Astronomija

Možemo li otkriti zračenje crne rupe?

Možemo li otkriti zračenje crne rupe?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Stephen Hawking predložio je da crna rupa emitira zračenje dok isparava.

Crne rupe ne dopuštaju nikakvom zračenju da izađe iz njihovog horizonta događaja jer se čak i čestice brzinom svjetlosti zarobe njihovim magnetnim poljem.

Da li to znači da kad crne rupe emituju zračenje, one ga jednostavno ponovo apsorbiraju?


Sama crna rupa ne emituje zračenje, već prostor oko nje. Zbog kvantnih efekata, male čestice i antičestice će se spontano stvoriti svuda (i kasnije će se uništiti u sudaru). Ako se to dogodi neposredno izvan horizonta događaja, jedna čestica će neizbježno pasti u nju, nikad više neće biti viđen. Druga čestica je sada "slobodna" i ovo je zračenje koje je Hawking predvidio.

Možemo li otkriti zračenje crne rupe?

Pa, ovo zračenje je premalo da bi se moglo detektirati samo po sebi, čak i ako bi nam crna rupa bila pred vratima. Međutim, zračenje čini crnu rupu manje masivnom i manjom i konačno će nestati, stvarajući bljesak gama zraka kojem se nadamo je prepoznatljiv, čak i sa vrlo velike udaljenosti.
Kao što @JamesK napominje u komentarima, ovo isparavanje potrajat će izuzetno dugo jer bi "uobičajene" crne rupe izazvane supernovima i onima koje se nalaze u galaktičkim centrima, ali manje iskonske crne rupe, nastale na samom početku svemira, mogle sada ispariti i zato imamo teleskop koji traži one bljeskove gama zraka.


Postoji toliko mnogo načina na koje možemo direktno ili indirektno otkriti crne rupe da će ovaj odgovor biti nužno nepotpun.

Iako nijedna svjetlost ne može pobjeći od crne rupe, efekti crnih rupa na prostor, materiju i aktivnosti oko njih često su vrlo dramatični. Jedan od najčešćih načina je putem akrecijskog diska materije koji se spiralno vrti oko crne rupe dok upada. Evo umjetničke koncepcije toga:

Kako materija upada, trenje između čestica je zagrijava zbog čega emitira ekstremne količine x-zraka i gama-zraka. Na polovima rotirajuće crne rupe takođe se često nalaze mlazovi i ponekad ih možemo vidjeti jer utiču na okolnu materiju:

Ponekad možemo vidjeti zvijezdu kako se preblizu crnoj rupi raskida zbog plimnih sila.

Ponekad postoje zvijezde koje kruže oko crne rupe u neposrednoj blizini zbog čega je njihova orbita superbrza. To nam omogućava da procijenimo masu kojom kruže i utvrdimo da se mora raditi o crnoj rupi.

Još jedan trik za pronalaženje crnih rupa uključuje gravitacijsko sočivo gdje gravitacija crne rupe savija svjetlost iza sebe dok prolazi na putu ka Zemlji:

Napokon, uskoro ćemo možda moći otkriti spajanje crne rupe s drugim masivnim objektom pomoću gravitacionih valova pomoću LIGO-a.

Ova lista sigurno nije potpuna!

Ovaj odgovor je nekako paralelan s Brandonovim, jer želim naglasiti poantu koja stoji u osnovi ovih vrsta zapažanja.

Nikada nećemo moći promatrati crnu rupu, jer za vanjske promatrače formiranje horizonta događaja traje beskonačno dugo. Ovo se može činiti pomalo pedantno, ali to je važno, jer naš cilj nije izravno promatranje crne rupe, već mjerenje svojstava sustava i iz njih zaključujemo da sustav mora formirati crnu rupu.

Na primjer, uzmimo Strijelca A $ ^ * $, za kojeg se vjeruje da je supermasivna crna rupa u središtu naše galaksije. Možemo promatrati zvijezde koje kruže oko njega i na osnovu tih opažanja izračunavamo da je njegova masa oko 4,1 milion Sunčevih masa, a njegova veličina manja od oko 6,25 svjetlosnih sati. To ne dokazuje da je Sag A $ ^ * $ crna rupa, jer je radijus horizonta događaja za masu Sag A $ ^ * $ oko 40 svjetlosnih sekundi. Međutim, ne znamo ni na koji način da bi nakupina mase s ovom gustinom mogla ostati stabilna za bilo šta poput života Mliječnog puta, pa zaključujemo da je moralo stvoriti crnu rupu. Očekujemo da će buduća mjerenja radio-teleskopa učiniti ograničenja radijusa još strožim i povećati naše uvjerenje da Sag A $ ^ * $ mora biti crna rupa.

