Згідно з новими даними, отриманими дослідниками з університету Джонса Хопкінса (The Johns Hopkins University), надзвичайно високі швидкості зореутворення, що спостерігаються в деяких галактиках, можуть бути пов'язані з наявністю в їхніх центрах чорних дір.
Галактики з високими швидкостями процесів зореутворення і галактики з активними чорними дірами довго розглядалися як різні явища. Нові результати говорять про те, що насправді центральна чорна діра і йде навколо неї зореутворення пов'язані між собою еволюційними процесами, які формують розвиток галактик.
Ті процеси, які роблять центральну чорну діру в галактиці все більш і більш масивною, можуть викликати також і формування зірок. Фаза зореутворення може бути спільною щаблем равітія для сейфертовських галактик і квазарів - двох типів найяскравіших об'єктів, які спостерігаються у Всесвіті.
Сейфертовських галактики містять активні надмасивні чорні дірки в центральних районах, розміри яких порівнянні з розмірами нашої Сонячної системи. Так як чорна діра поглинає прилеглі зірки і газ, вона випромінює величезні кількості енергії. Це і служить причиною характерного для сейфертовських галактик спектру з надзвичайно високим рентгенівським випромінюванням, що йде з невеликих центральних районів чи ядра. Але є сейфертовських галактики, центральні області яких випромінюють дещо слабше - це так звані сейфертовських галактики 2 типу. Спочатку теоретики вважали, що така різниця в випромінюванні пов'язане з просторовим розташуванням галактики по відношенню до Землі. Навколо ядра будь спіральної галактики (а сейфертовських галактики - це, як правило, спіральні галактики) існує диск, що складається з газу і пилу. Передбачалося, що в залежності від орієнтації площини галактики центральна частина може бути видно крізь затеняющий пиловий диск. Однак дослідивши 14 сейфертовських галактик на основі нових і архівних даних, отриманих за допомогою двох космічних рентгенівських обсерваторій, астрономи прийшли до висновку, що причиною затінення центральних районів галактик можуть бути області, в яких йде процес формування зірок.
Аналізуючи рентгенівське випромінювання досліджуваних галактик, астрономи з'ясували, що ці Галакта володіють і надмасивними чорними дірами, і областями активного зореутворення. Такий взаємозв'язок передбачає виникнення нових теорій щодо еволюції галактик. Повинен бути якийсь механізм, який постачає райони зореутворення матеріалом і збільшує ймовірність того, що в цих районах накопичиться газ і почнеться процес формування зірок. Як вважають дослідники, в сейфертовських галактиках ці функції може виконувати гравітація центральної чорної діри.
Якщо б ми могли бачити в рентгені, то, подивившись в травні 2000 року на південне небо, ми побачили б дуже яскравий джерело, але це було б не Сонце або Місяць, а екзотична чорна діра подвійної зоряної системи, відомої астрономам як XTE J1550-564 .
У квітні 2000 року цей об'єкт був майже так само яскравий, як Крабоподібна туманність, яка є найяскравішим рентгенівським джерелом нашого неба, "- говорить доктор Mike McCollough з NASA." З тих пір яскравість цього об'єкта зменшилася приблизно до десятої частини яскравості Краба. "
Зараз XTE J1550-564 - один з найяскравіших рентгенівських джерел. Якби людське око був чутливий до рентгенівського випромінювання, ми могли б спостерігати його сяючим у південному сузір'ї Косинець.
Зазвичай J1550-564 майже не бачимо в рентгені, але його інтенсивність змінюється. Наприклад, в 1998 році цей об'єкт був у 1.5 рази яскравіше Крабовидної туманності протягом декількох днів.
McCollought і його колеги вважають, що XTE J1550 є чорною дірою із зіркою - компаньйоном. Газоподібний матеріал, що перетікає від зірки до чорної діри, формує закручується диск, речовина якого розігрівається. Цей диск, званий аккреційним диском, стає таким гарячим і палає так яскраво в рентгенівських довжинах хвиль, що стає видимим для рентгенівських телескопів на відстанях в 10 000 світлових років.
"Якщо б ми перетворили рентгенівські коливання від J1550 в звукові хвилі, ми почули б низький, грохочащій гул," - говорить доктор Stefan Dieters, астроном з NASA. "Домінуюча складова частоти - близько 0,3 Hz - занадто низька для людського вуха, але повний спектр містить частоти до 20 або 30 Hz, які лежать в нижніх межах людського слуху."
"Звук" від такої подвійної системи з чорною дірою не був би чистим тоном, так як спектр коливань містить цілий діапазон частот. Вчені називають це квазі-періодичними коливаннями (Quasi Periodic Oscillations - QPO). Яка причина цих коливань в таких системах?
"Можливо, акреційний диск, який викликає рентгенівське випромінювання, вібрує," - говорить McCollough. "Або квазі-періодичні коливання можуть бути частотою биття між періодом обертання центрального об'єкта і орбітальним періодом внутрішнього краю диска. Поки ми цього не знаємо."
Існує декілька теоретичних моделей, що пояснюють це явище, але основна ідея полягає в тому, що деяка межа в аккреційним диску переміщається всередину, до чорної діри. Це може бути внутрішня межа диска, або, можливо, область переходу між двома частинами диска. Незалежно від того, що це, воно зароджується поза диска, де орбітальний період довший, і переміщується в область більш швидкого обертання, викликаючи коливання з більш високою частотою.
Список подвійних систем з QPO, що містять чорні діри, весь час зростає. Зараз відомо принаймні 10 таких систем. Але не всі джерела вібрують в низьких частотах. Частоти систем з QPO з чорними дірами можуть доходити до 250 Hz, а квазі-періодичні коливання подвійних систем з нейтронними зірками можуть мати компоненти частоти до 1.25 KHz.
"Коли ми досліджуємо ці швидкі коливання в системах чорних дір, ми дійсно відчуваємо, що відбувається у внутрішньому акреційного диска, близько фатальної межі," - говорить McCollough. "Це вражає уяву. Ми знаходимося поруч з областю, де, як відомо, простір і час вже не існують."
Зірка - Чорна діра
Якщо маса зірки у два рази перевищує сонячну, то до кінця свого життя зірка може вибухнути як наднова, але якщо маса речовини залишилося після вибуху, все ще перевершує дві сонячні, то зірка повинна стиснутися в крихітне щільне тіло, так як гравітаційні сили цілком придушують всяке внутрішній опір стисненню. Вчені вважають, що саме в цей момент катастрофічний гравітаційний колапс призводить до виникнення чорної діри. Вони вважають, що із закінченням термоядерних реакцій зірка вже не може перебувати в стійкому стані. Тоді для масивної зірки залишається один неминучий шлях - шлях загального і повного стиснення (колапсу), що перетворює її в невидиму чорну діру.
