В 2020 году Нобелевская премия по физике была поделена пополам, и эти половины присуждены за разные работы, плохо связанные между собой. К сожалению, это входит в традицию: в прошлом году произошло то же самое, причем половинки были присуждены за достижения в совершенно разных областях — одна за космологию, другая за экзопланеты. Половины премии этого года связаны хотя бы предметом исследования — черными дырами. Хотя одна из них была присуждена за общие теоретические находки, а вторая — за исследования конкретного объекта.
Пенроуз и цензурированная сингулярность
Итак, одну половину Нобелевской премии по физике получил замечательный специалист в области теории гравитации и математической физики, британский профессор-эмерит Оксфордского университета Роджер Пенроуз (Roger Penrose). В формулировке Нобелевского комитета написано, что премия присуждается ему за «открытие того, что формирование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности». Эта формулировка отражает тот факт, что и до работ Пенроуза было известно, что достаточно плотный объект (например, газовое облако, звезда или скопление звезд) может сжаться (говорят, сколлапсировать) в черную дыру. Однако, предыдущие расчеты были основаны на многих предположениях, наиболее важными из которых были сферическая форма рассматриваемых объектов и различные упрощающие предположения о свойствах коллапсирующей материи. Пенроузу удалось предложить новый революционный метод, который позволяет установить возможность коллапса без каких-либо особых предположений о природе и геометрии «схлопывающегося» тела при выполнении нескольких простых условий.
Основы этого метода были сформулированы в классической работе Пенроуза 1965 года, в которой показано, что если выполняются условия, которые ожидаются внутри черной дыры (а именно: фронт излучения, испущенный наружу некоторой замкнутой поверхностью, начинает сжиматься), а также выполнены некоторые другие, вполне ожидаемые требования, внутри черной дыры некоторые световые лучи не могут быть продолжены и должны оборваться, проделав конечный путь. В таких случаях говорят, что световой луч упирается в сингулярность — некоторую особую поверхность, служащую границей пространства-времени. В настоящее время мы уверены, что физически сингулярности совпадают с поверхностями, обладающими формально бесконечной кривизной пространства-времени, вблизи которых разрушаются практически любые физические тела, хотя теорема Пенроуза никак не определяет их физический смысл, а просто гарантирует их присутствие внутри черных дыр. Эта работа давно вошла в учебники по общей теории относительности (ОТО), она послужила началом ее совершенно нового и нетривиального развития, в котором приняли участие Пенроуз, Стивен Хокинг и другие известные ученые. Возникшая в результате ее новая область исследований иногда называется «глобальной лоренцевской геометрией».
Исходные положения
Обсудим некоторые важные предположения и основную идею доказательства теоремы Пенроуза. Во-первых, предполагалось, что пространство-время является «предсказуемым» в следующем смысле: где-то в прошлом, в какой-то момент времени можно задать некоторые начальные параметры, которые полностью определяют последующую эволюцию как материи, так и самого пространства-времени. Во-вторых, предполагается отсутствие экзотической (фантомной) материи — такой, что в некоторой системе отсчета обладает отрицательной плотностью энергии. Это предположение называется «слабым энергетическим условием», отметим, что оно должно быть нарушено, чтобы, например, появилось такое интересное решение ОТО, как «кротовая нора». Известная «страшилка» о Большом разрыве Вселенной в будущем также предполагает существование фантомной материи. В -третьих, как уже было сказано раньше, предполагается существование замкнутых поверхностей, обладающих особенным свойством. Если предположить, что такая поверхность «вспыхивает» и начинает излучать свет, то даже излучение, выходящее наружу, обладает фронтом, поверхность которого уменьшается со временем. Такие поверхности называются «ловушечными». Оказывается, что внутренность черной дыры в основном заполнена ловушечными поверхностями, см. рис. 1. В рамках сделанных предположений теорема имеет очень простое и элегантное доказательство, которое, по сути, сводится к утверждению, что компактная поверхность без границы (например, сфера) не может быть отображена взаимно однозначным образом на компактную поверхность, обладающую границей, например — в случае сферы — на ограниченную область двумерной плоскости. В дальнейшем Пенроузом, Хокингом и их сотрудниками был доказан целый ряд подобных теорем, обобщающих и усиливающих результат Пенроуза и применимых не только для черных дыр, но и для Вселенной в целом. Заметим также, что существуют и обобщения этих теорем на другие, родственные ОТО, теории гравитации.
Теоремы, процессы и диаграммы Пенроуза
Почему именно этот результат оказался настолько важным, что удостоился Нобелевской премии? По нашему мнению, есть несколько причин.
Во-первых, как мы уже отметили в самом начале, такого рода теоремы являются очень общими, они не предполагают ни каких-либо специальных симметрий, ни стационарности, ни знания свойств материи, заполняющей пространство-время, за исключением выполнения слабого энергетического условия. Уже во время написания этой работы было известно замечательное решение Роя Керра, описывающее вращающуюся черную дыру. Однако это решение является стационарным, обладающим вращательной симметрией и описывающим пустое, не заполненное материей пространство-время. Были также известны различные сферически-симметричные решения, описывающие коллапс материи с идеализированными свойствами. Тем не менее было не ясно, может ли коллапс реальной материи (например, газового облака), не обладающей симметриями, привести к формированию черной дыры. Теоремы, подобные доказанной Пенроузом, гарантируют ее образование в случае формирования ловушечной поверхности и выполнения нескольких, весьма необременительных, условий. Чрезвычайно важно также и то, что в процессе разработки этих теорем был создан язык, на котором естественно описывать качественные свойства черных дыр, и было достигнуто глубокое понимание этих свойств. Теоретические методы, способные конкурировать с этими теоремами и основанные на прямом численном интегрировании уравнений Эйнштейна, появились весьма недавно. Они используют и дополняют качественную теорию черных дыр, созданную Пенроузом и его коллегами.