Alternativno uzmite Cygnus X-1. Možemo procijeniti njegovu masu pomoću različitih metoda i dobiti masu u rasponu od 10-20 Sunčevih masa. Možemo ograničiti njegovu veličinu mjerenjem vremenskog okvira promjena u njenoj emisiji X-zraka, a dobivamo gornju granicu od oko 10 $ ^ 5 $ km (nešto manje od Sunca). To čini Cygnus X-1 barem neutronskom zvijezdom, ali pod pretpostavkom da su naši proračuni jednačina stanja zvijezda pouzdani, nijedna neutronska zvijezda teža od 3 Sunčeve mase ne može odoljeti da se sruši u crnu rupu. Dakle, još jednom možemo zaključiti o postojanju crne rupe iako je ne možemo direktno promatrati.

Brandonov odgovor daje lijepe primjere mjerenja koja možemo napraviti kako bismo dobili dokaze da postoje crne rupe. Ključna stvar koju treba razumjeti sa svim ovim jest da pokušavamo postaviti donje granice gustine promatranog objekta. Ako su ove granice dovoljno visoke, i pod pretpostavkom da je naše trenutno razumijevanje fizike koja je u pitanju tačno, onda možemo zaključiti da je objekt u procesu stvaranja crne rupe.


Mi smo znanstvenici koji proučavaju crne rupe koristeći NASA-ine misije i podatke! Pitajte nas bilo što!

AŽURIRANJE: To & # x27 stalno moramo odgovarati na pitanja. Hvala vam puno što ste nam se pridružili u razgovoru o crnim rupama!

Crne rupe su astronomski objekti s gravitacijskim povlačenjem toliko jakim da im ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći. "Površina" crne rupe, nazvana horizontom događaja, definira granicu na kojoj brzina potrebna za bijeg premašuje brzinu svjetlosti, što je ograničenje brzine kosmosa. Materija i zračenje padaju, ali ne mogu izaći! Uprkos njihovoj reputaciji usisavača svemira, gravitacija crne rupe ponaša se ne drugačije nego oko bilo kojeg drugog predmeta - tek kad se jako približite, stvari postanu čudne.

NASA-ine misije i istraživači desetljećima su proučavali crne rupe koristeći niz teleskopa - poput Chandre, Fermija, NICER-a, Hubble-a, NuSTAR-a i Swifta - koristeći svjetlost u gotovo svim valnim dužinama. Naučnici takođe proizvode vizualizacije materije oko crnih rupa kako bi bolje razumjeli teorije koje upravljaju crnim rupama i kako bi nam pomogli da shvatimo svjetlost koju vidimo.

Naučnici iz crne rupe danas se okupljaju kako bi čavrljali i odgovarali na vaša pitanja o ovim egzotičnim i često neshvaćenim kosmičkim objektima!

Naučnici odgovaraju na vaša pitanja s početkom u 14 sati. EDT uključuje:

Bernard Kelly (BK) | CRESST asistent istraživač, Univerzitet Maryland, okrug Baltimore / NASA Goddard Space Flight Center

Daryl Haggard (DH) | Docent za fiziku, Univerzitet McGill

Eileen T. Meyer (ETM) | Docent fizike na Univerzitetu Maryland u okrugu Baltimore

James Radomski (JTR) | Naučnik, Stratosferska opservatorija za infracrvenu astronomiju (SOFIA), NASA-in istraživački centar Ames

Rebecca A. Phillipson (RAP) | Harriett G Jenkins, diplomirani istraživač, Univerzitet Drexel / NASA Goddard Space Space Center

Scott Noble (SN) | [naslov / organizacija]

Sibasish Laha (SL) | Asistent istraživač sa Univerziteta Maryland / NASA Goddard Space Flight Center, SAD

Tyson Littenberg (TBL) | Istraživač astrofizičar, NASA-in centar za svemirske letove Marshal

Varoujan Gorjian (VG) | Istraživački astronom, NASA / JPL / Caltech

Osoblje za pomoć u komunikaciji koje pomaže u olakšavanju ovog AMA:

Barb Mattson (BJM) | Naučnik za astrofizičke komunikacije, Univerzitet u Marylandu / NASA-in centar za svemirske letove Goddard

Jeanette Kazmierczak (JK) | Astrophysics Junior Science Writer, Univerzitet u Marylandu / NASA-in centar za svemirske letove Goddard

Kelly Ramos (KR) | Astrofizički mlađi specijalista za društvene medije, Syneren Technologies / NASA Goddard Space Flight Center

Sara Mitchell (SEM) | Astrofizički vođa društvenih medija, Univerzitet Maryland / NASA Goddard Space Flight Center


Možemo li identificirati bezmasne crne rupe Braneworld-a (BWBH) i pojačalo ih razlikovati od crvotočina i pojačala Schwarzschild BH? (Kozmologija / Astronomija)

2016. LIGO je otkrio gravitacijske valove, koji bi trebali biti signali koalescencije dviju crnih rupa. 2019. godine, saradnja na teleskopu Event Horizon (EHT) stvorila je prvu sliku crne rupe koja se nalazi u središtu galaksije M87, udaljene 55 miliona svjetlosnih godina od Zemlje. Na slici je prikazan svijetli prsten s tamnim središtem, što je sjena crne rupe. Ova brza dostignuća u promatračkim tehnologijama za otkrivanje crnih rupa pružit će nam priliku da otkrijemo egzotične kompaktne objekte poput bozonskih zvijezda, gravastara, crvotočina, neabelovskih crnih rupa i crnih rupa Braneworld-a.