У 1939р. Р. Оппенгеймер і його аспірант Снайдер в Каліфорнійському університеті (Берклі) займалися з'ясуванням остаточної долі великої маси холодної речовини. Одним з найбільш вражаючих наслідків загальної теорії відносності Ейнштейна виявилося наступне: коли велика маса починає колапсувати, цей процес не може бути зупинений і маса стискається в чорну діру. Якщо, наприклад, невращающаяся симетрична зірка починає стискатися до критичного розміру, відомого як гравітаційний радіус, або радіус Шварцшильда (названий так на честь Карла Шварцшильда, якої першим вказав на його існування). Якщо зірка досягає цього радіусу, то вже не що не може перешкодити їй завершити колапс, тобто буквально замкнутися в собі. Чому ж дорівнює гравітаційний радіус? Суворе математичне рівняння показує, що для тіла з масою Сонця гравітаційний радіус дорівнює майже 3 км, тоді як для системи, що включає мільярд зірок, - галактики - цей радіус виявляється рівним відстані від Сонця до орбіти планети Уран, тобто становить близько 3 млрд. км .
Які ж фізичні властивості "чорних дір" і як вчені припускають виявити ці об'єкти? Багато вчених роздумували над цими питаннями; отримані деякі відповіді, які здатні допомогти у пошуках таких об'єктів.
Сама назва - чорні діри - говорить про те, що це клас об'єктів, які не можна побачити. Їх гравітаційне поле настільки сильно, що якби якимось шляхом вдалося опинитися поблизу чорної діри і направити в бік від її поверхні промінь самого потужного прожектора, то побачити цей прожектор було б не можна навіть з відстані, що не перевищує відстань від Землі до Сонця. Дійсно, навіть якщо б ми змогли сконцентрувати весь світ Сонця в цьому потужному прожекторе, ми не побачили б його, так як світло не зміг би подолати вплив на нього гравітаційного поля чорної діри і покинути її поверхню. Саме тому така поверхня називається абсолютним горизонтом подій. Вона являє собою кордон чорної діри.
Вчені відзначають, що ці незвичайні об'єкти нелегко зрозуміти, залишаючись у рамках законів тяжіння Ньютона. Поблизу поверхні чорної діри гравітація настільки сильна, що звичні ньютонівські закони перестають тут діяти. Їх слід замінити законами загальної теорії відносності Ейнштейна. Відповідно до одного з трьох наслідків теорії Ейнштейна, залишаючи масивне тіло, світло повинне відчувати червоне зміщення, так як він повинен відчувати червоне зміщення, так як він втрачає енергію на подолання гравітаційного поля зірки. Випромінювання, що приходить від щільної зірки, подібної білому карлику - супутнику Сиріуса А, - лише злегка зміщується в червону область спектру. Чим щільніше зірка, тим більше це зміщення, так що від надщільний зірки зовсім не буде приходити випромінювання у видимій області спектра. Але якщо гравітаційна дія зірки збільшується в результаті її стискування, то сили тяжіння виявляються настільки великі, що світло взагалі не може покинути зірку. Таким чином, для будь-якого спостерігача можливість побачити чорну діру повністю виключена! Але тоді, природно, виникає питання: якщо вона невидима, то як же ми можемо її виявити? Щоб відповісти на це запитання, вчені вдаються до майстерним вивертів. Руффини і Уїллер досконально вивчили цю проблему і запропонували кілька способів нехай не побачити, але хоча б виявити чорну діру. Почнемо з того, що, коли чорна діра народжується в процесі гравітаційного колапсу, вона повинна випромінювати гравітаційні хвилі, які могли б перетинати простір зі швидкістю світла і на короткий час спотворювати геометрію простору поблизу Землі. Це спотворення проявилося б у вигляді гравітаційних хвиль, що діють одночасно на однакові інструменти, встановлені на земній поверхні на значних відстанях один від одного. Гравітаційне випромінювання могло б приходити від зірок, що зазнають гравітаційний колапс. Якщо протягом звичайному житті зірка спілкувалась, то, стискаючись і стаючи все менше і менше, вона буде обертатися все швидше зберігаючи свій момент кількості руху. Нарешті вона може досягти такої стадії, коли швидкість руху на її екваторі наблизиться до швидкості світла, тобто до гранично можливої швидкості. У цьому випадку зірка виявилася б сильно деформованої і могла б викинути частину речовини. При такій деформації енергія могла б йти від зірки у вигляді гравітаційних хвиль з частотою близько тисячі коливань в секунду (1000 Гц).
Дж. Вебер встановив пастки гравітаційних хвиль у Аргоннської національної лабораторії поблизу Чикаго і в Мерілендського університету. Вони складалися з масивних алюмінієвих циліндрів, які повинні були коливатися, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Використовувані Вебером детектори гравітаційного випромінювання реагують на високі (1660 Гц), так і на дуже низькі (1 коливання в годину) частоти. Для детектування останньої частоти використовується чутливий гравіметр, а детектором є сама Земля. Власна частота коливань квадрупольних Землі дорівнює одному коливанню за 54 хв.
Всі ці пристрої повинні були спрацювати одночасно в момент, коли гравітаційні хвилі досягнуть Землі. Дійсно вони спрацьовували одночасно. Але на жаль, пастки включалися занадто часто - приблизно раз на місяць, що виглядало дуже дивно. Деякі вчені вважають, що хоча досліди Вебера і отримані ним результати цікаві, але вони недостатньо надійні. З цієї причини багато хто ставиться дуже скептично до ідеї детектування гравітаційних хвиль (експерименти з детектування гравітаційних хвиль, аналогічні дослідам Вебера, пізніше були перевірені в ряді інших лабораторій і не підтвердили результатів Вебера. В даний час вважається, що досліди Вебера помилкові).
Роджер Пенроуз, професор математики Біркбекского коледжу Лондонського університету, розглянув цікавий випадок колапсу і освіти чорної діри. Він також допускає, що чорна діра зникає, а потім виявляється в інший час у якийсь інший всесвіту. Крім того, він стверджує, що народження чорної діри під час гравітаційного колапсу є важливим вказівкою на те, що з геометрією простору-часу відбувається щось незвичайне. Дослідження Пенроуза показують, що колапс закінчується утворенням сингулярності, тобто він повинен тривати до нульових розмірів і нескінченної щільності об'єкта. Останні умова дає можливість іншого всесвіту наблизитися до нашої сингулярності, і не виключено, що сингулярність перейде в цю нову всесвіт. Вона навіть може з'явитися в будь-якому іншому місці нашої власної Всесвіту.
