меню  содержание   news323  news324  news325 
                                Ученые показали мир изнутри черной дыры

                                


                        Мир изнутри черной дыры.  Кадры из видеоролика авторов исследования


         
 


         



         



         


 Двое ученых  построили модель, показывающую,  как выглядит пространство  для наблюдателя,  упав-
шего в сферически симметричную черную дыру.  Статья с теоретическими основами работы  доступна 
на сайте   arXiv.org  -   arxiv.org/abs/0903.4717 .  

Скачать  видео  этого процесса  можно здесь -   jilawww.colorado.edu/~ajsh/insidebh/schw.html. 


                 


Черными дырами называют области в пространстве, гравитационное притяжение  которых настолько 
велико, что ни вещество, ни излучение не могут покинуть их.  Считается, что в космосе  черные дыры 
могут образовываться при коллапсе  массивных звезд.  Граница области,  за которую  не выходит свет, 
получила название горизонта событий. 
Внутри черных дыр нарушаются классические  законы физики. Тем не менее,  некоторые  расчеты того, 
как могут развиваться события внутри  черной дыры, провести можно. Авторы  данной работы  заклю-
чили,  например,  что  при взгляде  в горизонтальной  плоскости  наблюдатель увидит,  что  излучение 
смещено в синюю область спектра, а при взгляде  в вертикальной плоскости  заметит смещение  в крас-
ную область. Возможности проверить эти выводы на практике у ученых не будет - наблюдателя  разор-
вет на части гравитационное воздействие  еще до того,  как он успеет  что-то увидеть. 
Ученые  проводили  все подсчеты  для простейшей  сферически  симметричной  черной дыры. Черные 
дыры, образующиеся  при коллапсе звезд,  обладают более  сложными характеристиками.  Однако,  как 
отмечают авторы,  с течением  времени  они становятся  все  более  похожими  на простейшие  черные 
дыры. 
Работа ученых носит не только развлекательный характер. Теоретические изыскания "на границе"  клас-
сической физики могут помочь  в обнаружении новых  закономерностей и принципов. 

   cсылки: 
       lenta.ru/news/2009/03/31/inside

   по теме:
        Физики построили ньютоновский аналог релятивистской черной дыры 
        Физики создали в лаборатории черную и белую дыры 
        Все элементарные частицы оказались миниатюрными черными дырами
        Чёрные дыры сохранят память о нас после конца времени
                          Компьютер раскрыл тайну рождения Столпов Творения


               

              Сердце  туманности Орла ( здесь её фрагмент ) –  это расширяющийся  регион горячего 
              ионизированного газа, на светлом фоне которого  резко выделяются тёмные,  холодные 
              и "рваные" края большого облака, породившего когда-то данную туманность и звёздное 
              скопление 
 
 Эти  колонны газа -  один  из самых  узнаваемых  образов космоса.  А ведь среди  туманностей  можно 
встретить и не такие впечатляющие формы. Но хотя сами гигантские  образования  давно уничтожены, 
астрономов продолжает волновать вопрос - как они возникли? Ответ на него имеет прямое отношение 
к процессам рождения звёзд, а значит, опосредованно и к нам с вами. 
Казалось бы, что может быть скучнее большущих скоплений холодного газа (преимущественно водоро-
да) и пыли?  Разве  что необычная форма.  Таковы Столпы Творения. Они  мало пропускают видимый 
свет и потому контрастно выделяются на фоне горячего плазменного пузыря,  расположенного позади. 
Протянулись эти колонны материи  на несколько световых лет. 
Можно предположить, что такая специфическая форма этих образований - шутка Природы, то есть  со-
вершенно случайная вещь.  Но это не так.  Учёные выяснили,  что  рождение Столпов -  процесс очень 
даже закономерный. Тонкие детали этого величественного "столпотворения" начали раскрываться  пе-
ред исследователями только сейчас, а потому нацелим наши звездолёты на созвездие Змеи,  где на рас-
стоянии  7000 световых лет от нас и происходят описываемые события. 


                         

                        Столпы Творения  на кадре  с телескопа Hubble,  сделанном  в 1995 году. 
                        сайт Space.com  в своё время включил его в первую десятку самых-самых 
                        видов Вселенной из отснятых "Хабблом" 
                        ( фото NASA, Jeff Hester, Paul Scowen/ Arizona State University ). 

Как бы ни поражали Столпы Творения воображение зрителей, они являются лишь малой частью туман-
ности Орла (Eagle Nebula), раскинувшейся примерно на 70 световых лет. Туманность Орла - это не толь-
ко собственно туманность (эмиссионная), но и молодое рассеянное звёздное скопление, члены которого 
были рождены тут. 
Процессы звездообразования идут в туманности и сейчас (потому собственно -"Столпы Творения").  И 
знаменитые на весь мир "колонны" газа - только одно из потенциальных мест, где ещё могут появляться 
новые звёзды ( вернее, где они, вероятно, появлялись до недавнего времени, но об этом - ниже ). 
Однако пик рождения светил в туманности Орла в целом прошёл уже миллион лет назад. И первые мо-
лодые и горячие солнца своим излучением успели разогнать газ в центре. 
Там возникла типичная область H II, регион ионизированного водорода.  А вот края  обширного  холод-
ного облака, давшего начало всему этому великолепию, ныне под действием ударных волн в газе отсту-
пают наружу. И отступают очень неравномерно.  Столпы - одна из таких  ярких  неравномерностей. 