Da bi se otkrili takvi objekti, potrebno je unaprijed razumjeti teorijska predviđanja za posmatranje. U tu svrhu su posljednjih godina proučavane posljedice promatranja bozonskih zvijezda, gravastara, crvotočina i crnih rupa braneworlda.

Među mnogim modelima crnih rupa braneworld-a, bezmasne crne rupe, u kojima zakrivljenost proizvodi samo plimni i osečni efekt, promatrački su važne jer su njihovi efekti gravitacionog sočiva karakteristični i diskriminirajući. Sada su Ohgami i kolege detaljnije proučavali gravitaciono sočivo bezmasovnim crnim rupama iz braneworld-a. Preciznije, proučavali su njihovo mikroosunčanje i sjene te razgovarali o tome možemo li ih razlikovati od standardnih Schwarzschildovih crnih rupa i Ellis crvotočina radio ili elektromagnetskim promatranjima.

Prvo su proučavali kutove prelaska svjetlosnih zraka koji prolaze oko tih predmeta. Prethodni rad pokazao je da su i kut otklona crne rupe Braneworld-a i Ellis crvotočine proporcionalni α¯ 2, dok su Schwarzschild-ove crne rupe α¯ 1. Ohgami i dr. stoga se nagađalo da crna rupa braneworka i crvotočina Ellis mogu pokazivati ​​slične karakteristike u fenomenima mikroosobljenja.

SLIKA 1: Numerički rezultati sjaja zračenja za Schwarzschildovu crnu rupu (crvena), crnu rupu braneworld-a (plava) i crvotočinu Ellis (zelena). © Ohgami i dr.

Da bi razjasnili posmatračke posljedice tih pojava mikroobzirom, izračunali su slike objekta optičkog izvora iza objekta sočiva za tri modela i njihove krive svjetlosti. Otkrili su da se za crnu rupu braneworka, kao i za Ellis crvotočinu, smanjenje sjaja pojavljuje neposredno prije i nakon pojačanja. To znači da bi posmatranja takvog smanjenja ukazala na to da je objektiv sočiva ili crna rupa braneworld-a ili crvotočina, iako je teško razlikovati jedno od drugog isključivo mikrolečivanjem.

SLIKA 2:Postavljanje njihove analize za dobijanje optičkih slika. Stavili su posmatrača, izvor gravitacije i prašinu koja ga okružuje. Prašina neprestano pada u izvor gravitacije © Ohgami et al.

Stoga su oni dalje analizirali optičke slike crne rupe braneworld-a okružene optički tankom prašinom i uporedili ih sa slikama Ellis crvotočine. Budući da svemirsko vrijeme oko crne rupe braneworla posjeduje nestabilne kružne orbite fotona, na slici se pojavljuje svijetli prsten, baš kao u Schwarzschildovom svemirskom vremenu ili u crvotočinskom vremenu. To ukazuje da pojava svijetlog prstena ne potvrđuje samo crnu rupu braneworlda, Schwarzschilda, niti Ellis crvotočinu. Međutim, otkrili su da je samo za crvotočinu intenzitet unutar prstena veći od spoljnog intenziteta. Njihovi rezultati znače da bi promatranje sjena razlikovalo crne rupe od Ellis crvotočina.

Stoga su zaključili da, s budućim vrlo dugim osnovnim interferometrijskim promatranjima mikro-sočiva i sjena visoke rezolucije, možemo identificirati crne rupe braneworld-a ako postoje.

Referenca: M. Kuniyasu, K. Nanri, N. Sakai, T. Ohgami, R. Fukushige, S. Koumura, & # 8220Možemo li opažanjima identificirati bezmasne crne rupe iz braneworlda? & # 8221, Phys. Rev. D 97, 104063 - Objavljeno 29. maja 2018. https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.104063

Autorska prava na ovaj članak u potpunosti pripadaju našem autoru S. Amanu. Čovjek ga može ponovno koristiti samo davanjem odgovarajuće zasluge bilo njemu ili nama


Danas se viđenje predmeta u velikoj mjeri vrši hvatanjem elektromagnetskih valova koje ta stvar emituje ili odražava i formiranjem slike tog predmeta. Crne rupe ne odražavaju niti emitiraju elektromagnetne valove (osim Hawkingovog zračenja koje je možda premalo za vidljive svrhe). Razlog zašto se ne odražava i ne emituje je taj što ogromna gravitacija crne rupe ne dopušta da ništa, uključujući i svjetlost, pobjegne iz nje.

