Jak znaleźć czarne dziury?

Czarne dziury mają tak dużą grawitację, że nawet światło nie może przed nimi uciec . Jeśli ich nie widzimy i zasysamy całe promieniowanie elektromagnetyczne, to jak możemy je znaleźć?

Aby dodać do odpowiedzi Johna Conde. Według strony internetowej NASA „Czarne dziury” , wykrywanie czarnych dziur nie może oczywiście być wykonywane przez wykrywanie jakiejkolwiek formy promieniowania elektromagnetycznego pochodzącego bezpośrednio z niego (stąd nie można go „zobaczyć”).

Czarną dziurę wnioskuje się na podstawie obserwacji interakcji z otaczającą materią ze strony internetowej:

Możemy jednak wnioskować o obecności czarnych dziur i badać je, wykrywając ich wpływ na inną materię w pobliżu.

Obejmuje to również wykrywanie promieniowania rentgenowskiego, które promieniuje z materii przyspieszającej w kierunku czarnej dziury. Chociaż wydaje mi się to sprzeczne z moim pierwszym akapitem - należy zauważyć, że nie jest to bezpośrednio z czarnej dziury, a raczej z interakcji z materią przyspieszającą do niej.

Jest na to wiele sposobów.

Soczewkowanie grawitacyjne

Jest to zdecydowanie najbardziej znany. Zostało to wspomniane przez innych, ale dotknę tego.

Światło pochodzące z odległych ciał może być zginane grawitacyjnie, tworząc efekt podobny do soczewki. Może to prowadzić do wielu lub zniekształconych obrazów obiektu (wiele obrazów powoduje powstanie pierścieni i krzyżyków Einsteina ).

Jeśli więc zaobserwujemy efekt soczewkowania w regionie, w którym nie ma widocznego masywnego ciała, prawdopodobnie jest tam czarna dziura. Alternatywą jest to, że spoglądamy przez „halo” ciemnej materii, która otacza (i rozciąga się) świecące składniki każdej galaktyki i gromady galaktyk ( patrz: Gromada pocisków ). W wystarczająco małych skalach (tj. - centralnych regionach galaktyk) nie jest to tak naprawdę problemem.

(To wrażenie artysty na galaktyce przechodzącej za BH)

Fale grawitacyjne

Wirujące czarne dziury i inne układy dynamiczne z udziałem czarnych dziur emitują fale grawitacyjne. Projekty takie jak LIGO (i ostatecznie LISA ) są w stanie wykryć te fale. Jednym z głównych interesujących kandydatów do LIGO / VIRGO / LISA jest ostateczne zderzenie systemu podwójnych czarnych dziur.

Przesunięcie ku czerwieni

Czasami mamy czarną dziurę w układzie podwójnym z gwiazdą. W takim przypadku gwiazda okrąży wspólne centrum barowe.

Jeśli uważnie obserwujemy gwiazdę, jej światło zostanie przesunięte na czerwono, gdy odsuwa się od nas, i przesunięte na niebiesko, gdy zbliża się do nas. Zmiana przesunięcia ku czerwieni sugeruje obrót, a przy braku widocznego drugiego ciała zwykle możemy stwierdzić, że jest tam czarna dziura lub gwiazda neutronowa.

Propozycje Salpeter-Zel'dovitch / Zel'dovitch-Novikov

Przechodząc tutaj do historii, Salpeter i Zel'dovitch niezależnie zaproponowali, że możemy zidentyfikować czarne dziury z fal uderzeniowych w chmurach gazowych. Jeśli czarna dziura przejdzie przez chmurę gazową, gazy w chmurze zostaną zmuszone do przyspieszenia. To wyemituje promieniowanie (głównie promieniowanie rentgenowskie), które możemy zmierzyć.

Ulepszeniem tego jest propozycja Zel'dovitch-Novikov, która dotyczy czarnych dziur w układzie podwójnym z gwiazdą. Część wiatrów słonecznych z gwiazdy zostanie zassana do czarnej dziury. To nienormalne przyspieszenie wiatrów ponownie doprowadzi do fal uderzeniowych promieniowania rentgenowskiego.

Ta metoda (mniej więcej) doprowadziła do odkrycia Cyg X-1

Żyroskopy kosmiczne

Cyg A jest tego przykładem. Wirujące czarne dziury działają jak kosmiczne żyroskopy - nie zmieniają łatwo swojej orientacji.