Во-вторых, вклад Роджера Пенроуза в теорию гравитации конечно же не сводится к доказательству этих теорем. Перечислим несколько (возможно, самых ярких) его результатов. Пенроуз сформулировал так называемый «принцип космической цензуры», который утверждает, что за исключением некоторых особенных случаев сингулярности окружены горизонтами событий (то есть находятся внутри черных дыр) и поэтому не влияют на события, происходящие во внешнем пространстве. Он предложил так называемый процесс Пенроуза. Этот процесс связан с существованием вблизи вращающейся черной дыры (внутри ее эргосферы) орбит с полной отрицательной энергией. Если прилетающая издалека частица распадается на две части, одна из которых начинает двигаться по такой орбите, а вторая улетает от черной дыры, то улетающий продукт распада обладает большей энергией, чем прилетевшая частица. Таким образом, можно попытаться использовать энергию вращения черной дыры. Кроме своего принципиального значения, процесс Пенроуза родственен так называемому процессу Блэндфорда — Знаека, формирующему, как считается, релятивистские выбросы вещества, называемые джетами, которые наблюдаются в центрах многих активных галактик. Кроме этого, процесс Пенроуза имеет отношение к эффекту «сверхизлучения» вращающейся черной дыры, предложенному Я.Б.Зельдовичем и А.А.Старобинским. Этот эффект состоит в том, что вращающаяся черная дыра может рассеивать падающие на нее электромагнитные волны с увеличением их мощности. Анализ Хокингом эффекта «сверхизлучения» привел его к знаменитому предсказанию испарения черных дыр за счет квантовых эффектов. Пенроуз предложил так называемую теорию твисторов, которая нашла свое применение не только в ОТО, но и в других теориях поля. Наконец, Пенроуз предложил «диаграммы Пенроуза», позволяющие наглядно представить то или иное пространство-время. По сути, для специалистов в области теории гравитации их роль так же велика, как и роль диаграмм Фейнмана для специалистов в области физики частиц. Пример диаграммы Пенроуза, описывающей так называемую вечную невращающуюся черную дыру, или черную дыру Шварцшильда, приведен на рис. 2. Отметим, что на этой диаграмме показана не только черная, но и белая дыра.
В-третьих, в настоящее время не осталось никаких сомнений, что черные дыры действительно существуют и играют очень важную роль в процессах, протекающих во Вселенной. За более чем пятьдесят лет, протекших после опубликования работы Пенроуза, был накоплен огромный наблюдательный материал и проведена гигантская теоретическая работа по объяснению свойств компактных источников мощного излучения в разнообразных диапазонах электромагнитного спектра в центрах галактик и двойных системах процессами, протекающими вблизи черных дыр. С помощью изучения движения разных объектов в центрах некоторых галактик удалось весьма точно измерить массу сверхмассивных компактных тел, служащих источниками гравитации, которые, по настоящим представлениям, не могут быть ничем иным, кроме как черными дырами. Именно за такие исследования была присуждена вторая часть Нобелевской премии 2020 года. Наконец, в самое последнее время появились и прямые, непосредственные доказательства существования черных дыр. Было открыто гравитационное излучение, вызываемое слиянием пары черных дыр с массами порядка нескольких десятков масс Солнца, за что была присуждена Нобелевская премия 2017 года. Уже после открытия гравитационного излучения с помощью так называемого Телескопа горизонта событий была получена фотография образа (тени) гигантской черной дыры, находящейся в центре галактики М87. Таким образом, изящные математические теоремы Пенроуза, Хокинга и других ученых имеют непосредственное отношение к реальности и описывают, несомненно, существующие объекты.
Пенроуз — просветитель
Наконец, вклад в науку Роджера Пенроуза далеко не ограничен и его выдающимися достижениями в теории гравитации. У него есть и другие замечательные работы в математической физике и прикладной математике. Пенроуз — автор нескольких знаменитых научно-популярных книг. Важно, что эти книги являются действительно просветительскими, они служат интеллектуальному развитию читателей и их ознакомлению с удивительным миром современной теоретической физики.
Центр Галактики, Гез и Генцель
Другая половина Нобелевской премии по физике присуждена за работы по идентификации и измерению массы сверхмассивной черной дыры в центре Галактики. Кроме лауреатов премии, Райнхарда Генцеля (Reinhard Genzel) и Андреа Гез (Andrea Mia Ghez), вклад в изучение центрального объекта Галактики внесло много исследователей из разных коллективов, используя разные методы и разные объекты. В этом кратком очерке мы перечисляем основные факты о галактическом центре и что и как обнаружили там нобелевские лауреаты и другие ученые.
Центр галактики закрыт пылью, мы его не видим, иначе это было бы прекрасное зрелище. Он стал доступен для наблюдений, когда освоили чувствительные инфракрасные приемники. Пыль, которая его закрывает, похожа скорее на дым (по размеру частиц) и прозрачна к излучению ближнего инфракрасного диапазона, причем разрешения крупных наземных телескопов хватает, чтобы увидеть отдельные звезды в центре Галактики и зафиксировать их положения с высокой точностью. Кроме того, центр Галактики виден в других диапазонах электромагнитного спектра — от радио до гамма.
Центральные парсеки
В самом центре Галактики есть нечто вроде миниатюрного галактического диска размером около пяти парсек (рис. 3) со спиральными рукавами. Он состоит в основном из газа и наблюдается в радио с помощью больших интерферометров. Спиральные рукава — тоже газ. Этот мини-диск наклонен к плоскости Галактики под довольно большим углом. Движение газа указывает на то, что в центре Галактики находится компактный объект массой в миллионы солнц, но однозначного вывода о том, что это черная дыра, только по этим данным сделать нельзя, это могло бы быть и очень плотное скопление звезд.