Međutim, ako znanstvenici uspiju otkriti gravitacijske valove, tada će biti moguće vidjeti neke crne rupe u obliku gravitacijskih valova. Do tada se crne rupe mogu otkriti samo zbog njihovog utjecaja na svjetlost i obližnje zvijezde.

Po definiciji crna rupa je objekt toliko masivan da svojom gravitacijom sprečava da bilo šta iz nje izađe, uključujući svjetlost, jednom u svom horizontu događaja. Međutim, mogu se uočiti njegovi efekti. Izgledao bi kao crna kugla na pozadini zvijezda i slično.

Horizont događaja crne rupe označava granicu gravitacijskog polja toliko jakog da bi bilo koji poznati objekat u ovom svemiru, uključujući foton svjetlosti, trebao postići brzinu izlaza veću od brzine svjetlosti kako bi se prevladalo povlačenje gravitaciono polje. Kako brzina svjetlosti označava gornju granicu brzine u ovom svemiru prema Opštoj relativnosti, svjetlost ne može postići potrebnu brzinu bijega.

Izvan horizonta događaja vidljivi su efekti crne rupe. Svjetlost od tih efekata na kraju će doći do posmatrača. Ali unutar horizonta događaja, fotoni nastavljaju prema budućnosti koja je nevidljiva spoljnom posmatraču.

Svaki objekt ima izlaznu brzinu, brzinu koja, ako se da nekom objektu, navedeni objekt nikada neće pasti nazad. Na Zemlji to iznosi 11,19 metara u sekundi. Za crnu rupu ta brzina je veća od brzine svjetlosti ili 299.792.458 metara u sekundi. Ako je brzina izlaska veća od te, tada svjetlost nema dovoljnu brzinu da pobjegne od spomenutog objekta.

Da u pravu si. Predmet vidimo jer kada ga svjetlost pogodi, on se odbija i dopire do našeg oka kroz prostor na kojem je napravljena slika Retina..

Gravitacijsko polje Crne rupe toliko je jako da iz njega ne može pobjeći ni svjetlo. Iako ne možemo vidi crna rupa, ali možemo vidjeti učinke rupe na obližnju materiju. Možemo je otkriti pomoću rentgenskog teleskopa (poput .. Rendgenska opservatorija Chandra)

Dakle, ako bi se plin iz obližnje zvijezde usisao prema crnoj rupi, intenzivna gravitacijska energija zagrijala bi plin na milione stepeni. Rezultat emisije X-zraka mogao bi ukazivati ​​na prisustvo crne rupe.

Crna rupa emitira ogromnu količinu rendgenskih zraka, ali naša atmosfera apsorbira uglavnom njih, pa je vrlo teško ovdje otkriti rendgenske zrake, pa imamo svemirski teleskopi da otkrije izvore X-zraka sa dalekog kraja.


Mi smo znanstvenici koji proučavaju crne rupe koristeći NASA-ine misije i podatke! Pitajte nas bilo što!

AŽURIRANJE: To & # x27 stalno moramo odgovarati na pitanja. Hvala vam puno što ste nam se pridružili u razgovoru o crnim rupama!

Crne rupe su astronomski objekti s gravitacijskim povlačenjem toliko jakim da im ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći. "Površina" crne rupe, nazvana horizontom događaja, definira granicu na kojoj brzina potrebna za bijeg premašuje brzinu svjetlosti, što je ograničenje brzine kosmosa. Materija i zračenje padaju, ali ne mogu izaći! Uprkos njihovoj reputaciji usisavača svemira, gravitacija crne rupe ponaša se ne drugačije nego oko bilo kojeg drugog predmeta - tek kad se jako približite, stvari postanu čudne.

NASA-ine misije i istraživači desetljećima su proučavali crne rupe koristeći niz teleskopa - poput Chandre, Fermija, NICER-a, Hubble-a, NuSTAR-a i Swifta - koristeći svjetlost u gotovo svim valnim dužinama. Naučnici takođe proizvode vizualizacije materije oko crnih rupa kako bi bolje razumjeli teorije koje upravljaju crnim rupama i kako bi nam pomogli da shvatimo svjetlost koju vidimo.

Naučnici iz crne rupe danas se okupljaju kako bi čavrljali i odgovarali na vaša pitanja o ovim egzotičnim i često neshvaćenim kosmičkim objektima!