Деякі вчені розглядають освіту чорної діри як маленьку модель того, що, згідно прогнозам загальної теорії відносності, в кінцевому рахунку може трапитися із Всесвітом. Загальновизнано, що ми живемо в незмінно розширюється Всесвіту, і один з найбільш важливих і насущних питань науки стосується природи Всесвіту, її минулого і майбутнього. Без сумніву, всі сучасні результати спостережень вказують на розширення Всесвіту. однак на сьогодні один з найбільш каверзних питань такий: сповільнюється чи швидкість цього розширення, і якщо так, то не стиснеться чи Всесвіт через десятки мільярдів років, утворюючи сингулярність. Мабуть, коли-небудь ми зможемо з'ясувати, яким шляхом слід Всесвіт, але, можливо, набагато раніше, вивчаючи інформацію, яка просочується при народженні чорних дірок, і ті фізичні закони, які керують їх долею, ми зможемо передбачити остаточну долю Всесвіту.
Майже все своє життя зірка зберігає температуру і розмір практично постійними. Значення головної послідовності полягає в тому, що більшість звичайних зірок виявляються нормальними, тобто позбавленими будь-яких особливостей. Ми вправі очікувати, що ці зірки підпорядковуються певним залежностям, подібним, наприклад, згаданої головної послідовності. Більшість зірок опиняються на цій похилій лінії - головної послідовності, тому, що зірка може прийти на цю лінію всього лише за кілька сотень тисяч років, а покинувши її, прожити ще кілька сотень мільйонів років, більшість зірок свідомо залишається на головній послідовності протягом мільярдів років . Народження і смерть - мізерно малі мить в житті зірки. Наше Сонце, що є звичайною зіркою, знаходиться на цій послідовності вже протягом 5-6 млрд. років і, мабуть, проведе на ній ще стільки ж часу, тому що зірки з такою масою і таким хімічним складом, як у Сонця, живуть 10-12 млрд. років. Зірки багато меншої маси знаходяться на головній послідовності приблизно 50 млрд. років. Якщо ж маса зірки в 30 разів перевершує сонячну, то час її перебування на головній послідовності складе всього близько 1 млн. років.
Повернемося до розгляду процесів, що відбуваються при народженні зірки: вона продовжує стискатися, стиснення супроводжується зростанням температури. Температура повзе вгору, і ось величезний газова куля починає світитися, його вже можна спостерігати на тлі темного нічного неба як тьмяний червонястий диск. Значна частка енергії його випромінювання, як і раніше доводиться на інфрачервону область спектра. Але це ще не зірка. У міру того як речовина протозірки ущільнюється, воно все швидше падає до центру, розігріваючи ядро зірки до все більш високих температур. Нарешті температура сягає 10 млн. К, і тоді починають протікати термоядерні реакції - джерело енергії всіх зірок у Всесвіті. Як тільки термоядерні процеси включаються в дію, космічне тіло перетворюється на повноцінну зірку.
Стискаючись, пил і газ утворюють протозірку; її речовина являє собою типовий зразок речовини навколишнього нас частини космічного простору. Говорячи про зразок речовини Всесвіту, ми маємо на увазі, що цей шматочок межзвезной середовища на 89% складається з водню, на 10%-з гелію; такі елементи, як кисень, азот, вуглець, неон і т. п. складають в ньому менше 1% , а всі метали, разом узяті, - не більше 0,25%. Таким чином, зірка в основному складається з тих елементів, які найчастіше зустрічаються у Всесвіті. І оскільки найбагатші у Всесвіті представлений водень, то, звичайно, будь-які термоядерні реакції повинні протікати з його участю.
Де-не-де зустрічаються куточки космічного простору з підвищеним вмістом важких елементів, але це лише місцеві аномалії - залишки давніх зоряних вибухів, розпорошений та поділений в околиці важкі елементи. Ми не будемо зупинятися на таких аномальних областях з підвищеною концентрацією важких елементів, а зосередимо увагу на зірках, що складаються в основному з водню.
Коли температура в центрі протозірки досягає 10 млн. К, починаються складні (але детально вивчені) термоядерні реакції, в ході яких з ядер водню (протонів) утворюються ядра гелію; кожні чотири протона, об'єднуючись, створюють атом гелію. Спочатку, коли з'єднуються один з одним два протони, виникає атом важкого водню, або дейтерію. Потім останній стикається з третім протоном, і в результаті реакції народжується легкий ізотоп гелію, що містить два протони та один нейтрон.
У сум'ятті, яка панує в ядрі зірки, що швидко рухаються атоми легкого гелію іноді стикаються один з одним, в результаті чого з'являється атом звичайного гелію, що складається з двох протонів і двох нейтронів. Два зайвих протона повертаються назад в гарячу суміш, щоб коли-небудь знову вступити в реакцію, породжує гелій. У цьому процесі близько 0,7% маси перетворюється на енергію. Описана ланцюжок реакцій - один з важливих термоядерних циклів, що протікають в ядрах зірок при температурі близько 10 млн. К. Деякі астрономи вважають, що при більш низьких температурах можуть протікати інші реакції, в яких беруть участь літій, берилій і бор. Але вони тут же роблять застереження, що якщо такі реакції і мають місце, то їх відносний внесок в генерацію енергії незначний.
Коли температура в надрах зірки знову збільшується, в дію вступає ще одна важлива реакція, в якій в якості каталізатора бере участь вуглець. Розпочавшись з водню і вуглецю-12, така реакція призводить до утворення азоту-13, який спонтанно розпадається на вуглець-13 - ізотоп вуглецю, більш важкий, ніж той, з якого реакція начіналась.Углерод-13 захоплює ще один протон, перетворюючись в азот -14. Останній подібним же шляхом стає киснем-15. Цей елемент також нестійкий і в результаті спонтанного розпаду перетворюється на азот-15. І нарешті азот-15, приєднавши до себе четвертий протон, розпадається на вуглець-12 і гелій.
Таким чином, побічним продуктом цих термоядерних реакцій є вуглець-12, який може знову покласти початок реакцій даного типу. Об'єднання чотирьох протонів призводить до утворення одного атома гелію, а різниця в масі чотирьох протонів і одного атома гелію, що становить близько 0,7% від початкової маси, проявляється у вигляді енергії випромінювання зірки. На Сонці кожну секунду 564 млн. т водню перетворюється в 560 млн. т гелію, а різниця - 4 млн. т речовини - перетворюється на енергію і випромінюється в простір. Важливо, що механізм генерації енергії в зірці залежить від температури.
Саме температура ядра зірки визначає швидкість процесів. Астрономи вважають, що при температурі близько 13 млн. До вуглецевий цикл щодо неістотний. Отже, за такої температури переважає протон-протонний цикл. При збільшенні температури до 16 млн. К, ймовірно, обидва циклу дають рівний внесок в процес генерації енергії. Коли ж температура ядра піднімається вище 20 млн. К, переважаючим стає вуглецевий цикл.