Na poniższym radiowym obrazie Cyga A widzimy te słabe strumienie gazu emanujące z centralnego miejsca:

Dysze te mają setki tysięcy lat świetlnych - a jednak są bardzo proste. Nieciągły, ale prosty. Cokolwiek obiekt znajduje się w centrum, musi być w stanie utrzymać swoją orientację przez bardzo długi czas.

Ten obiekt to wirująca czarna dziura.

Kwazary

Uważa się, że większość kwazarów jest zasilana przez czarne dziury. Wiele (jeśli nie wszystkie) wyjaśnienia kandydatów dotyczące ich zachowania dotyczą czarnych dziur z dyskami akrecyjnymi, np . Proces Blandforda-Znajeka .

Czarną dziurę można również wykryć po tym, jak zgina światło, gdy różne ciała poruszają się za nią. Zjawisko to nazywa się soczewkowaniem grawitacyjnym i jest najbardziej oszałamiającą wizualnie prognozą teorii względności ogólnej Einsteina.

Ten obraz przedstawia geometrię soczewkowania grawitacyjnego. Światło z świecących obiektów tła jest wyginane z powodu wypaczenia czasoprzestrzeni w obecności masy (tutaj czerwona kropka może być prawdopodobnie czarną dziurą):

Astronomowie odkryli istnienie supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej własnej Galaktyki Drogi Mlecznej i nazwano ją Strzelcem A * .

W ciągu dziesięciu lat śledzono trajektorie małej grupy gwiazd, a jedynym wyjaśnieniem ich szybkiego ruchu jest istnienie bardzo zwartego obiektu o masie około 4 milionów słońc. Biorąc pod uwagę skalę masy i odległości, wniosek jest taki, że musi to być czarna dziura.

Jednym ze sposobów jest śledzenie serii promieni gamma . Kiedy czarna dziura żeruje na otaczającym gazie lub połyka gwiazdę, która zbliżyła się zbyt blisko, często emitują impulsy promieniowania gamma, które są bardzo energetyczne i łatwe do wykrycia (chociaż nie trwają długo).

W przypadku bardzo masywnych czarnych dziur wydają się one znajdować się w centrum każdej średniej i dużej galaktyki. Sprawia, że wyglądanie jest raczej łatwe.

Wszystkie 4 odpowiedzi udzielone przed tym są bardzo dobre i uzupełniają się; znalezienie obiektu krążącego wokół obiektu docelowego umożliwia także obliczenie masy obiektu docelowego.

Materia wpadająca do czarnej dziury jest przyspieszana w kierunku prędkości światła. W miarę przyspieszania materia rozkłada się na cząsteczki subatomowe i twarde promieniowanie, to znaczy promieniowanie rentgenowskie i gamma. Sama czarna dziura nie jest widoczna, ale widoczne jest światło (głównie promieniowanie rentgenowskie, promienie gamma) z nieskończonej materii, która jest przyspieszona i rozbita na cząstki.

Spoglądając w kierunku centrum naszej galaktyki, rentgenowski teleskop Chandra zaobserwował kilka czarnych dziur oprócz Sgr A *, pośrednio, wychwytując twarde promieniowanie nieskończonej materii rozszerzającej się, gdy coś połyka; potem czarne dziury znów ciemnieją, jeśli w pobliżu nie ma już nic do zasymilowania;

http://chandra.harvard.edu/press/05_releases/press_011005.html

Tutaj możesz zobaczyć niektóre z nich płonące w roju czarnych dziur w pobliżu centrum naszej galaktyki.

Metody wykrywania czarnych dziur (które nie są tak naprawdę dziurami ani osobliwościami, ponieważ mają masę, promień, obrót, ładunek, a zatem gęstość, która zmienia się w zależności od promienia, patrz http://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius ).

• aby pasywnie wykryć czarną dziurę (gwiazdową lub supermasywną), poszukaj / poczekaj na ostre rozbłyski promieniowania, które występują sporadycznie, a następnie obserwuj, aby sprawdzić, czy złapałeś grb (rozbłysk promieniowania gamma) z faktycznej czarnej dziury lub po prostu białej karłowata lub gwiazda neutronowa robi okresową nową;

• aby aktywnie wykrywać wygląd czarnej dziury dla soczewkowania grawitacyjnego, który jest efektem ciągłym, lub gwiazd krążących z dużą prędkością wokół pozornie pustego punktu w przestrzeni, takiego jak S2 z prędkością 5000 + km / s, wokół Sgr A *

http://en.wikipedia.org/wiki/S2_(star)

Ale nic nie pozostanie, aby zobaczyć, co go spowodowało; lepiej obserwujcie ten punkt na niebie, zanim to się stanie.