Naučnici odgovaraju na vaša pitanja s početkom u 14 sati. EDT uključuje:

Bernard Kelly (BK) | CRESST asistent istraživač, Univerzitet Maryland, okrug Baltimore / NASA Goddard Space Flight Center

Daryl Haggard (DH) | Docent za fiziku, Univerzitet McGill

Eileen T. Meyer (ETM) | Docent fizike na Univerzitetu Maryland u okrugu Baltimore

James Radomski (JTR) | Naučnik, Stratosferska opservatorija za infracrvenu astronomiju (SOFIA), NASA-in istraživački centar Ames

Rebecca A. Phillipson (RAP) | Harriett G Jenkins, diplomirani istraživač, Univerzitet Drexel / NASA Goddard Space Space Center

Scott Noble (SN) | [naslov / organizacija]

Sibasish Laha (SL) | Asistent istraživač sa Univerziteta Maryland / NASA Goddard Space Flight Center, SAD

Tyson Littenberg (TBL) | Istraživač astrofizičar, NASA-in centar za svemirske letove Marshal

Varoujan Gorjian (VG) | Istraživački astronom, NASA / JPL / Caltech

Osoblje za pomoć u komunikaciji koje pomaže u olakšavanju ovog AMA:

Barb Mattson (BJM) | Naučnik za astrofizičke komunikacije, Univerzitet u Marylandu / NASA-in centar za svemirske letove Goddard

Jeanette Kazmierczak (JK) | Astrophysics Junior Science Writer, Univerzitet u Marylandu / NASA-in centar svemirskog leta Goddard

Kelly Ramos (KR) | Astrofizički mlađi specijalista za društvene medije, Syneren Technologies / NASA Goddard Space Flight Center

Sara Mitchell (SEM) | Astrofizički vođa društvenih medija, Univerzitet Maryland / NASA Goddard Space Flight Center


Naučnici otkrivaju brze promjene u crnoj rupi koje mogu objasniti rafalne gama zrake

Zasluga: CC0 Public Domain

Neke od najmasivnijih i najudaljenijih crnih rupa u svemiru emituju ogromnu količinu izvanredno energičnog zračenja nazvanog gama zrake. Ova vrsta zračenja javlja se, na primjer, kada se masa pretvori u energiju tijekom reakcija cijepanja koje vode nuklearne reaktore na Zemlji. Ali u slučaju crnih rupa, gama zračenje je čak energičnije od onog koje se proizvodi u nuklearnim reaktorima i proizvod je tamo vrlo različitih procesa, gama zrake nastaju sudarima između svjetlosnih zraka i visokoenergijskih čestica rođenih u blizini crne rupe rupe pomoću mehanizama koji se još uvijek slabo razumiju.

Kao rezultat ovih sudara između svetlosti i materije, energetske čestice daju gotovo sav zamah svetlosnim zracima i pretvaraju ih u gama zračenje koje na kraju stiže do Zemlje.

Astronomska naučna zajednica sumnja da se ti sudari događaju u regijama prožetim moćnim magnetnim poljima podvrgnutim vrlo varijabilnim procesima, poput turbulencije i magnetnih rekonekcija - magnetnih polja koja se stapaju, oslobađajući zapanjujuću količinu energije - koja bi se mogla dogoditi u mlazovima materiju izbacile crne rupe. Ali sondiranje ovih magnetskih polja udaljenih milijarde svjetlosnih godina od Zemlje zahtijeva vrlo osjetljive uređaje i pronalazak tačnog trenutka kada se odvija emisija visoke energije.

Upravo je to postigao istraživački tim koji je vodio Iván Martí-Vidal, istraživač CIDEGENT-a Vlade Valencije pri Astronomskoj opservatoriji i Odjelu za astronomiju Univerziteta u Valenciji, i glavni autor ovog djela. Ovaj tim je koristio ALMA (Atacama Large Millimeter Array), najosjetljiviji teleskop na svijetu na milimetarskim valnim duljinama, za dobivanje preciznih informacija o magnetskim poljima udaljene crne rupe, u trenutku kada su energetske čestice proizvodile ogromnu količinu gama zračenje.

U nedavno objavljenom članku u Astronomija i astrofizika, naučnici izvještavaju o zapažanjima crne rupe nazvane PKS1830-211, koja se nalazi više od 10 milijardi svjetlosnih godina od Zemlje. Ova zapažanja pokazuju da su magnetna polja u regiji u kojoj se proizvode najenergičnije čestice mlaza crne rupe mijenjala svoju strukturu, naročito u vremenskom intervalu od samo nekoliko minuta.

"To implicira da magnetni procesi potiču iz vrlo malih i turbulentnih regija, baš kao što predviđaju glavni modeli proizvodnje gama zraka u crnim rupama, koji turbulenciju povezuju sa gama zračenjem", objašnjava Iván Martí-Vidal. "S druge strane, promjene koje smo otkrili dogodile su se tijekom vrlo moćne epizode gama zraka, što nam omogućava da ih čvrsto povežemo s emisijom visoke energije. Sve ovo malo nas približava razumijevanju porijekla najenergičnije zračenje u svemiru ", dodaje on.