Як тільки енергія зірки починає забезпечуватися за рахунок ядерних реакцій, гравітаційне стиснення, з якого почався весь процес, припиняється. Тепер самопідтримується реакція може тривати протягом часу, тривалість якого залежить від початкової маси зірки і становить приблизно від 1 млн. років до 100 млрд. років і більше. Саме в цей період зірка досягає головної послідовності і починає своє довге життя, що протікає майже без змін. Цілу вічність проводить зірка в цій стадії. Нічого особливого з нею не відбувається, вона не привертає до себе пильної уваги. Тепер це всього-на-всього повноцінний член зоряної колонії, загублений серед безлічі побратимів.
Проте процеси, що протікають в ядрі зірки, несуть у собі зародки її прийдешнього руйнування. Коли дерево чи вугілля згоряють у каміні, виділяється тепло, а в якості продуктів відходу утворюються дим і попіл. У "каміні" зоряного ядра водень - це вугілля, а гелій - зола. Якщо з каміна час від часу не видаляти золу, то вона може забити його і вогонь погасне.
Якщо в ядрі зірки речовина не перемішується, у термоядерних реакціях починають приймати участь шари, що безпосередньо примикають до гелієвої ядру, що забезпечує зірку енергією. Проте з часом запаси водню в цих шарах вичерпуються і ядро розростається все більше і більше. Нарешті досягається стан, коли в ядрі зовсім не залишається водню. Звичайні реакції перетворення водню в гелій припиняються; зірка залишає головну послідовність і вступає в порівняно короткий (але цікавий) відрізок свого життєвого шляху, зазначений надзвичайно бурхливими реакціями.
Коли водню стає замало і він більше не може брати участь у реакціях, джерело енергії вичерпується. Але, як ми вже знаємо, зірка представляє собою тонко збалансований механізм, в якому тиск, що роздувають зірку зсередини, повністю урівноважене гравітаційним притяганням. Отже, коли генерація енергії слабшає, тиск випромінювання різко падає і сили тяжіння починають стискати зорю. Знову відбувається падіння речовини до її центру, багато в чому нагадує те, з якого почалося народження протозірки. Енергія, що виникає при гравітаційному стисненні, набагато більше енергії, що виділяється тепер у ядерних реакціях, а раз так, то зірка починає швидко стискуватися. У результаті верхні шари зірки нагріваються, вона знову розширюється і росте в розмірах до тих пір, поки зовнішні шари не стануть достатньо розрідженими, краще пропускають випромінювання зірки. Вважають, що зірка типу Сонця може збільшитися настільки, що заповнить орбіту Меркурія. Після того як зірка починає розширюватися, вона залишає головну послідовність і, як ми вже бачили, дні її тепер полічені. З цього моменту життя зірки починає хилитися до заходу.
Коли зірка стискається, за рахунок роботи сил тяжіння виділяється величезна енергія, яка роздуває зірку. Здавалося б, це повинно привести до падіння температури в ядрі. Але це не так. Проти очікування температура в ядрі зірки різко зростає. У відносно тонкому шарі навколо ядра все ще відбувається звичайне ядерне вигоряння водню, що призводить до збільшення вмісту гелію в ядрі. Коли в ядрі концентрується близько половини маси зірки, остання розширюється до свого максимального розміру і її колір з білого стає жовтим, а потім червоним, так як температура поверхні зірки зменшується. Тепер зірка вступає в нову фазу. Температура ядра росте до тих пір, поки не перевищить 200 млн. К. При такій температурі, починає вигоряти гелій, в результаті чого утворюється вуглець. Три ядра гелію, зливаючись, перетворюються в ядро вуглецю, який виявляється більш легким, ніж три вихідних ядра гелію, тому така реакція також йде з виділенням енергії. Знову тиск радіації, яке відігравало настільки важливу роль, коли зірка знаходилася на головній послідовності, починає протидіяти тяжінню, і ядро зірки знову утримується від подальшого стиснення. Зірка повертається до звичайних розмірами; в міру того, як це відбувається, температура її поверхні росте і вона з червоної стає білою.
У цей момент за деякими загадкових причин зірка виявляється нестійкою. Астрономи вважають, що змінні зірки, тобто зірки, періодично міняють свою світність, виникають на цій стадії зоряної еволюції, так як процес стиснення відбувається не гладко і на деяких його етапах виникають ритмічні коливання зірки. На цій стадії зірка може пройти через фазу нової, протягом якої вона раптово викидає в міжзоряний простір значну кількість речовини; він, зважаючи вид розширюється оболонки, може містити значну частину маси зірки. Спалахи деяких нових багаторазово повторюються, і це означає, що однією спалаху недостатньо, щоб зірка досягла стійкості. Але з часом вона набуває стійкість, коливання зникають, зірка починає свій довгий шлях до зоряного кладовища. Навіть на цій стадії зірка ще здатна до активності. Вона може стати наднової. Причина, по якій зірка виявляється здатною на таку активність, обумовлена кількістю речовини, які залишилися в неї до цієї стадії.
Коли ми обговорювали процеси, що протікають в надрах зірки, ми говорили, що основним продуктом ядерних реакцій є гелій. У міру того як переробляється все більше і більше водню, зростає гелиевое ядро зірки. Водень зникає, отже, енерговиділення за рахунок цього джерела також припиняється. Але при температурі близько 200 млн. До відкривається ще один шлях, завдяки якому гелій породжує більш важкі елементи, і в цьому процесі виділяється енергія. Два атома гелію з'єднуються, утворюючи атом берилію, який зазвичай знову розпадається на атоми гелію. Однак температури і швидкості реакцій настільки високі, що, перш ніж відбувається розпад берилію, до нього приєднується третій атом гелію і утворюється атом вуглецю.
Але процес не зупиняється, тому що тепер атоми гелію, бомбардуючи вуглець, породжують кисень, бомбардуючи кисень, дають неон, а бомбардуючи неон, виробляють магній. На цій стадії температура ядра ще занадто низька для утворення більш важких елементів. Ядро знову стискається, і так продовжується до тих пір, поки температура не досягне величини близько мільярда градусів і не почнеться синтез більш важких елементів. Якщо в результаті подальшого стиснення ядра температура піднімається до 3 млрд. До, важкі ядра взаємодіють один з одним до тих пір, поки не утвориться залізо. Процес зупиняється. Якщо атоми гелію будуть бомбардувати ядра заліза, то замість утворення більш важких елементів відбудеться розпад ядер заліза.
На цій стадії життя зірки її ядро складається з заліза, оточеного шарами ядер більш легких елементів аж до гелію, а зовнішній тонкий шар утворений воднем, який ще забезпечує певна кількість енергії. Нарешті настає час, коли водень виявляється повністю витраченим і це джерело енергії вичерпується. Перестають також діяти й інші механізми генерації енергії; зірка позбавляється будь-яких засобів для відтворення своїх енергетичних запасів. Це означає, що вона повинна померти. Тепер, вичерпавши запаси ядерної енергії, зірка може тільки стискатися і використовувати гравітаційну енергію, щоб підтримати своє світіння. Зірка буде скорочуватися і яскраво світитися. Коли ж і ця енергія вичерпається, зірка починає змінювати свій колір від білого до жовтого, потім до червоного; нарешті вона перестає випромінювати і починає безперервне подорож в неозорому космічному просторі у вигляді маленького темного неживого об'єкта. Але на шляху до згасання звичайна зірка проходить стадію білого карлика.