В центральном парсеке Галактики находится несколько миллионов звезд, по большей части — старых. Из тех, что наблюдаются индивидуально, около 96% — красные гиганты. Для 6000 из них измерено собственное движение, для 660 из них — еще лучевая скорость (данные 2010 года). Центральное скопление вращается в ту же сторону, что и Галактика. Плотность звезд, если судить по красным гигантам, при приближении к самому центру перестает расти и даже немного падает. Первые измерения динамики звезд центрального парсека сделаны в конце 1980-х: несколько групп измерили лучевые скорости звезд по линии поглощения СО на 2 µm и в радиодиапазоне по мазерному излучению звезд в линии OH на 18 см. Эти данные дали более твердые указания на центральную черную дыру, чем движение газа. Масса в самом центре, восстановленная по движению звезд центрального парсека, — чуть больше двух миллионов солнечных масс. Причем по статистике из скоростей вырисовывалась именно точечная масса: при уменьшении радиуса сферы, по которой оценивали «вложенную массу», где-то с радиуса 0,5 пс эта масса перестала уменьшаться — зависимость вышла на плато.
Центральный световой месяц
В самом центре, в пределах угловой секунды, находится нечто совершенно инородное по отношению к скоплению старых звезд центрального парсека. Это так называемое S-скопление молодых ярких звезд (в основном класса В). Сразу возникает вопрос: откуда они там взялись? Дело в том, что вблизи большой массы, сидящей в центре Галактики, любое протозвездное облако было бы растянуто приливными силами. Ответ, по-видимому, заключается в том, что они образовались не из протозвездного облака, а из аккреционного диска вокруг черной дыры. В 2003 году Юрий Левин и Андрей Белобородов заметили, что у большей части звезд S-скопления (10 из 13 известных на тот момент) орбиты лежат в одной плоскости, образуя диск. В дальнейшем этот факт подтвердился, более того, наметился второй диск. Оба диска лежат в разных плоскостях, не совпадающих с плоскостью Галактики, и для земного наблюдателя вращаются в разные стороны. Похоже, что обе системы — остатки газовых аккреционных дисков, образовавшихся вокруг центральной черной дыры миллионы лет назад. Именно молодые яркие звезды S-скопления сыграли решающую роль в окончательной идентификации черной дыры в галактическом центре. Скорость орбитального движения некоторых из этих звезд существенно превышает 1000 км/с, на эволюцию их орбит существенно влияют эффекты общей теории относительности.
Центральный объект
В центре Галактики находится радиоисточник SGR A*, который издавна рассматривался как кандидат на роль центральной сверхмассивной черной дыры. Сейчас слово «кандидат» можно опустить из-за появившихся твердых свидетельств. Объект излучает в радио примерно 1036 эрг/с (в сотни раз больше, чем Солнце во всем диапазоне). В других диапазонах его постоянная светимость не превосходит солнечную, хотя время от времени происходят вспышки во всем спектре, особенно в рентгене, по мощности сравнимые с радиоизлучением. Во всех диапазонах светят электроны относительно небольших энергий через синхротронное излучение (радио), обратный Комптон (ИК, оптика), тормозное излучение (рентген).
Излучение SGR A* может меняться за минуты, что кладет верхнее ограничение на размер источника — он заведомо укладывается в диаметр земной орбиты. Мощность излучения на удивление слабая — светимость надо сравнивать не с солнечной, а с эддингтоновской, пропорциональной массе черной дыры. Такая светимость достигается во многих активных галактических ядрах, а в случае центральной черной дыры нашей Галактики она на восемь порядков ниже. Поток вещества на черную дыру не может быть меньше того, что дают окружающие ее звезды — их ветер. При обычных режимах аккреции от этого ветра получается светимость намного больше наблюдаемой. Требуется очень неэффективный режим аккреции (менее эффективный, чем так называемый ADAF), что представляет определенные трудности для теоретиков.
Однако такая низкая светимость у центральной черной дыры была не всегда — об этом свидетельствуют звездные диски, предполагающие большие аккреционные диски и так называемые пузыри «Ферми» по сторонам от галактической плоскости (рис. 5). Эти пузыри — свидетельство былых джетов, бивших из центра Галактики много миллионов лет назад. Эти джеты накачали два эллиптических облака протонов высоких энергий, которые летают в них все эти миллионы лет и излучают гамма-кванты высоких энергий при столкновениях с частицами межзвездной среды.
Илл. Бориса Штерна
Орбиты звезд и масса черной дыры
Илл. с сайта UCLA (astro.ucla.edu/~ghezgroup/gc/)
Здесь мы переходим к теме Нобелевской премии 2020 года. Благодаря радикальному прогрессу в методах наблюдений (адаптивная оптика и методы обработки серий снимков с короткой экспозицией), разрешение крупных наземных телескопов достигло дифракционного предела. Для телескопов с 8–10-метровыми зеркалами в ближнем инфракрасном диапазоне этот предел составляет 0,05”. То есть звезды выглядят пятнами примерно такого размера. Но точность определения центра пятна-звезды гораздо выше: порядка одной миллисекунды дуги, или нескольких астрономических единиц для центра Галактики. Вместо картинки, представленной на рис. 6, появляется серия точек, отмечающих движение звезды (показаны на том же рисунке), и эти точки с учетом лучевой скорости, измеренной по доплеровскому сдвигу спектральных линий, прорисовывают четкую кеплеровскую орбиту вокруг центральной массы. Эта иллюстрация отражает современную картину. К ней подбирались постепенно, начиная с середины 1990-х.
Впервые быстрое — порядка тысячи километров в секунду — собственное движение звезд в S-скоплении обнаружили в 1997 году на европейском телескопе NNT (New Technology Telescope) в Чили (Eckart & Genzel 1996, 1997, Genzel et al., 1997). Вскоре результат был повторен с лучшей точностью на более крупном телескопе Кека на Гавайях (Ghez et al., 1998). Вскоре были выявлены орбиты звезд и измерено их орбитальное ускорение.