Interferometrija i novi algoritmi

Da bi analizirao ove podatke, tim Martí-Vidala koristio je naprednu tehniku ​​analize koja im omogućava da iz interferometrijskih opažanja dobiju informacije o izvorima koji se brzo mijenjaju, poput onih dobijenih pomoću ALMA. "Interferometrija nam daje moć promatranja svemira s neusporedivim nivoom detalja, zapravo je to tehnika na kojoj se temelji i teleskop Horizon događaja (EHT), koji je nedavno dobio prvu sliku crne rupe", kaže Martí -Vidal. "Dio našeg CIDEGENT projekta zapravo je posvećen razvoju algoritama poput onog koji smo koristili u ovim ALMA-inim opažanjima, ali primjenjiv na mnogo složenije podatke poput onih iz EHT-a, koji bi nam omogućili da rekonstruiramo, u u bliskoj budućnosti, "filmovi" crnih rupa, umjesto pukih slika ", kaže astronom sa Univerziteta u Valenciji.

Alejandro Mus, preddiplomski istraživač CIDEGENT-a na UV odjelu za astronomiju i koautor članka, razvija svoju doktorsku tezu iz ove oblasti. "Unutar EHT projekta postoji mnogo stručnjaka iz nekoliko institucija koji rade na sat kako bi riješili problem brze varijabilnosti izvora", kaže Mus. "Trenutno algoritam koji smo razvili radi s ALMA podacima i već nam je omogućio da dobijemo ključne informacije o tome kako se magnetska polja povezana s PKS1830-211 mijenjaju u mjerilima od nekoliko desetaka minuta. Nadamo se da ćemo moći uskoro doprinijeti EHT-u sa sofisticiranijim algoritmima na kojima radimo ", zaključuje on.


Ovi eksperimenti sljedeće generacije mogu potvrditi postojanje iskonske crne rupe (astronomija)

Valentina De Romeri i kolege istraživale su mogućnost otkrivanja neutrina iz isparavanja PBH budućim eksperimentima na neutrinu. Otkrili su da će eksperimenti s neutrinom sljedeće generacije poput DUNE i THEIA moći otkriti neutrine iz isparavanja PBH i pružiti relevantne informacije o prirodi tamne materije (DM). Njihova studija se nedavno pojavila u Arxiv.

Iskonske crne rupe su hipotetički tip crnih rupa koje su nastale ubrzo nakon Velikog praska. Oni su nebarionski i mogući su kandidati tamne materije. Nekoliko studija otkrilo je da će lagane iskonske crne rupe ispariti i emitirati značajne tokove MeV neutrina isparavanjem putem Hawkingova zračenja.

Sada su Valentina De Romeri i kolege istraživale mogućnost otkrivanja ovih neutrina u budućim eksperimentima na neutrinu: DUNE i THEIA. Posebnost ovih eksperimenata je što će se oslanjati na različite tehnologije detektora, tečni argon za DUNE i tečni scintilator na bazi vode za THEIA. To im omogućava da daju komplementarne informacije o mogućoj detekciji MeV neutrina iz isparavanja PBH.

Slika 1:Očekivano 95% C.L. osjetljivosti na frakciju DM u obliku PBH (fPBH) u funkciji MPBH na DUNE. Lijevi panel pretpostavlja monokromatsku distribuciju mase PBH i tri različita okretanja. Desna ploča je za log-normalnu distribuciju mase PBH različitih širina © Valentina De Romeri i sur.

Oni su također istraživali kako će se, zavisno od mase i spina primarnih crnih rupa, očekivani tok neutrina promijeniti. Uz to, uzeli su u obzir monokromatsku i proširenu distribuciju mase PBH.

& # 8220Mi simuliramo spektar očekivanih događaja u oba eksperimenta pretpostavljajući različitu distribuciju mase i spinove PBH i izdvajamo očekivanih 95% C.L. osjetljivost na ove scenarije. & # 8221

Pokazali su da bi i DUNE i THEIA mogli znatno poboljšati postojeće granice SuperKamiokande u pogledu obilja PBH s masama između 10 15–10 16 g, pa čak i omogućiti sondiranje težih PBH. DUNE je specijalno za otkrivanje iskonskih crnih rupa male mase, tj. Ispod

3 × 10 15. Kako se masa PBH povećava, ukupni tok se smanjuje i on se prebacuje na niže energije. Donja granica energije DUNE-a za ove pretrage fiksirana je na 16 MeV, jer bi pri nižim energijama solarni neutrinski tok bio za redove veličine veći. DUNE osjetljivost je nešto lošija kod većih masa PBH. I to & # 8217s kad THEIA uđe. Niskoenergetsko ograničenje THEIA & # 8217s za ovu pretragu je oko 10-20 MeV i može poboljšati osjetljivost na PBH mase veće od ∼ 8 × 10 15 g s obzirom na osjetljivost tečnosti scintilatora, smanjenjem velike pozadine atmosferskih neutrina.