Геометрія чорних і білих дір
Коротко зміст цієї статті можна охарактеризувати як Єдину теорію поля. Передбачаючи скептичні посмішки знавців, відразу ж скажу, що ніяких "геніальних" нововведень в цій книзі я не вводив. Єдине нововведення, яке я ввожу в цій книзі, - це віртуальна геометрія. Її можна також назвати "трансцендентної геометрією", "неметричних геометрією", "геометрією граничного переходу" - з назвою я поки що не визначився. Багато положень цієї геометрії існують в сучасній топології, так що "нової" її можна називати лише умовно. З позицій цієї геометрії я і спробував проаналізувати досягнення сучасної фізики.
Правда з такого тлумачення фрідмонов випливає, що говорити про наявність у них якогось внутрішнього об'єму не має сенсу, оскільки вся їхня матерія, в процесі свого гравітаціоннго колапсу, перетворюється у гравітаційні хвилі. Насправді це не зовсім так. По-перше, далеко не вся матерія колапсуючої зірки перетворюється на гравітаційні хвилі; частину цієї матерії, і перш за все, елементарні частинки, можуть зберігати свою масу спокою. У процесі гравітаційного колапсу ця частина речовини зірки захоплюється гравітаційними хвилями в область віртуальної геометрії і вже з неї викидається в іншу всесвіт (або в іншу точку нашої Всесвіту). Таку можливість цілком можна розглядати як викидання речовини зірки всередину фрідмонов цих всесвітів.
(У зв'язку з цим можна згадати про гіпотезу квантового випаровування чорних дір, запропоновану Хокінгом в 1974 році. Відповідно до цієї гіпотези, чорна діра випромінює як абсолютно чорне тіло. Випромінювання чорної діри пов'язано з квантовими флуктуаціями віртульних частинок вакууму. Ці частки на мить розходяться один від одного і тут же знову зливаються в пари. У полі тяжіння чорної діри ці флуктуації можуть резонувати, збільшуючи амплітуду розбіжності частинок. При цьому одна з частинок може опинитися всередині сфери Шварцшильда і буде нестримно падати до її центру, а інша - поза сферою Шварцшильда і відлетить в космос, несучи з собою частину енергії чорної діри. У результаті чорна діра буде випаровуватися, зменшуватися в своїх розмірах.
Відкриття квантового випаровування чорних дір викликало сенсацію, правда, в основному серед теоретиків. На практиці чорні діри продовжували залишатися такими ж неспостережний, як і раніше. Пояснюється це тим, що чорні діри є нестійкими об'єктами і при своєму утворенні просто зникають з нашого Всесвіту. Інша справа, що в області віртуальної геометрії вакуумні частинки можуть резонувати також, як і на звичайній сфері Шварцшильда. Але цей резонанс ніяк не пов'язаний з гравітаційним колапсом зірок. З набагато більшою підставою його можна віднести до звичайних квантовим скачок реальних елементарних частинок з однієї точки простору в іншу. А ось викидання залишків речовини колапсуючої зірки в інші всесвіти дійсно можна розглядати як квантове випаровування чорної діри. Але таке випаровування не має ніякого відношення до резонансу вакуумних частинок).
По-друге, твердження Маркова про наявність у фрідмонов конкретного внутрішнього обсягу не можна вважати помилковим ще й тому, що в якості фрідмонов можна расматривать всі всесвіти багатовимірного часу. Власне кажучи, ми вже згадували про це вище, але тоді ми згадували про це у зв'язку з абсолютним дефектом маси укладеної всередині фрідмонов матерії. Така точка зору автоматично виключає стійкість фрідмонов. Але структура фрідмонов може бути і стійкою, якщо в якості такої розглядати структуру всесвітів багатовимірного часу. (Не те речовина, яка викидається в них при гравітаційному колапсі зірок нашого Всесвіту, а речовина самих цих всесвітів). Точніше, про цю структуру не можна говорити, що вона стійка чи нестійка, оскільки один від одного всесвіти багатовимірного часу відокремлені областю віртуальної геометрії. Поняття стійкості і нестійкості грунтуються на наших звичайних тимчасових уявленнях, які не застосовуються в області віртуальної геометрії.
Перше, що випливає з такого тлумачення фрідмонов Маркова, - це те, що в області віртуальної геометрії всесвіти багатовимірного часу не відрізняються від елементарних частинок. Хоча б тому, що в цій області відносні їх просторові і тимчасові розміри. А головне тому, що в ній відносні властивості всесвітів і елементарних частинок. Справа в тому, що відокремленість всесвітів багатовимірного часу в цій області може бути не тільки повною, але і частковою, що дозволяє спостерігати їх у внутрішньому просторі якоїсь однієї всесвіту. Просто в тому "місці", де ці всесвіти пов'язані один з одним, віртуальна геометрія цих "місць" частково втрачає невизначені метричні властивості, а отже, і допускає в якійсь мірі звичайне спостереження. Саме такі "місця" з частково порушеною віртуальної геометрією і можна ототожнити з горловинами Маркова, що зв'язують різні фрідмонов. При цьому властивості даних "місць" можуть бути підібрані так, що у внутрішньому просторі кожної всесвіту інші всесвіти багатовимірного часу будуть виглядати як звичайні елементарні частинки.
Що стосується проникнення через елементарні частинки з нашого Всесвіту в інші всесвіти багатовимірного часу, то воно нічим принципово не відрізняється від викидання в ці всесвіти речовини зірки, колапсуючої в нашому Всесвіті. З цієї причини Марков даремно думав, що досягти горловини між нашою та іншого всесвіту спостерігач може тільки за нескінченно великий відрізок часу. У будь-якій системі відліку - як в його власній, так і в системі відліку зовнішнього спостерігача - цей перехід займає такий же короткий відрізок часу, як і заключна стадія гравітаційного колапсу зірок. Інше питання, що саме Марков мав на увазі під просуванням цього спостерігача від центру нашої Всесвіту, що дозволяє йому проникнути в горловину між нашою та іншого всесвіту?
У четвертому розділі ми говорили, що ніякої звичайної кордону між зовнішнім і внутрішнім просторами елементарних частинок, подібної зовнішньої формі макроскопічних тіл, не існує. Різниця між фундаментальними константами і законами збереження нашого Всесвіту - це і є така межа. У тому сенсі, в якому це відмінність існує, ми знаходимося в зовнішньому просторі елементарних частинок або, попросту, всередині нашого Всесвіту. І навпаки, в тому сенсі, в якому ця відмінність зникає, ми переходимо на кордон між зовнішнім і внутрішнім просторами елементарних частинок або, просто, в область віртуальної геометрії. Саме ця відносність фундаментальних констант і законів збереження і є головною умовою проникнення через елементарні частинки з нашого Всесвіту в інші всесвіти багатовимірного часу.