Героем нобелевской истории стала звезда SO-2, у нее самая тесная орбита из ярких звезд S-скопления (есть звезда с более коротким периодом и, возможно, менее яркие звезды с еще более короткими, но SO-2 — самая удобная для наблюдений). Решающие измерения были сделаны в работах Schödel et al. (2002) и Ghez et al. (2003). На рис. 7 показана траектория звезды, измеренная позже двумя группами — Gillessen et al. (2009) на телескопах NNT и VLT (Чили) и Гез на телескопе Кека (Гавайи). На этом рисунке приведены данные 2010 года. С тех пор звезда совершила еще один оборот вокруг черной дыры. Ее орбитальная скорость в перицентре достигает 5000 км/с, она проходит на расстоянии около 17 световых часов от черной дыры — чуть ближе, чем расстояние от нас до «Вояджеров».
В результате получена оценка на массу центральной черной дыры, которая со временем уточняется. В обзоре Genzel, Eisenhauer & Gillessen (2010) приводится значение 4,3±0,2 ±0,3 млн Mʘ. Обратите внимание на два «плюс-минуса». Первая ошибка — статистическая, связанная с ошибкой измерения параметров орбит. Вторая, бо́льшая ошибка связана с неопределенностью расстояния до центра Галактики.
Итак, в истории вокруг черной дыры в центре Галактики участвовало много народа. Оба нобелевских лауреата были лидерами двух независимых групп, внесших в эпопею решающий вклад. Райнхард Генцель с коллегами работают в германском Институте внеземной физики Общества Макса Планка (Гархинг близ Мюнхена). Они сделали основные измерения на телескопах Европейской южной обсерватории в Чили. Андреа Гез с основными соавторами работают в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (США), используя 10-метровый телескоп Кека на гавайском потухшем вулкане Мауна-Кеа. Конечно, наша центральная черная дыра — не единственное достижение лауреатов. В частности, Генцель известен также своими работами по оценке распределения масс в других галактиках.
Ссылки на работы, приведенные выше, взяты из великолепного обзора Генцеля, Эйзенхауэра и Гилессена
(arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1006/1006.0064.pdf) в том виде, как они там приведены.
Здесь мы не повторяем их для экономии места
Благодарим Алексея Моисеева, Анну Лопухину и Екатерину Подольскую за ценные замечания
Павел Иванов, гл. науч. сотр. Астрокосмического центра ФИАН
Борис Штерн, вед. науч. сотр. ИЯИ РАН
«в настоящее время не осталось никаких сомнений, что черные дыры действительно существуют» — некоторые сомнения все-таки есть. Вот, например, сегодня: https://arxiv.org/abs/2010.08557
Хотя,большинство голосов -«за». Но большинство может и ошибиться, история знает такие случаи.
ОК, согласен, погорячились, надо было писать «в настоящее время ПРАКТИЧЕСКИ не осталось никаких сомнений», в астрофизике 100 процентной
точности ПРАКТИЧЕСКИ не бывает :)
В этой работе существование черных дыр не подвергается сомнению. Автор сомневается лишь в том, что по данным по М87 можно тестировать ОТО на предмет отклонений от нее. Что до подтверждения их существования — гораздо более сильное свидетельство — гравитационные волны от слияния черных дыр.
Ну, там, наверное, тоже можно как-нибудь извернутся, ошибки то измерений всегда будут, а значит, известный простор в допустимых
теория тоже. Думаю, единственный возможный способ стопроцентно убедиться в существовании чеде — это туда залезть :)
Результаты измерений очень «рыхлые»(сравните данные двух детекторов LIGO и Virgo для GW190814). Что до «известного простор в допустимых
теориях», то есть только «советские газеты»(шаблоны на основе ОТО). Я, по крайней мере, других не видел. Если с керровскими горизонтами на выходе приличные ящики ошибок для масс и элементов орбиты, то что говорить о сильно релятивистских кварк-глюонных вращающихся объектах?
Статистика уже некоторая набрана и будет дальше набираться.
Кварк-глюонный или еще какой-нибудь там объект только пока
в одном случае, в остальных события интерпретируются слиянием двух черных дыр. Касательно М87 — когда люди строили фотку, там были сложные алгоритмы, но они касались
только обработки изображений, не закладывалось каких-либо физических моделей. И алгоритмов было по крайней мере два.
В обоих случаях появилось знаменитое темное пятно, которое уже потом начали сравнивать со всякими моделями. А так, кто спорит, нужны космические РСДБ системы в миллиметровой области. В России тоже кое-что происходит, погуглите
проект Миллиметрон.
«там были сложные алгоритмы, но они касались
только обработки изображений, не закладывалось каких-либо физических моделей.» — при построении силуэта закладывалась физическая модель отклонения лучей на близких прицельных расстояниях. И это была модель ОТО, а не Ньютон, Дикке-Бранс или Логунов.
В GW событиях на выходе достаточно размытые пятна в координатах частота — время. Чирп-масса оценивается по формуле Петерса (1964) а затем уточняется с помощью шаблонов подготовленных на основе ОТО.
Не закладывались туда модели отклонения лучей, насколько я помню, посмотрите статью коллаборации Телескопа Горизонта Событий по обработке изображений!
«Не закладывались туда модели отклонения лучей» — а каким образом строились ожидаемые силуэты?
https://arxiv.org/abs/1812.06787
Ф-ла (25).
Могу прислать еще насколько десятков работ по моделированию ожидаемого изображения. Еще есть записи семинаров в Гарварде.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=1419&v=lnJi0Jy692w&feature=emb_logo
23-24 минуты
Слушайте, давайте тоже прекратим дискуссию на некоторое время, пока Вы не посмотрите указанную статью. Я Вам про одно говорю, Вы мне про другое отвечаете. Я в курсе работ про моделирование изображений, не понятно, правда, какое они отношение
имеют к получению изображения с помощью EHT.
