млечныйпуть - Blog Posts

Нобелевская премия по физике 2020 присуждена за черные дыры

Победители показали, что черные дыры могут существовать, а затем помогли продемонстрировать, что они действительно существуют.

Исследования, выявившие самые загадочные объекты в космосе - черные дыры. Теперь ученые, которые помогли доказать свое существование, только что получили высшую награду в науке - Нобелевскую премию.

 Черные дыры - массивные объекты. Их гравитационное поле настолько сильное, что ничто не может избежать его, даже свет. В своих центрах черные дыры скрывают загадочную зону, называемую сингулярностью. Здесь законы физики теряют смысл.

Без сомнения, эти предметы странные. Трое ученых, которые помогли раскрыть подробности о черных дырах, получили Нобелевскую премию по физике этого года. Роджер Пенроуз работает в Оксфордском университете в Англии. Райнхард Гензель работает в Гархинге, Германия, в Институте внеземной физики Макса Планка и в Калифорнийском университете в Беркли. Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Шведская королевская академия наук объявила о своем выборе 6 октября.

Черные дыры «действительно представляют собой нарушение нашего физического понимания законов физики», - говорит Гез. Изучение таких экзотических объектов «продвигает наше понимание физического мира», - отметила она в телефонном разговоре.

Когда впервые были предложены черные дыры, ученые не были уверены в их существовании. Идея их возникла из общей теории относительности Альберта Эйнштейна. В конце концов Пенроуз провел математические вычисления, которые показали, что черные дыры физически возможны. За свой вклад Пенроуз получит половину приза в размере 10 миллионов шведских крон (более 1,1 миллиона долларов).

 Другая половина будет поделена между Гензелем и Гезом за их работу, показывающую, что один из этих темных объектов скрывается в центре нашей галактики, Млечном Пути.

  «В течение многих лет физики ставили под сомнение саму идею черной дыры, - сказал Дэвид Хэвиленд. В этом году он возглавлял Нобелевский комитет по физике. Во время объявления приза он отметил, что он «отмечает ... открытие одного из самых экзотических объектов в нашей Вселенной».

Пенроуз изобрел стратегии, позволяющие справиться со сложностями черных дыр. Его работа показала, что черные дыры - это не просто математические идеи, предложенные теорией Эйнштейна. Его математика показала, что они могут образовываться в условиях, которые могут существовать во Вселенной. В 1965 году он опубликовал знаменательную статью в Physical Review Letters. В нем описывалось, как материя может схлопнуться и образовать черную дыру. В его центре также была бы особенность.

По его словам, некоторые мысли Пенроуза пришли к нему во время прогулки по лесу. «Я думал об этих вопросах, пока шел ... думал о том, каково было бы оказаться в этой ситуации, когда весь этот материал рушится вокруг тебя, и что произойдет».

Начиная с 1990-х годов, Гез и Гензель возглавляли группы, которые использовали телескопы для наблюдения за центром Млечного Пути. Они измеряли орбиты звезд, движущихся вокруг сердца галактики. Обе группы обнаружили, что эти звезды движутся так быстро, что только невероятно компактный и массивный объект, такой как гигантская черная дыра, может объяснить их траектории. Эта работа, продолжавшаяся с тех пор десятилетия, помогла подтвердить существование черных дыр. Они также помогли подтвердить предсказания общей теории относительности.

Центральная черная дыра Млечного Пути называется Стрелец A *. Его масса в 4 миллиона раз больше массы Солнца. Ученые теперь считают, что такие сверхмассивные черные дыры находятся в центре большинства больших галактик.

Гез - только четвертая женщина, получившая Нобелевскую премию по физике. Первой была Мария Кюри в 1903 году. После нее были Мария Гепперт Майер в 1963 году и Донна Стрикленд в 2018 году.

Приливные силы Млечного Пути разрывают соседнее звездное скопление

Пораженные  звезды движутся так быстро, что это скопление может быть «мертвым» всего через 30 миллионов лет. Новые открытия в год Мыши.