Відносність фундаментальних констант і законів збереження нашого Всесвіту - це таке ж властивість віртуальної геометрії, як і відносність точки і нескінченності, миті і вічності, просторових і часових величин. Відносність фундаментальних констант і законів збереження - це комплексна відносність усіх фізичних і геометричних понять, включаючи ті, які ми згадували вище. Тому для того, щоб проникнути через елементарні частинки з нашого Всесвіту в інші всесвіти, потрібно штучним (!) Чином створити у своїй системі відліку відносність фундаментальних констант і законів збереження нашого Всесвіту. У гравітаційному колапсі надмасивних зірок така відносність виникає природним чином. (Звідси ж, до речі, випливає, що при будь-якому випромінюванні гравітаційних хвиль змінюються фундаментальні константи і закони збереження нашого Всесвіту).
Мала чорна діра
Чорні діри - це області простору, настільки щільні, що навіть світло не може подолати їх гравітаційного тяжіння. Так як чорна діра проглощает газ, пил і навіть зірки, поглащает речовина стає настільки гарячою, що починає випромінювати з дуже високою енергією у міру того, як занурюється в чорну діру. Ця енергія включає і рентгенівське випромінювання, яке здатні виявляти телескопи на навколоземній орбіті.
Астрономи виявили відносно малу чорну діру в центрі галактики NGC 4395 в сузір'ї Гончих Псів, яка випромінює в рентгені так само інтенсивно, як чорні діри звичайних розмірів.
NGC 4395 - перша галактика, у центрі якої знайдено маленька, але дуже ефективна надмасивна чорна діра.
У статті, яка була опублікована в Monthly Notices Королівського Астрономічного Товариства, астрономи з інституту астрономії Кембриджського університету пишуть про те, що вони виявили "крихітну" супермасивних чорну діру, яка, всупереч математичним очікуванням, є настільки ж потужною, як великі чорні дірки в центрах інших галактик.
Чорна діра, розташована в галактиці NGC 4395, масивніше нашого Сонця в 50000 разів. Звичайні відомі нам надмасивні чорні діри, як правило, в мільйони і мільярди разів масивніше Сонця. Згідно астрономам, ця чорна діра "працює" так само, як звичайна надмасивна чорна діра, незважаючи на її малі розміри.
Наявність таких невеликих за розмірами чорних дір може пояснити властивості сейфертовських галактик - одного з типів активних галактик, в центрі яких, як вважається, містяться чорні діри. Такі галактики менш яскраві, ніж квазари й інші активні галактики, але випускають велику кількість рентгенівського випромінювання.
Астрономи поки не знають, скільки існує подібних чорних дір. NGC 4395 - єдина відома галактика з такою чорною дірою
Чорна діра в центрі Чумацького Шляху
Вперше астрономи можуть бачити, як зірки обертаються навколо надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху. У статті, опублікованій 21 вересня 2000 року в журналі Nature, група астрономів повідомляє про те, що вони виявили, що спостерігаються протягом п'яти років три зірки поблизу центру нашої галактики прискорюють своє обертання навколо чорної діри на більш ніж 250 миль на годину за рік.
"Ми бачимо, що орбіти зірок починають згинатися," - говорить керівник групи астрономів, що проводили спостереження, Andrea Ghez, професор фізики і астрономії з UCLA. "Орбіта однієї з цих зірок приведе її на чорну діру в найближчі 15 років. Ми говоримо про 15 років, хоча світла потрібно цілих 24 тисячі світлових років, щоб добратися до нас!".
Інші дві найближчі до чорної діри зірки знаходяться від неї на відстані всього 10 світлових днів, але Ghez пророкує, що вони будуть облітати по орбіті величезну чорну діру і не впадуть на неї. У 1995 році ці три зірки переміщалися зі швидкістю два мільйони миль на годину, а до 1999 року їх швидкості збільшилися більш ніж на мільйон миль на годину.
У 1998 році Ghez повідомила, що в центрі нашої галактики, на відстані 24 тисячі світлових років, знаходиться чорна діра з масою, в 2.6 млн разів перевищує масу Сонця. Це відкриття поклало край суперечкам серед астрономів, що тривав більше чверті століття. Зараз Ghez може точно вказати місцезнаходження цієї чорної діри. Чорні діри - це сколлапсировала зірки, настільки щільні, що ніщо не може подолати їх гравітаційного тяжіння, навіть світло.
У своїх спостереженнях група астрономів під керівництвом Ghez використовує 10-метровий телескоп Keck I Telescope на Гаваях - найбільший у світі оптичний та інфрачервоний телескоп. Вони досліджують рух 200 зірок, розташованих близько до галактичного центру. Поки виявлено прискорений рух тільки трьох з них
Чорна діра нового типу
Космічний рентгенівський телескоп Chandra виявив чорну діру нового типу
Кілька груп учених повідомили 13 вересня 2000 про те, що вони отримали докази існування чорної діри нового типу, не спостерігалося раніше. Така чорна дірка була виявлена в галактиці M82. Це середня по масі чорна діра, яка розташовується на відстані 600 світлових років від центру галактики M82. Вчені вважають, що ця чорна діра може представляти собою була відсутня досі ланка між невеликими і надмасивними чорними дірами, які розташовуються в центрах галактик.
"Отримані результати відкривають цілу нову область досліджень," - сказав Martin Ward з університету Leicester, Велика Британія, учасник спостережень. "Ніхто не був впевнений, що такі чорні діри існують, особливо поза центрів галактик." Чорна дірка в галактиці M82 з масою, в 500 разів перевищує масу Сонця, за розмірами можна порівняти з Місяцем. Така чорна діра вимагає критичних умов для створення, наприклад, колапсу "гіперзірках" або злиття кількох чорних дір.
"Ця чорна діра може з часом переміститися до центру галактики, де вона може перетворитися на супермасивних чорну діру," - каже Dr. Hironori Matsumoto з Массачусетського технологічного інституту (MIT) в Кембріджі.
У минулому в нашій галактиці під час періодів інтенсивного зореутворення могли утворитися середньо - масивні чорні діри, так що на додаток до приблизно двом десяткам відомих чорних дір і надмасивної чорної діри, розташованої в центрі галактики, можуть існувати сотні таких "середніх" чорних дір
Чорні діри - розуміння формувань галактик
Астрономи прийшли до висновку, що чорні діри не народжуються величезними, а поступово зростають за рахунок газу і зірок галактик.
