Чёрные дыры. Математическая модель слияния черных дыр

Чёрные дыры. Математическая модель слияния черных дыр

Недавно учеными была разработана математическая модель слияния черных дыр. Если предложенная модель корректна, то в Млечном Пути блуждают тысячи черных дыр, массой в тысячи солнечных каждая.

«Черные дыры очень трудно обнаружить». - Говорит астроном Келли Холи-Бокелман (Kelly Holley-Bockelmann), представивший результаты моделирования на собрании Американского Астрономического Сообщества 9 января. – «Если дыра не поглощает окружающую ее материю и, соответственно, не излучает, ее можно увидеть только по искажению света от более удаленных объектов сильным гравитационным полем черной дыры. Этот эффект называется гравитационным линзированием и проявляется в кажущемся мгновенном смещении более удаленного объекта, изменении его яркости и даже ложной множественности».



В процессе слияния средней и малой черных дыр, вновь образованная черная дыра получает импульс, достаточный для преодоления гравитации шарового скопления

Разработчики модели особое внимание уделяли так называемому промежуточному классу черных дыр, существование которых до сих пор ставилось под сомнение. Астрономы знают множество малых черных дыр, массой менее 100 солнечных, возникающих при взрыве массивных сверхновых. Также широко известны сверхмассивные черные дыры, массой миллионы солнечных. Они располагаются в центре многих галактик, в том числе и Млечного Пути. Но астрономы утверждают, что существует еще одна промежуточная группа черных дыр массой в тысячи солнечных, содержащихся в древних шаровых скоплениях, насчитывающих от 100 000 до миллиона звезд. Но непосредственно такие объекты не наблюдались.

Последние 2 года ученые пытались смоделировать процесс слияния черных дыр согласно общей теории относительности. Одним из больших сюрпризов при разработке модели оказался тот факт, что при слиянии двух черных дыр, имеющих разные орбитальные скорости, не только образуется новая черная дыра, но и благодаря закону сохранения импульса, эта дыра получает энергию, достаточную для ее разгона до 4 000 км/с.

«Эта скорость гораздо выше, чем мы изначально предполагали. Даже скорость 200 км/с весьма высока для подобных космических объектов.» – Говорит Холи-Бокелман. – «При этом вновь образованная черная дыра непременно должна покинуть пределы шарового скопления, движущегося со скоростью менее 100 км/с.»

Команда ученых под руководством Холи-Бокелман провела ряд имитаций образования черных дыр промежуточного класса при слиянии малых черных дыр, которые в изобилии присутствуют в шаровых скоплениях. «В моделировании мы использовали черные дыры различных масс и приняли скорость их движения и вращения случайными. В таких условиях оказалось, что только треть черных дыр после слияния остаются в пределах шарового скопления», - говорит она.

В Млечном Пути около 200 шаровых скоплений. Это значит, что в нашей галактике блуждают тысячи черных дыр, поглощающих газопылевые скопления и звезды, неосторожно оказавшиеся на пути их следования. К счастью, астрономы говорят, что эти объекты не представляют особой угрозы для нашей планеты. «Вероятность уничтожения Солнечной системы блуждающей черной дырой чрезвычайно мала». – Говорит Холи-Бокелман. – «Опасная зона вокруг черной дыры ограничивается радиусом Шварцшильда, который равен всего нескольким тысячам километров. Поверьте, нас окружают и гораздо более опасные соседи».

Источник: IT-Day

Для справки:

Чёрная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, даже световые волны не могут выйти за ее пределы.

Граница этой области называется горизонтом событий, а её радиус (если она сферически симметрична) — гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически-симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда:

Существование чёрных дыр следует из точных решений уравнений Эйнштейна, первое из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1916 году. Сам термин был придуман Джоном Арчибальдом Уилером в конце 1967 года и впервые употреблён в работе. Ранее подобные астрофизические объекты называли в англоязычной научной литературе «сколлапсировавшие звёзды», а в русскоязычной — «застывшие звёзды» или «коллапсары».