«Я Вам про одно говорю, Вы мне про другое отвечаете.» Я смотрел ВЕСЬ ЦИКЛ итоговых статей (2019) коллаборации Телескопа Горизонта Событий. Сильное линзирование и итоговое изображение с темным пятном и близким к предсказанному угловым размером НЕ ЯВЛЯЮТСЯ, строго говоря, ДОКАЗАТЕЛЬСТВОМ наличия именно горизонта событий. Не любой похожий на генерального прокурора человек является генеральным прокурором.
Слушайте, я же писал выше, в астрофизике почти ничего нельзя доказать на определенном уровне строгости. Но дырка
была обнаружена там, где и должна быть,
есть и еще масса других аргументов, спектр, светимость, переменность, джет, динамика звезд, газа и т. д. Если Вы смотрели весь цикл, странно, что Вы уверены, что модели источника использовались при построении картинки. Насколько я помню, авторы пытались сознательно этого избегать.
Модели использовались для прогнозов, а не при обработке. Кстати, я так и не понял, почему не получился силуэт ScrA?
Но, если Вы согласны что наличие горизонта не доказано, то тема исчерпана. Разве что заголовок статьи создает иллюзию окончательного решения чернодырочной проблемы. Но (!) два цикла наблюдений EHT Нобелевский комитет как бы не заметил. Странно, сильнорелятивистский силуэт вроде как важнее постньютоновских орбит S-звезд.
В случае ГЦ вроде утверждается, что присутствует сильное рассеяние на этих длинах волн (мм), которое замывает картинку. Впрочем, я не следил за деталями. Теперь, давайте так — я вот свое мнение скажу и, на этом, предлагаю, действительно, тему закончить. Ну так вот, имхо, наличие горизонта показано на определенном, действительно, пока не особо высоком, уровне строгости. Качественно, так сказать. Думаю, что хотя за образ чеде не присудили пока нобеля, это результат существенно повлиял на присуждение нобеля по чеде. Качество картинок будет улучшаться с прогрессом технологии и, вероятно, за эту деятельность нобеля дадут. Для прогноза в данном случае достаточно элементарных соображений, см., например, нашу работу. Модели, в основном, использовались для попыток определения физических параметров среды и чеде из картинки, спектра и т. д. Пока это
не особо хорошо получается, т. к. разрешение не очень, да и модели требуют улучшения, но, думаю, ситуация существенно изменится в течение порядка 10 лет.
Ричард, откуда там взялся тор? Если это аккреационный диск, то должен быть диск, если -тень ЧД, то …снова вопрос…почему в форме тора? И вообще, как может быть тень такой чёткой и такой конкретной? Не может там быть никакого тора!
Ответы в ссылках выше.
Да, кстати, в порядке саморекламы, все желающие могут прочесть наш обзор в уфн
по этой тематике и сопутствующим вопросам
https://ufn.ru/ru/articles/2019/5/a/
там надо зарегистрироваться, но это не сложно.
Гравитационные волны строго говоря наблюдаются от слияния релятивистских компактных объектов (таковыми могут быть гибридные или кварковые звезды или объекты неизвестной природы). А систематическое превышение масс (по сравнению с рентгеновскими РКО в Галактике) может свидетельствовать об ошибочной методике в которую a priori (через шаблоны waveforms) загружены именно чд. Как говорят дальнобойщики: «что погрузили, то и везем».
Вот, например:https://arxiv.org/abs/2010.01509
Здесь «подвергается» прямо в заголовке.
Простите, но для М87 подтверждено существование особенности гравитационного поля, отклоняющих электромагнитные волны. Никто в этом не сомневался. Это происходит вне предполагаемого горизонта событий. Конечно слияние тяжелых объектов более суровое испытание для ОТО. Но пока, нетрудно заметить, что тяжелые объекты излучают даже после слияния. Излучение не скрывается за горизонтом, горизонт не нащупан. Тому есть объяснение — несимметричность вращающейся черной дыры, но это всего лишь объяснение, никто горизонта не увидел.
Отвечу за Бориса — понимаете, можно из пустого в порожнее очень
долго переливать, если не договориться о понятиях и находиться, пардон, на разном уровне понимания предмета. Вот
Вы пишете «несимметричность вращающейся черной дыры». На
самом деле, все немного не так, вблизи образовавшейся черной дыры (любой, что вращающейся, что нет) возникают как бы «почти запертые» (говорят, квазинормальные) колебания пространства-времени, которые «просачиваются» на бесконечность в виде гравитационных волн. Этим объясняется характерная форма сигнала на больших временах. По этой форме можно судить, в принципе, есть горизонт или, скажем, какая-то твердая поверхность. Пока ничего указывающего на существование такой поверхности внутри ошибок измерений, как мне представляется, не нашли. Далее, грубо говоря, главное в образе М87, что там внутри дырка. По существующим представлениям, она получилась из-за того, что пролетающий достаточно близко от черной дыры свет именно попал под горизонт!
Ну дырка или (очень) массивная звезда с (очень) большим красным смещением. К тому же «дырка» это на фоне яркого кольца, нет оценки яркости «дырки»… ну а ощущения ничего не доказывают. Я сделал просто изменил уровень яркости на половине картинки… тоже ничего не доказывает, но есть повод сомневаться.
Хотя в своих сомнениях по поводу математической бессмысленности решения Шварцшильда я не сомневаюсь.
Простите, ну совсем все не серьезно, увы.. Звезды ТАК не излучают, уж поверьте :))), ну и так далее, понимаете, этими вопросами профессионально занималось достаточно много людей и достаточно
долго, все «наивные» возражения супротив чеде уже были отметены при царе горохе, когда еще не шло и речи о технической возможности получения сего образа. Если написать полностью
и строго про всю аргументацию в пользу существования чеде в М87, скажем, получатся многие тома, и в них еще нужно суметь разобраться. Разумеется, все равно не исключена вероятность того, что это не чеде, а что-то еще, но для этого нужны очень серьезные аргументы и значительные усилия! И объект все равно будет экзотическим, это точно не звезда! На этом, увы, я должен прекратить дискуссию за недостатком времени, жизнь, к счастью или к сожалению, не сводится к одним чеде.