Ретельно проведені за допомогою спектрографа космічного телескопа NASA Hubble дослідження більш ніж 30 галактик з центральними чорними дірами дозволили простежити докладну еволюцію галактик та їх взаємовідносин з розташованими в їх центрах гігантськими чорними дірами.
Аналіз цих даних показує, що гігантські чорні діри не передували народженню галактик, а еволюціонували разом з ними, поглинаючи певний відсоток маси зірок і газу центральній області галактики. Це означає, що в менших галактиках чорні діри менш масивні, їх маси складають не багатьом більше декількох мільйонів сонячних мас. Чорні дірки в центрах гігантських галактик, які включають у себе мільярди сонячних мас, поглащать настільки багато газу, що почали сяяти як квазари, найяскравіші об'єкти у Всесвіті.
Суть полягає в тому, що остаточна маса чорної діри не є її початкової масою, вона визначається в процесі формування галактики. "Події, які створюють галактику, і події, які змушують її центральну чорну діру сяяти як квазар, одні й ті ж," - говорить John Kormendy з університету Техасу в Остіні. "Ці результати допомагають зв'язати кілька напрямків дослідження формування галактик в одну найбільш правдоподібну і послідовну картину".
Виявлення телескопом Hubble ще 10 надмасивних чорних дір у центрах галактик збільшує число чорних дір, доступних для досліджень, до 30.
Отримані результати виявляють тісний взаємозв'язок між масою чорної діри і зірками, складовими еліптичну галактику, або центральним зоряним балджем спіральної галактики.
Ці дослідження також пояснюють, чому в центрах галактик з малими зоряними балджем, таких, як наша галактика Чумацький Шлях, знаходяться "крихітні" чорні діри масою всього в декілька мільйонів мас Сонця, в той час як у центрах гігантських еліптичних галактик розташовуються надмасивні чорні діри з масами, складовими мільярди сонячних мас. У центрі галактики, не має центрального зоряного балджа (типу найближчій до нас галактики М33), або немає чорної діри, або є дуже невелика чорна діра, виявлення якої - нижче межі можливостей телескопа Hubble.
У більшості випадків чорні діри збільшуються не тільки за рахунок поглинання газу окремої галактики, а й шляхом злиття галактик, в результаті чого їх чорні діри об'єднуються.
Результати проведеного дослідження не дозволили відповісти на питання, як зароджується чорна діра. Ясно тільки, що вона повинна бути в галактиці на ранньому етапі процесу формування цієї галактики. Також не відомо, як процес формування галактики створює чорну діру з такою точно корельованих масою.
Hubble володіє унікальною здатністю точно вимірювати швидкість газу і зірок поблизу чорної діри. Результати досліджень, що грунтуються на двох типах спостережень за допомогою Hubble, доповідалися на зустрічі Американського Астрономічного Товариства. Кілька дослідних груп виміряли маси чорних дір, інші групи займалися дослідженням руху зірок поблизу центру галактик
Надмасивні чорні діри
Група астрономів з інституту астрономії Гаваїв, університету Вісконсіна, центру космічних польотів ім. Годдарда і центру космічних польотів ім. Маршалла в своїй доповіді на 20-му симпозіумі з релятивістської астрофізики від 12 грудня представила результати досліджень надмасивних чорних дірок.
Надмасивні чорні діри випромінюють у Всесвіт набагато більше енергії, ніж усі зірки разом узяті. Багато хто з них сформувалися не так давно. Вони складають лише невелику частину віддалених екзотичних об'єктів, що утворюють те, що астрономи називають рентгенівським фоном, і виробляють рівномірно розповсюджується через весь Всесвіт рентгенівське випромінювання.
Дослідники вважають, що принаймні 15 відсотків усіх надмасивних чорних дір сформувалося, коли вік Всесвіту становив половину її сьогоднішнього віку. І в даний час чорні діри продовжують рости. Це суперечить існувала до цих пір теорії, заснованої на зв'язку між розмірами чорних дір і їх містять галактик і яка передбачає, що чорні діри сформувалися тоді, коли формувалися галактики.
Маси надмасивних чорних дір, що утворюються в результаті колапсу газових хмар, від мільйонів до мільярдів разів перевищують маси зірок, а їх розміри можна порівняти з розмірами нашої Сонячної системи. Астрономи вважають, що більшість галактик, включаючи й нашу власну, містять в центрі надмасивні чорні діри.
Чорні діри вважаються "активними", коли на них відбувається акреція великих кількостей речовини. Це речовина, нагріте до мільйонів градусів під впливом сильних гравітаційних сил, випромінює особливо яскраво в рентгенівському діапазоні.
Ще в січні 2000 року було оголошено про те, що за допомогою рентгенівської обсерваторії Chandra в так званому рентгенівському тлі вдалося вирішити окремі точкові джерела - віддалені галактики з активними чорними дірами. Були проведені оптичні, субміліметрових і радіо - спостереження цих джерел. Субміліметрових і радіо - вимірювання дають інформацію про кількість енергії, що випускається при формуванні надмасивних чорних дірок.
Обчислені за даними спостережень інтервали часу, протягом яких формується і росте чорна діра, виявилися набагато більшими, ніж можна було б очікувати в тому випадку, якщо б ці чорні діри утворювалися в результаті злиття великих галактик, як часто передбачалося до цих пір.
Наземні спостереження проводилися на 10-метровому телескопі Keck (оптичні) та телескопі Максвелла (субміліметрових). Обидва телескопа розташовані на Гавайях. Радіо - спостереження проводилися за допомогою Very Large Array Національної радіо обсерваторії (National Radio Observatories)
Визначення розмірів чорної діри
На 20-му симпозіумі Техасу в янкаре 2001 року по релятивістської астрофізики астрономи з університету Остіна Karl Gebhardt і John Kormendy продемонстрували, що два методи, які використовуються для вимірювань мас прилеглих чорних дір, можуть використовуватися також і для обчислення розмірів найбільш віддалених квазарів. Використання цих методів може дати астрономам можливість одержання більшої інформації про зростання чорних дір і формуванні галактик.
В даний час астрономам відомі 38 чорних дір. 13 з них виявив Gebhardt і шість - Kormendy. Маса надмасивної чорної діри перевищує масу Сонця від одного мільйона до одного мільярда разів. Такі чорні діри розташовуються в центрах галактик. Оскільки вони невидимі, їх пошук і вивчення засновані на спостереженнях переміщень зірок, що обертаються навколо них. Вважається, що квазари, надзвичайно віддалені астрономічні об'єкти, містять в центрі надмасивні чорні діри, які активно поглинають навколишні їх зірки і газ.
Проведені до цього часу прямі вимірювання надмасивних чорних дір в 38 галактиках були засновані на спостереженнях за обертанням і швидкостями зірок і газу близько центрів цих галактик. Такі вимірювання вимагають високого просторового дозволу, такого, яке здатний забезпечити поки тільки космічний телескоп Hubble.