Как она была рождена? До сих пор астрофизики лишь высказывали чисто умозрительные соображения. 
Но вот Эндрю Лим ( Andrew Lim )  и  его коллеги  из Дублинского  института передовых  исследований 
(Dublin Institute for Advanced Studies) провели масштабное  численное моделирование,  приоткрывшее  за-
весу тайны Столпов. 

                      

                       Туманность Орла. Столпы Творения  здесь почти  точно в центре.  А справа, 
                        слева,  сверху – другие примеры  причудливых образований  из холодного газа, 
                        разбегающихся  от центра  туманности прочь 
                        ( фото T.A.Rector & B.A.Wolpa, NOAO, AURA, NSF ). 

Для начала разберём, почему газ вообще отступает от молодых голубовато-белых звёзд. Причина в мощ-
ном потоке ультрафиолета, который эти звёзды обрушивают  на свою родную туманность изнутри. 
Ультрафиолет этот не просто создаёт световое давление (что очевидно), он ещё ионизирует и "испаряет" 
немалую толику водорода с освещённой стороны облака (явление фотоионизации). Эти частицы с высо-
кой скоростью покидают его и создают реактивную силу ( в соответствии с третьим законом  Ньютона), 
которая отбрасывает оставшийся газ. 
Локальные неустойчивости в газовом облаке приводят к тому, что граница расширяющейся туманности 
становится очень извилистой. Но тут, впрочем, до появления именно Столпов - далеко. 
Лим и его товарищи решили выяснить, что будет, если в исходном газовом облаке имелись некие нерав-
номерности - небольшие участки большей, чем  в среднем,  плотности.  Поскольку  такой "комок" имеет 
большую массу, реактивная сила от фотоионизации будет сдвигать его с места медленнее, чем "сдувать" 
окружающий газ. Пока всё логично. Но тут возникает вопрос:  а что заставит этот  сгусток  вытягиваться 
в длинную  колонну?   Компьютер  показал,  что  в одиночку  такое скопление  не может  сформировать 
Столп за сколь-нибудь приемлемое время. 
Оказалось, "процесс столпотворения" начинается, когда несколько таких газовых  шариков оказываются 
неподалёку  друг от друга, причём формируют  замысловатую комбинацию,  в которой  одни скопления 
газа и пыли частично экранируют от светового потока  ближней звезды  другие такие же  скопления. 
В частично  освещённом  сгустке  фотоионизация  порождает  асимметричные силы,  стремящиеся  под-
толкнуть газ в сторону тени. Увеличивающаяся плотность зарождающегося столба формирует ещё более 
плотную тень, в которую всё тот же свет начинает заталкивать всё больше и больше материи со стороны. 
И происходит это на фоне всё ускоряющегося "вымывания" водорода (и других веществ) из участков, по-
падающих под прямые удары ультрафиолета. 

                             

Сначала исследователи выполнили двумерную симуляцию роста "столпов". Чёрный цвет означает низ-
кую концентрацию газа, зелёный – среднюю, жёлтый и красный – повышенную и высокую. Звезда льёт 
свой ультрафиолетовый поток слева. Изначально имеется 10 сравнительно небольших скоплений мате-
риала (глобул), которые служат зёрнами для формирования "колонн". По краям рисунков – шкалы в пар-
секах.  Между первой  и последней картинкой – 100 тысяч лет  ( иллюстрация A.Lim/ J.Mackey/ DIAS ). 

В такой манере Столпы Творения не столько сами "вырастают из", сколько оказываются "вырезанными" 
из первоначальной массы газа,  словно одиноко стоящие скалы-останцы  под действием  ветра  и воды. 
Чтобы найти заветную комбинацию, порождающую Столпы, авторы новой работы заставили  компью-
тер перебрать множество случайных вариантов в числе и расположении газовых сгустков. 
Так они выяснили, что как только в том или ином месте туманности складывается благоприятная  ситу-
ация - то есть несколько "узлов" водорода оказываются на правильном расстоянии друг от друга при на-
личии обширного пространства менее плотного газа вокруг, куда хорошо проникало бы излучение, - ко-
лонны начинают  формироваться неизбежно.  При этом на  их создание уходит  около 150 тысяч лет,  а 
прожить они могут порядка 100 тысяч лет, "говорит"  компьютерная модель.  И  цифры эти хорошо  сог-
ласуются с тем, что астрономы знают про туманность Орла  и  её  Столпы Творения. 

                              

 Вверху: трёхмерная модель формирования Столпов.  Показаны кадры, "отснятые"  через 100, 200 и 300 
 тысяч лет  после начала процесса ( на данных трёх рисунках свет  звезды "давит" сверху).  Внизу –  три 
 разреза той же объёмной симуляции в разных плоскостях. Цвета, как и раньше, показывают плотность
 газа. Причём синий цвет в данном случае – ионизированный водород, покидающий освещённый слой 
 туманности, тот самый, что отбрасывает остальной газ прочь. Последнее видно по стрелкам, длина ко-
 торых отражает скорость движения частиц  ( иллюстрация A. Lim/J. Mackey/ DIAS ). 