Это дважды несерьезно. Не существует надежных тестов, доказывающие, что черные дыры есть (Чернин, по памяти). Не существует доказательств, что в ОТО существуют сингулярности (Эйнштейн, Морозов).
К сожалению или к счастью уравнения гравитационного поля — часть моей жизни.
Конечно по картинкам мы не можем судить ни о чем. Даже если излучение горящей поверхности выходит наружу (исходные принципа ОТО этому не мешают), то мы увидим гигантское гравитационное красное смещение. Это совсем другой диапазон волн. Я сделал не очень убедительную вещь. Изменил порог яркости на фото М87. Повод для сомнений, надеюсь.
Валерий Борисович! Это не изображение звезды. Это силуэт после гравитационного линзирования. В презентации EHT 10.04.2019 есть наглядная анимация. А диапазон волн — рабочий диапазон антенн EHT.
Спасибо я в курсе. Я ждал, когда Вы скажите «линзирование». Конечно линзирование.И приготовил картинку в тему.
Все верно, что бы там не было, его не видно. Только результат линзирования. Компактный объект рассевает напрочь собственный свет + красное смещение немалое.
О каком «гораздо более сильное свидетельство — гравитационные волны от слияния черных дыр» вы говорите, если в сеансе наблюдей О№ не приведено ни одного (!) доказательства совместных наблюдений ГВ на всех 4-х установках одновременно! Нет так же ни одного временного графика и ни одной амплитудно-частотной характеристики по тем сигналам, что были представлены, как сигналы ГВ!
Не ставя под сомнение значимость работ, удостоенных премии, можно поставить под сомнение единственный аргумент в пользу существования черных дыр. Это утверждение о том, что этот объект следствие общей теории относительности. Этот объект лежит вне области пространства в котором решается задача о гравитационном поле точечного источника поля. Так называемая «внутреннее решение» лежит вне пространства с заданной сингулярностью (псевдоримановом пространстве). Просто у нас нет другого решения и другого уравнения гравитационного поля (уравнения Эйнштейна). Заметим, что сам Эйнштейн до конца своих дней считал сингулярность недоразумением, от которого необходимо избавится:
Завещание Эйнштейна .
Что же произошло? Можно предположить что постепенно все компактные и достаточно тяжелые объекты из «предполагаемых черных дыр» стали просто «черными дырами», вспоминая Паниковского: «А какие они по-вашему?!».
Что же произошло с уравнениями Эйнштейна в промежутке между 1913 и 1915 годах? Ответ можно найти в прекрасной книге Пайса и УФНовской статье Визгина-Смородинского — предварительное уравнение гравитационного поля было непригодно из-за нековаринтности, но в конце 1915 оно было преобразовано в общековариантное уравнение, то, что сейчас называется уравнением Эйнштейна. При этом фактические изменения уравнения остались в тени. С самого начала Эйнштейн выдвинул разумный принцип: «Можно видеть, что наряду с компонентами тензора энергий-натяжений материи Θ в качестве равноценных источников поля выступают также компоненты тензора гравитационного поля... » К сожалению этот принцип пал жертвой требования общековариантности и Эйнштейн просто опустил его в 1915 (Ландау и Лифшиц оправдывали это малостью энергии гравитационного поля).
Почему за более чем сто лет не появилось продолжения классического уравнения Эйнштейна. Видимо только потому, что задача нерешенная Эйнштейном вряд ли под силу одному человеку.Требуется не только написать уравнение, но и решить его
On the equation of the gravitational field (in Russian)
Интернет-тестирование объекта нобелевской премии по физике.
Google (Yahoo):
Black hole — Результатов: 1 140 000 000 (102 000 000)
Черная дыра — Результатов: 3 360 000 (98 400)
Вывод: — англоязычный мир верит в черные дыры на два порядка сильнее русскоязычного и состав нобелевских лауреатов не противоречит результатам тестирования.
Однако отмечу – в начале прошлого века россиянин Владимир Маяковский указывал на вероятную астрофизическую роль дыр, — цитирую:
«…а за деревнею — дыра,
и в ту дыру, наверно,
спускалось солнце каждый раз,
медленно и верно».
Опубликовано в 1920-ом, а в 1925 году состоялось самое длительное его путешествие: поездка по Америке.
Любопытна тенденция в мире теоретической физики нобелевских премий, начало которой положил Макс Планк: черное тело -> черная дыра -> … темная материя -> темная энергия ->…. Заставляет вспомнить четверостишие, составленное из двух эпиграмм и переведенное на русский Самуилом Маршаком:
Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.
Но сатана недолго ждал реванша.
Пришел Эйнштейн — и стало все, как раньше.
Несмотря на свои сомнения, я уверен премия им. Нобеля, как правило стимулирует исследования. Это не повод для восторгов, но повод для сомнений.
Валерий Борисович, с вами можно почти согласиться. но иногда бывает так, что «премия-награда» как божественное Светили закрывает своим ярким светом всё то, что рядом и особенно — вдали! Вот в данном случае, мне кажется, происходит именно такой эффект…Но я очень рад, что руководство нашего форума даёт возможность высказать наши «сомнения» , а это в свою очередь — даёт науке шанс на выход из кризиса!
И в чем же этот кризис? ))
Хотя бы вот в этих проблемах с устройством ЧД, а это 50% современной физики и 99% — космологии! А разве гипотетичские Тёмные Сущности ТМ и ТЭ — не кризис и в физике и в космологии одновременно! А хотите, я приведу вам не меньше дюжины наблюдательных фактов на которые общепринятая и стандартная ЛДСМ-модель не даёт ответа, заставляя космологов каждый раз писать примерно так: «…учёные не знают причину такого поведения ЧД …или …чего-то иного, а потому им требуются дополнительные данные, которые они надеются получить с помощью нового телескопа…который будет запущен в 2025….202…году».