Але цей тип вимірювань дає хороші результати тільки для прилеглих галактик. Квазари надто далекі, щоб застосовувати до них ці прямі методи. Тому астрономи змушені покладатися на фізичні моделі областей, що лежать поблизу чорних дір, щоб виміряти їх маси. Недоліком цього методу є те, що існує багато невизначеностей у фізиці квазарів. Зараз розроблені два методи для вимірювання мас чорних дірок, що розташовуються в квазарах. Обидва вони включають невизначеність.
Перший з методів заснований на мінливості квазарів і на тому факті, що навколо кожної надмасивної чорної діри звертаються величезні газові хмари. У міру того як змінюється енергія, випромінювана чорною дірою, змінюється і яскравість випромінювання обертаються навколо неї газових хмар. Оскільки світло переміщається з кінцевою швидкістю, зміни яскравості газових хмар видно пізніше, ніж зміни яскравості центрального джерела випромінювання. Різниця в часі дозволяє обчислити, як далеко від чорної діри розташовуються хмари газу. Швидкість, з якою хмари обертаються навколо чорної діри, також може бути виміряна. Узяті разом ці виміри дозволяють отримати масу чорної діри. Однак не існує способу перевірити ці дані, і деякі з властивостей газових хмар, прийняті в даній моделі, викликають сумніви.
Друга модель викликає ще більші сумніви. До цих пір більшість фахівців не довіряє даними, отриманим на основі таких методів обчислення мас чорних дірок. Тим не менш астрономи з університету Остіна показали, що дані, одержувані цими методами, відповідають виявленої нещодавно залежності між масами чорних дір і масами галактик
Чорні діри обертаються навколо своєї осі
Астрономи отримали спостережні підтвердження того, що деякі чорні діри обертаються навколо своєї осі, подібно до водоверті.
Tod Strohmayer (NASA's Goddard Space Flight Center) досліджував одну з подвійних систем з чорною дірою за допомогою орбітального телескопа Rossi X-ray Timing Explorer і знайшов незвичайні деталі в рентгенівському випромінюванні цієї системи, які раніше були видні тільки в обертових нейтронних зірок. Отже, чорні діри, як і нейтронні зірки, можуть обертатися навколо своєї осі. Strohmayer представив результати своїх досліджень на Весняної Конференції Американського Фізичного Товариства у Вашингтоні.
"Ми бачимо, що майже всі космічні об'єкти обертаються навколо своїх осей, це і планети, і зірки, і галактики," - говорить Strohmayer. "З чорними дірами - складніше, дуже важко безпосередньо побачити, що вони обертаються, тому що в них немає твердої поверхні, по якій можна було б відзначити обертання. Ми можемо, однак, бачити світ, випромінений речовиною, падаючим на чорну діру. Речовина дуже швидко вращаетя навколо чорної діри, перш ніж зникнути в ній назавжди. "
Рентгенівський телескоп Rossi X-ray Timing Explorer, запущений на орбіту в грудні! 995 року, допоміг виявити новий тип мерехтінь в рентгенівському випромінюванні від нейтронних зірок. Причиною цих мерехтінь, названих квазіпериодичним осциляціями (КПО), є дуже гарячий газ, що обертається навколо нейтронної зірки за дуже близькою, останньою стійкої орбіті.
Об'єктом досліджень Strohmayer було джерело GRO J1655-40, мікроквазар, розташований на відстані 10000 світлових років від Землі. Мікроквазар - це специфічний вид чорної діри із струменями сильно релятивістських частинок, що вилітають перпендикулярно площині, в якій обертається довкола чорну діру газовий діск.Strohmayer виявив дві КПО - на частотах 300 і 450 герц.
Маса чорної діри була визначена раніше по оптичних спостереженнями GRO J1655-40 і становить сім мас Сонця. "Обертається чорна діра змінює простір поблизу себе" - каже Strohmayer. "Обертання дозволяє речовині рухатися за більш близькою орбіті і з більшою швидкістю в порівнянні з відсутністю обертання. Для чорної діри в GRO J1655-40 ми можемо зараз стверджувати, що єдиний спосіб утворити осциляції з частотою 450 герц - це обертання"
Внутрішній край акреційного диска навколо чорної діри
За допомогою чотирьох космічних обсерваторій NASA астрономи показали, що внутрішній край акреційного диска навколо чорної діри розташований набагато далі від неї в порівнянні з теоретичними передбаченнями. Це дасть можливість краще зрозуміти як вивільняється енергія, коли газ акреційного диска, закручуючись по спіралі, падає на чорну діру.
18 квітня 2000 Hubble Space Telescope і Extreme Ultraviolet Explorer спостерігали ультрафіолетове випромінювання від об'єкта під назвою XTE J1118 +480, який представляє собою чорну діру масою в 7 мас Сонця, що входить в тісну подвійну систему разом з сонцеподібної зіркою. Одночасно, орбітальний рентгенівський телескоп Rossi X-ray Timing Explorer спостерігав жорстке рентгенівське випромінювання від речовини, що падає на чорну діру, а рентгенівська обсерваторія Chandra проводила спостереження в діапазоні між ультрафіолетом і жорстким рентгеном для того, щоб зв'язати всі дані разом.
"Об'єднавши спостереження XTE J1118 +480 в різних діапазонах, ми отримали перше чіткий доказ того, що акреційний диск може закінчуватися дуже далеко від чорної діри," - говорить Jeffrey McClintock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), керівник спостережень на Chandra. "Дані показують, що цей акреційний диск простягається до горизонту подій чорної діри не ближче, ніж на 600 миль, що набагато більше очікуваних 25 миль". Вчені вважають, що акреційний диск зникає поблизу чорної діри внаслідок перетворення речовини диска в гарячий міхур газу.
Речовина, що витягається чорною дірою із зірки-компаньйона, може утворити плоску, бліноподобную структуру, яка називається "аккреційним диском". Речовина рухається по спіралі до внутрішнього краю акреційного диска, сильно прискорюється і нагрівається під впливом дуже потужною гравітації чорної діри, і внаслідок цього випромінює в рентгенівському діапазоні. Досліджуючи це випромінювання, вчені можуть визначити, наскільки близько до чорної діри простирається акреційний диск.
Багато астрономів згодні з тим, що коли темп перенесення речовини на чорну діру дуже високий, то вутренній край диска може знаходитися на відстані близько 25 миль від горизонту подій - поверхні, зсередини якої речовина і світло "не возвращаетя", а падає на чорну діру. Однак, у астрономів не було єдиної думки про те, наскільки близький диск до чорної діри при малому темпі акреції.
"Прорив стався, коли орбітальна обсерваторія Chandra не виявила рентгенівське випромінювання, що очікувалося при відстані в 25 миль між диском і чорною дірою," - говорить астрофізик Ann Esin (Caltech). "Це дає фундаментальну проблему для моделей, у яких акреційний диск дуже близький до чорної діри."