поля».
Соавтор работы, профессор из Школы гуманитарных и естественных наук Стэнфорда Роджер Бландфорд подчеркнул, что астрофизики начали размышлять о возможном поведении магнитного поля вблизи черной дыры еще 50 лет назад, а сейчас удалось увидеть общую теорию относительности Эйнштейна в действии.
Физики впервые уловили свет с обратной стороны черной дыры
Этот процесс был предсказан общей теорией относительности Эйнштейна, но еще никогда не наблюдался напрямую
Группа исследователей, изучавших корональные вспышки (выбросы раскаленного вещества и излучения) сверхмассивной черной дыры I Zwicky 1, обнаружила любопытное явление. Некоторые из рентгеновских лучей, созданных вспышками, отражаются от дальней стороны диска черной дыры, изогнутой под действием гравитационного поля. Этот эффект отличается от гравитационного линзирования, при котором наш взгляд на удаленный объект искажается из-за того, что свет огибает массивное тело. В данном же случае рентгеновские лучи от корональной вспышки отражались от аккреционного диска черной дыры, огибая ее и попадая в объектив чувствительной аппаратуры телескопа. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature.
«Любой свет, попадающий в черную дыру, не может покинуть ее из-за сильнейшей гравитации, а потому в теории мы не должны видеть ничего, что находится непосредственно за черной дырой. Причина, по которой мы все-таки смогли уловить излучение, заключается в том, что эта черная дыра искривляет пространство, а вместе с ним и свет, а также закручивает вокруг себя магнитные поля », — пояснил Дэн Уилкинс, астрофизик из Института астрофизики элементарных частиц и космологии им. Кавли при Стэнфордском университете.
Черные дыры настолько гравитационно активны, что удерживают мертвой хваткой даже свет. Материя, попадающая в черные дыры, разрывается на части на атомном уровне, образуя суп из перегретой намагниченной плазмы. Эта заряженная плазма образует большую часть аккреционного диска черной дыры (большое скопление вещества в форме плоского диска вокруг большинства сверхмассивных черных дыр) и приводит к возникновению мощных магнитных полей. Когда эти магнитные поля образуют дугу и сходятся, раскаленная «периферия» черной дыры озаряется яркими вспышками, подобными тем, которые происходят в короне Солнца.
Идея о том, что сильная гравитация черных дыр может искривлять свет вокруг себя, была предложена Эйнштейном, но технологиям потребовалось время, чтобы подтвердить его догадки. «Пятьдесят лет назад, когда астрофизики [начали] размышлять о том, как магнитное поле может вести себя вблизи черной дыры, они и понятия не имели, что однажды у нас могут появиться методы, чтобы наблюдать это напрямую и увидеть общую теорию относительности Эйнштейна в действии», — признался соавтор статьи Роджер Бландфорд, физик из Стэнфорда.
Новые наблюдения были сделаны с помощью телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства и телескопа NASA NuSTAR. Команда использовала оборудование, чтобы разглядеть яркие рентгеновские вспышки, исходящие от черной дыры шириной 18,6 миллиона миль, которая вращается на расстоянии около 800 миллионов световых лет от Земли. Ученые они обнаружили, что за этими яркими вспышками следовало удивительное скромное количество более мелких рентгеновских вспышек. Это указывало на то, что вторая серия рентгеновских лучей была эхом предыдущих вспышек, отразившихся от задней стороны черной дыры.
В будущем более точные телескопы могут улучшить наше понимание этих и других странных форм поведения черных дыр. Теория имеет тенденцию опережать наблюдения, поскольку мы куда более ограничены технологиями, нежели гипотезами – но мы уверены, что впереди еще масса сюрпризов.
Астрономы впервые обнаружили свет за черной дырой
suare 5 Августа 2021