Любопытно, что для начала учёные  проверили свои идеи  на двухмерной  модели газа.  А когда  в ней 
стали  вырастать  величественные  тёмные колонны - составили и  трёхмерную модель процесса.  Она 
подтвердила все выводы  более простой  версии программы.  Одновременно стали видны  некоторые 
секреты эволюции Столпов. Так, стало отчётливо ясно, что один плотный "ком" материала  ничего  не 
может без содействия пары соседних меньшего размера, которые на его основе ваяют будущий гигантс-
кий Столп. 
В таком Столпе плотность газа может постепенно повыситься настолько, что там возникнут очаги фор-
мирования звёзд. Потому в последующих  компьютерных моделях авторы  работы намерены  ввести и 
магнитные поля, и гравитацию. Пока виртуальные Столпы не слишком плотные, и тот и другой фактор 
влияют на их рост слабо, - объясняют учёные. Поэтому в первых численных экспериментах достаточно 
было учитывать только фотоионизацию и газовую динамику. 
И всё равно приятно, что даже упрощённые модели дали результаты, сходные с тем, что мы видим  на 
небе, - по плотности и размерам  Столпы из компьютера были похожи  на Столпы Творения  в  туман-
ности Орла. Значит, Лим и его коллеги находятся на верном пути. 

                             

           Ещё одно вытянутое газовое облако в туманности Орла.  На снимке под заголовком оно
           и соседние с ним  Столпы Творения отмечены зелёными рамками  (фото Hubble Heritage 
          Team, ( STScI/AURA),  ESA, NASA ). 

 Увы, самим Столпам (оригинальным) уже не светит возможность продолжить уплотнение и создание 
звёзд внутри. Как недавно установили астрономы, примерно шесть тысяч лет назад (в реальном време-
ни) Столпы Творения были уничтожены близким взрывом сверхновой, который смёл все эти  газовые 
нагромождения. Но поскольку расстояние от нас до места событий - 7 тысяч световых лет, мы ещё  ты-
сячелетие сможем наблюдать облик Столпов в нетронутом виде. 
Однако ничто не мешает звёздам формироваться в других похожих областях. 
В целом же выявленный процесс  двояко влияет  на способность больших  и плотных туманностей  по-
рождать звёзды. С одной стороны, в Столпах  и других сходных структурах идёт уплотнение  водорода 
и ряда других элементов,  способное привести к коллапсу  части облака и  возникновению звезды  или 
нескольких звёзд. С другой,  те звёзды,  которые родились  в той же самой  туманности раньше,  интен-
сивно  разгоняют оставшуюся  материю прочь,  так что  в конце концов  плотные завесы газа  исчезают 
бесследно,  а  на месте остаётся лишь "чистое"  звёздное скопление типа Плеяд. 


                   

        Снимок  Столпов Творения,  комбинирующий  видимый спектр  с  рентгеновским  диапазоном. 
      Множество цветных кружков,  разбросанных по полю зрения, –  это рентгеновские источники, 
      а по сути – крупные молодые звёзды. В Столпах, как видно, таких новорождённых звёзд почти 
      нет.  Самое  яркое исключение - звезда, видимая  как голубая точка, "вмонтированная"  в конец 
      крупнейшего Столпа. Эта звезда весит 4-5 Солнц, –  сообщает NASA.

 А ещё, рассуждают астрономы, те протозвёзды, что там (в Столпах) всё же есть, – недостаточно горячи, 
чтобы давать сильный поток рентгена. Большая же часть Столпов – пуста, а это и означает, что в туман-
ности пик рождения звёзд давно миновал и Столпы переживают упадок, который, как мы теперь знаем, 
 в реальности уже закончился полным "развеиванием по ветру"  ( фото NASA/CXC/J.Linsky  (U.Colorado)
 et al. и NASA/ESA/STScI/J.Hester, P.Scowen (ASU)). 

 Туманность Орла с "дыркой" H II  внутри находится где-то между двумя этими  крайними состояниями 
и тем интересна.  Из-за выдувания газа излучением первых звёзд, сформированных в данной колыбели,
лишь 10% газа,  первоначально собранного  в подобном  гигантском облаке,  идёт  на рождение светил, 
остальной водород -  рассеивается  в пространстве. 
Можно только пофантазировать на тему -  есть ли у звёзд в таких скоплениях планетные семьи  и  успе-
вает ли там зародиться жизнь, прежде чем какой-нибудь  взрыв близкой сверхновой стерилизует миры. 
А ведь самые крупные  из солнц, возникших  в туманности,  сходной  с туманностью Орла, проживают 
свою короткую жизнь и взрываются ещё до того, как в других частях облака  завершатся процессы  рож-
дения других светил.  Феерический круговорот. 
   
          membrana.ru/articles/inventions/2009/04/27/185200.html





Hosted by uCoz