Slika 2:Očekivano 95% C.L. osjetljivosti na frakciju DM u obliku PBH (fPBH) u funkciji MPBH na THEIA, pretpostavljajući 20/80 kton fiducijalnog volumena (gornja / donja ploča). Lijevi paneli pretpostavljaju monokromatsku distribuciju mase PBH i tri različita okretanja. Desni paneli su za log-normalnu distribuciju mase PBH različitih širina © Valentina De Romeri i sur

Uz to, ako PBH slijede monokromatsku raspodjelu mase, DUNE i THEIA moći će isključiti nerotirajuće PBH kao jedinu komponentu tamne tvari do mase 7 × 10 15 g, odnosno 9 × 10 15 g.

Štaviše, otkrili su da se, ako se PBH rotiraju, pojačava neutrinski tok. Dakle, izvedena osjetljivost na njihovu obilnost je jača.

& # 8220Budovi neutrinski eksperimenti poput DUNE-a i THEIA-e moći će postaviti kompetitivna ograničenja na PBH tamnu materiju, pružajući tako komplementarne sonde u dijelu prostora parametara PBH koji je trenutno ograničen uglavnom fotonskim podacima. & # 8221

- zaključili su autori studije

Referenca: Valentina De Romeri, Pablo Martínez-Miravé, Mariam Tórtola, & # 8220Potpisi iskonske tamne materije crne rupe na DUNU i THEIA & # 8221, Arxiv, 2021. https://arxiv.org/abs/2106.05013

Napomena za urednike drugih web lokacija: Da biste ponovno iskoristili ovaj članak u potpunosti ili djelomično, ljubazno zahvalite našem autoru / uredniku S. Amanu ili navedite vezu na naš članak


Kako pronaći i proučiti crnu rupu

Zamislite, negdje u galaksiji, truplo zvijezde toliko guste da probija tkivo prostora i vremena. Toliko gusta da proždire svu okolnu materiju koja se previše približi, uvlačeći je u gravitacijski riptid da ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći.

A kad materija jednom pređe preko točke bez povratka, horizonta događaja, bespomoćno se spiralno okreće prema gotovo beskrajno maloj točki, točki u kojoj je prostor-vrijeme toliko zakrivljeno da se sve naše teorije raspadaju: singularnost. Niko ne izlazi živ.

Crne rupe zvuče previše čudno da bi bile stvarne. Ali oni su zapravo prilično česti u svemiru. Na Mliječnom putu postoje desetine poznatih, a vjerojatno i milioni, a milijarda puta to vreba vani. Naučnici također vjeruju da bi u središtu gotovo svake galaksije, uključujući i našu, mogla postojati supermasivna crna rupa. Stvaranja i dinamika ovih čudovišnih krivina svemirskog vremena zbunjuju naučnike vekovima.

Istorija crnih rupa

Sve je počelo u Engleskoj 1665. godine, kada je jabuka pukla sa grane drveta i pala na zemlju. Gledajući iz svog vrta u vlastelinstvu Woolsthorpe, Isaac Newton počeo je razmišljati o spuštanju jabuke: niz misli koji se, dvije decenije kasnije, završio njegovim zaključkom da mora postojati neka vrsta univerzalne sile koja upravlja kretanjem jabuka i topovskih kugli, pa čak i planeta tijela. Nazvao ga je gravitacijom.

Newton je shvatio da bi bilo koji objekt s masom imao gravitacijsko privlačenje. Otkrio je da kako se masa povećava, gravitacija raste. Da biste izbjegli gravitaciju objekta, trebali biste postići njegovu brzinu izlaska. Da biste izbjegli gravitaciju Zemlje, morali biste putovati brzinom od približno 11 kilometara u sekundi.

Newtonovo otkriće zakona gravitacije i kretanja je 100 godina kasnije dovelo do toga da je velečasni John Michell, britanski polimat, zaključio da ako postoji zvijezda mnogo masivnija ili mnogo komprimiranija od sunca, njena brzina bijega može premašiti čak i brzinu svjetlosti. Te je predmete nazvao "tamnim zvijezdama". Dvanaest godina kasnije, francuski naučnik i matematičar Pierre Simon de Laplace došao je do istog zaključka i ponudio matematički dokaz za postojanje onoga što danas znamo kao crne rupe.

Albert Einstein je 1915. godine iznio revolucionarnu teoriju opće relativnosti, koja je prostor i vrijeme smatrala zakrivljenim četverodimenzionalnim objektom. Umjesto da gravitaciju posmatra kao silu, Einstein je na nju gledao kao na iskrivljenje prostora i vremena samog. Masivni objekt, poput sunca, stvorio bi udubljenje u svemiru i vremenu, gravitacijski bunar, uzrokujući da svi okolni objekti, poput planeta u našem Sunčevom sistemu, slijede zakrivljeni put oko njega.