А британский космолог Мугейжо сказал по этому поводу ещё более определённо (к сожалению, наши так категорически говорить не смеют):
“Стандартная модель уродлива и запутана, — считает он. — Надеюсь, ее финал не за горами, хотя объяснить всю совокупность фактов, в том числе те, которые стандартной моделью описывались вполне удовлетворительно, будет чрезвычайно непросто”.
Если это не про КРИЗИС, тогда про что?
При такой массе центрального объекта, он вроде бы должен находиться практически в фокусе «кеплеровской орбиты» для каждой из изображённых звёзд, и один из фокусов должен быть одним и тем же для всех орбит. Действительно ли это так? Из рисунков я не могу это уловить.
Да, это так.
Я понял, в чём дело. На самом деле никакого центра у Галактики нет :) То есть можно сказать, что этот объект находится в центре Галактики, но нельзя сказать, что он — центр Галактики.
«Эти джеты накачали два эллиптических облака протонов высоких энергий, которые летают в них все эти миллионы лет и излучают гамма-кванты высоких энергий при столкновениях с частицами межзвездной среды.»
летают миллионы лет и излучают гамма кванты — еще и вечный двигатель очередной открыли
Нобелевское признание черных дыр может привести к свертыванию экспериментальных работ с ними, — как это произошло с гравволнами и бозоном Хиггса. Однако, похоже, действительной причиной может быть пандемия коронавируса, а вовсе не присуждение премии. Если это так, то следует ожидать повсеместного свертывания интернациональных гражданских проектов, — включая социальные типа ВОЗ, — самоизоляция на уровне государств.
Не так, нобелевская премия часто порождает бум. Это не только восторг, но и сомнения.
Этот бублик, что получили наблюдатели, почему именно в форме тора? Не должно быть там никаких торов? Если это — отображение (тень или что-то подобное) ЧД, то д.б. нечто сферическое (по Шварцшильду), если аккреционный диск, то — диск, но откуда взялся тор? И почему этот вопиющий факт никто не замечает? А давайте «замахнёмся на Шекспира»? А давайте предположим нечто ну совсем невероятное: этот тор и есть изображение ЧД?
Возникнет тогда вопрос о её размере, что превышает размер Нашей Солнечно системы, но что мы знаем о топологии ЧД вообще, кроме пресловутых теоретических формул Шварцшильда и ЧД в виде сингулярности! Вот парадокс: все в след за Эйнштейном не успевают повторять, что сингулярность в ОТО (да и вообще в жизни) нонсенс, но ЧД в форме сферы в модели Шварцшильда признают и никто менять ничего не намерен! Например, я нисколько и никогда не сомневался, что ЧД — физическое тело, имеет форму, конечный объём, поверхность и никакая она ни сингулярность! И что уравнение Шварцшильда — мат. абстракция и не более, а настоящая ЧД — это красавец Тор, только не просто тор, а вихревой тор, и эта вихревая сущность ЧД даёт её фантастические способности, вернее свойства: смотрите, вихрь — наиболее востребованная форма движения материи во вселенной, при этом вихрь с одного полюса тора засасывает вещество (и даже пространство, если оное имеет всё же физические качества, без которых не может быть и речи о гравитационном взаимодействия между телами), а с противоположного — выбрасывает её во вне!
А теперь вспомним джеты у ЧД: учёные ломают копья в поисках ответе о природе джетов и ничего лучшего, как модель с аккреционным диском не придумали, но вот объяснить, почему у одних СМЧД — один джет, а у других — два так и не могут!
А я предлагаю именно эту модель ЧД в виде вихревого тора – модель-аналог вентилятора или того же турбореактивного двигателя (с одной стороны – забор воздуха, с другой – выброс), но…теперь внимание: если модель такого вихря имеет два полюса (поглощение и выброс материи), то сделаем смелый шаг верёд, в таком случае тот полюс, где происходит всасывание материи надо назвать Чёрной Дырой, а полюс, где происходит выброс материи – Белой Дырой, а само физическое тело, которое до этого называли абсолютно необоснованно ЧД, надо величать отныне ЧБД (чёрно-бело дырой)! И можно представить какое поле деятельности получат теперь теоретические учёные: они получают фактически Новую Физику, мечтами о которой живут уже столько десятилетий! ЧД – это гравитация в смысле притяжение, а БД – это гравитация в смысле антигравитация! Вот и проблема антигравитации получила своё более чем убедительное доказательство!
Дали – буде!
Мой скромный опыт говорит, что если в модели есть сингулярность, то что-то не учтено. Не будучи специалистом в области ЧД, не уверен, что они есть только сингулярности ОТО. Из общих соображений вроде и не следует ограничений на размер массы ограниченного в пространстве объекта. А ограничения на его плотность должны учитывать другие взаимодействия, в частности сильное. И такой учет вполне может сгладить сингулярности только гравитационной модели. У Ройзена в ФИАНе были интересные оценки на эту тему.
Мне кажется, что всё очень просто: там где сингулярность — абстракция, математическая модель, полученная из гипотетических формул и никакого отношения к реальности не имеющая! Но тогда надо пересматривать все существующие концепции ЧД, начиная от Шварцшильда и до Пенроуза и Хоккинга! И я не вижу иного пути! Но это разве возможно! Кто отважиться на такое! Поэтому ещё долго мы все будем выдавать матабстракцию за реальность! Но это же абсурд, самообман, лож во спасение! Интересно, есть ли выход из тупиковой ситуации? А ведь это даже не кризис, это — болезнь! И кто найдёт антидот?