 Ближайшее к Земле скопление звезд распадается и скоро умрет. Астрономы поделились диагнозом, основанным на данных космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства.

Это звездное скопление, получившее название Гиады, находится всего в 150 световых годах от Земли. Оно образовалось около 680 миллионов лет назад из большого облака газа и пыли в Млечном Пути. Его видно невооруженным глазом в созвездии Тельца.

Задача Gaia - создать трехмерную карту Млечного Пути, и она была создана в декабре 2013 года. Она отображает положение миллиарда звезд. Она также измеряет скорости звезд. Среди них есть многие звезды в скоплении Гиады и вокруг него.

   Звездные скопления, такие как Гиады, известны как рассеянные звездные скопления. Они рождаются с сотнями или тысячами звезд. Группа удерживается вместе гравитационным притяжением ее звезд. Но  многие силы пытаются разорвать эти звездные скопления. Например, взрывы сверхновых. Это происходит, когда умирают самые массивные звезды; они выбрасывают материал, который скреплял кластер. Большие облака газа также могут проходить рядом со скоплением, унося с него некоторые звезды. Даже домашние звезды скопления взаимодействуют таким образом, что могут вытеснить наименее массивные. Наконец, гравитационное притяжение всей галактики Млечный Путь может увести некоторые звезды.  В конце концов, рассеянные звездные скопления редко достигают своего миллиардного дня рождения. Новая работа обнаружила, что Гиады тоже обречены. «Мы обнаружили, что осталось всего около 30 миллионов лет», - говорит Семион О. Она астроном из Англии в Кембриджском университете. «По сравнению с эпохой Гиад, - отмечает она, - это очень мало».  Быстрые исходыЧтобы лучше понять скопление Гиад, О и Эванс сравнили скорость звезд, сталкивающихся в центре, со скоростью убегающих из него. Исходя из этого, они предсказали гибель кластера.

Гиады прожили дольше, чем многие другие рассеянные звездные скопления. Но в 2018 году астрономы заметили здесь признаки проблем. Именно тогда команды из Германии и Австрии использовали Gaia, чтобы показать, что многие звезды уже покинули скопление. Размер скопления составляет около 65 световых лет. Уходящие звезды образуют два длинных хвоста длиной в сотни световых лет каждый, исходящие из противоположных сторон скопления. Это были первые такие хвосты, которые когда-либо видели вблизи рассеянного звездного скопления.

  В новой работе О и Эванс проанализировали, как скопление потеряло звезды за свою жизнь. Он родился с массой, примерно в 1200 раз превышающей массу нашего Солнца. Сегодня осталось всего 300 солнечных масс. Фактически, два хвоста беглецов содержат больше звезд, чем скопление.

Чем больше звезд теряет скопление, тем меньше гравитации остается у остальных членов. Это означает, что еще больше звезд могут ускользнуть, ускоряя гибель скопления.

Зигфрид Рёзер - астроном Гейдельбергского университета в Германии, возглавлявляет одну из двух команд, которые два года назад открыли хвосты скопления. Он согласен с тем, что Гиады переживают закат. Но, по его словам, еще слишком рано назначать точную дату его похорон. «Кажется, это немного рискованно говорить», - говорит Рёзер. По его словам, компьютерная модель с массой, положением и скоростью звезд должна лучше предсказать, что нас ждет.

  О говорит, что главным виновником предстоящей смерти Гиад является Млечный Путь. Подобно тому, как Луна вызывает приливы на Земле, поднимая моря как на стороне, обращенной к Луне, так и на стороне, обращенной к ней, так и галактика оказывает приливы на Гиады: Млечный Путь вытягивает звезды из стороны скопления, которое обращено галактический центр, а также с обратной стороны скопления.

Но даже через миллионы лет после того, как скопление распалось, его звезды будут продолжать дрейфовать в космосе. Подобно парашютистам, выпрыгивающим из одного самолета, они будут двигаться с одинаковой скоростью. «Это все еще, вероятно, будет обнаруживаться как связная структура», - говорит О.