Mjesec dana nakon što je Einstein objavio ovu teoriju, njemački fizičar Karl Schwarzschild otkrio je nešto fascinantno u Einsteinovim jednadžbama. Schwarzschild je pronašao rješenje koje je naučnike navelo na zaključak da bi se prostor svemira mogao toliko iskriviti da bi stvorio gravitacijski bunar koji nijedan objekt nije mogao pobjeći.

Sve do 1967. godine ove misteriozne regije svemira nisu dobile univerzalni naslov. Znanstvenici su se bacili oko izraza poput "kolapsara" ili "smrznute zvijezde" kada su raspravljali o tamnim plotama neizbježne gravitacije. Na konferenciji u New Yorku, fizičar John Wheeler popularizirao je izraz "crna rupa".

Kako pronaći crnu rupu

Tokom stvaranja zvijezde, gravitacija sabija materiju dok je ne zaustavi unutarnji pritisak zvijezde. Ako unutarnji pritisak ne zaustavi kompresiju, može rezultirati stvaranjem crne rupe.

Neke crne rupe nastaju kada se masivne zvijezde sruše. Drugi, smatraju naučnici, nastali su vrlo rano u svemiru, milijardu godina nakon Velikog praska.

Ne postoji ograničenje koliko crna rupa može biti ogromna, ponekad i više od milijardu puta veću od mase Sunca. Prema opštoj relativnosti, takođe nema ograničenja koliko male mogu biti (iako kvantna mehanika sugerira drugačije). Crne rupe rastu u masi dok nastavljaju proždirati okolnu materiju. Manje crne rupe prikupljaju materiju od zvijezde pratiteljice, dok se veće odvajaju od materije koja se previše približi.

Crne rupe sadrže horizont događaja, izvan kojeg ni svjetlost ne može pobjeći. Budući da niti jedno svjetlo ne može izaći, nemoguće je vidjeti dalje od ove površine crne rupe. Ali samo zato što ne možete vidjeti crnu rupu, ne znači da je ne možete otkriti.

Scientists can detect black holes by looking at the motion of stars and gas nearby as well as matter accreted from its surroundings. This matter spins around the black hole, creating a flat disk called an accretion disk. The whirling matter loses energy and gives off radiation in the form of X-rays and other electromagnetic radiation before it eventually passes the event horizon.

This is how astronomers identified Cygnus X-1 in 1971. Cygnus X-1 was found as part of a binary star system in which an extremely hot and bright star called a blue supergiant formed an accretion disk around an invisible object. The binary star system was emitting X-rays, which are not usually produced by blue supergiants. By calculating how far and fast the visible star was moving, astronomers were able to calculate the mass of the unseen object. Although it was compressed into a volume smaller than the Earth, the object's mass was more than six times as heavy as our sun.

Several different experiments study black holes. The Event Horizon Telescope will look at black holes in the nucleus of our galaxy and a nearby galaxy, M87. Its resolution is high enough to image flowing gas around the event horizon.

Scientists can also do reverberation mapping, which uses X-ray telescopes to look for time differences between emissions from various locations near the black hole to understand the orbits of gas and photons around the black hole.

The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, or LIGO, seeks to identify the merger of two black holes, which would emit gravitational radiation, or gravitational waves, as the two black holes merge.

In addition to accretion disks, black holes also have winds and incredibly bright jets erupting from them along their rotation axis, shooting out matter and radiation at nearly the speed of light. Scientists are still working to understand how these jets form.

What we don't know

Scientists have learned that black holes are not as black as they once thought them to be. Some information might escape them. In 1974, Stephen Hawking published results that showed that black holes should radiate energy, or Hawking radiation.

Matter-antimatter pairs are constantly being produced throughout the universe, even outside the event horizon of a black hole. Quantum theory predicts that one particle might be dragged in before the pair has a chance to annihilate, and the other might escape in the form of Hawking radiation. This contradicts the picture general relativity paints of a black hole from which nothing can escape.

But as a black hole radiates Hawking radiation, it slowly evaporates until it eventually vanishes. So what happens to all the information encoded on its horizon? Does it disappear, which would violate quantum mechanics? Or is it preserved, as quantum mechanics would predict? One theory is that the Hawking radiation contains all of that information. When the black hole evaporates and disappears, it has already preserved the information of everything that fell into it, radiating it out into the universe.

Black holes give scientists an opportunity to test general relativity in very extreme gravitational fields. They see black holes as an opportunity to answer one of the biggest questions in particle physics theory: Why can't we square quantum mechanics with general relativity?

Beyond the event horizon, black holes curve into one of the darkest mysteries in physics. Scientists can't explain what happens when objects cross the event horizon and spiral toward the singularity. General relativity and quantum mechanics collide and Einstein's equations explode into infinities. Black holes might even house gateways to other universes called wormholes and violent fountains of energy and matter called white holes, though it seems very unlikely that nature would allow these structures to exist.


Pogledajte video: Znanost u pet S01 E16 - Što je zračenje i je li opasno za nas? DRUGI DIO za mlade i odrasle (Januar 2023).