Но Ройзен же отважился (ищите в архиве). Он включил в рассмотрение сильные взаимодействия и фазовые переходы в КХД. И параметры ЧД поплыли …
«…и параметры ЧД поплыли..» .Вот дивные речи: подавляющее боьшенство учёных вслед за Эйнштейном готовы признать, что сингулярность в природе не существует, что это — матабстракция, как следствие решений гипотетических матмоделей ЧД, ноникто не отважится сделать следующий шаг и выбросить все эти абстрактные гипотетические мат модели на мусорку, начиная с фантазий Шварцшильда и заканчивая нобелевскими моделями Пенроуза и Хоккинга! Неужели вот так жить в доме без крыши будем и далее? Ведь ясно же, что все общепризнанные модели ЧД не выдерживают никакой проверки экспериментальными фактами, например, тем, что у одних СМЧД джетоа один, а у других — два! Да и механизм возникновения джета так и не найден, а ведь он есть и наверняка не аккреционный диск его прародитель, а наверняка кроется в топологии, т.е. в реальной структуре ЧД, что абсолютно не совместимо с сингулярной моделью! Так отважится кто-нибудь сказать сокровенное «а король-то голый»?
Royzen Ilya arXiv:1201.4028 [astro-ph.HE] вы сначала посмотрите эту ссылку, если интересуетесь. Там осторожно все излагается как и следует в серьезной науке. В коре нейтронной звезды температуры огромные 100-200 МэВ и т.п., это температуры уже кварк-глюонных возбуждений. Не нужно шашками махать, вопрос дискуссионный ))
Г-н Штерн! Что такого еретического я сказал в том, что «…Сингулярности не существуют, следовательно и ЧД в таком виде не существуют!» Ведь факт неестественности сингулярностей признают все: от Эйнштейна до уважаемых участников этого форума! Ну вот почему вы до сих пор не разблокировали мой пост от 31 октября? Ну неужели кто-то из Вас пострадает, если прочитает эти примитивные по сути слова: «…если сингулярностей в реальном вещественном мире нет, а если они есть только в мире гипотетических матабстракций, то надо чётко признать, что модели ЧД в представлении теоретиков Шварцшильда, Пенроуза и Хоккинга не могут быт приняты в качестве реалий нашего мира!» Вы опасаетесь на нобелевскую премию Пенроузи и Ко? И зря! Премию вполне можно дать за выдающиеся теоретические исследования в этой самой таинственной, самой загадочной области космологии — в сфере ЧД! И нобелевские ауреаты вполне достойны нобелевского золота, но….сингулярности в нашей Реальности не существуют, а значит и ЧД устроены как-то иначе, чем теоретические образы у Шварцшильда и Пенроуза! Это же — совершенно иная сфера исследований — реальный космос! Вот по этой причине, никто из современных теоретиков и не может пояснить, почему у одних ЧД один джет, а у других — два! И неужели вам не интересно адекватное пояснение одного их ваших форумчан? И разве не для этого существуют такие форумские площадки как ваша, кстати, всегда прекрасно организованная и всегда отличавшаяся своей доброжелательностью и толерантностью к инакомыслию.
Вся ТФ состоит из МА. Но эти МА подтверждены экспериментом. Если вам не нравятся МА в ОТО, сформулируете свои, причем такие, которые будут лучше описывать эксперимент. Их формулировка, очевидно, выйдет за рамки этого обсуждения. Будет достаточно ссылки ))
Я считаю, что в своих нескольких постах, где я сказал своё отношение к проблеме сингулярности ЧД (если в реале нет сингулярности, то общепринятая модель ЧД остаётся мат. моделью и ничего общего с реальными ЧД не имеет), я НЕ нарушил кодекс форума и не рекламировал свою теорию, у меня очень простые и убедительные аргументы, которые могут быть опровергнуты только мнением участников разговора! Но начальство решило иначе и мене просто заткнули рот! Я не понимаю, как две-три мои аргументированные идеи могут оскорбить кого-то или ущемить их интересы? Более того, я считаю, что только такие свежие мысли и пусть даже с долей фантазии и …крамолы и делают такие форумы интересными и живыми, а пресловутые одобрямсы в адрес начальства или тех же нобелевских призёров ничего ни для нас с вами, ни для науки не несут! Ещё раз обращаюсь к здравому смыслу Бориса Штерна разблокировать несколько моих постов и дать мне возможность работать с вами на равных. Обещаю максимальную сдержанность в оценках и минимум революционных суждений и оценок на будущее.
Все ТФ построена на приближениях. Их точность диктуется экспериментом. Если приближенная модель описывает наблюдения в диапазоне экспериментальных ошибок, то она считается разумной. А что там творится в «реале» нам неведомо ))
А что, разве ЭФ не построена на приближениях! Или вы хотите сказать, что ТФ рулит, а ЭФ — вторична? Кстати, если бы вы даже так и сказали, то совершенно не ошиблись бы, ибо этот самый принцип и завещали нам великие Эйнштейн и Гейзенберг, когда на десятилетия определили на планете это универсальный закон-постулат: Реальность такова, какова на сегодня в ней господствует теория! А кие там приближения, не имеет никакого значения! Вот сказано теоретиком Шварцшильдом, что ЧД имеет сферическую симметрию и скрывает свой лик за сингулярностью, которой в реале нет, но есть в теории и следуют толпы физиков планеты за этой явно неправильной моделью, точность которой всегда можно подогнать с помощью корректирующих коэффициентов до любой степени! Давайте, уважаемый res говорить о принципах, а не точности моделей, это важнее, чем любой «диапазон экспериментальных ошибок»! С уважением.
Принципы не вечны. В физике все решает эксперимент. ТФ в этом смысле вторична к ЭФ.
Ну, приехали! Вы же прямо противоречите принципу Эйнштейна-Гейзенберга, которые чётко заявили:Реальность такова, какова на сегодня в ней господствует теория! А вы говорите нечто противоположное! Не боитесь, что Борис Штерн расценит это как рекламу своей теории?
Где это они такое говорили? ))