Вселенная + Черная дыра

Ученые предложили новый способ обнаружения первичных черных дыр — древних черных дыр, которые могли стать частью темной материи, составляющей большую часть Вселенной. Этот метод основан на излучении Хокинга — особом излучении, которое черные дыры испускают в зависимости от своей массы: чем меньше черная дыра, тем сильнее излучение.

Ранее ученые искали следы таких черных дыр в космическом фоновом излучении, но теперь предлагают ловить их, когда они проходят через нашу Солнечную систему. При этом внимание уделяется позитронам — частицам, которые легче всего обнаружить с помощью Альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции.

Модели показывают, что примерно раз в год такая черная дыра может проходить рядом с Землей, создавая заметные всплески позитронного излучения. Это позволит проводить прямые измерения и лучше понять, могут ли эти черные дыры составлять темную материю.

Кроме позитронов, ученые планируют искать и гамма-лучи, связанные с излучением Хокинга, что поможет охватить широкий диапазон масс — от небольших астероидов до крупных тел вроде Цереры.

Этот подход меняет стратегию поиска темной материи с пассивного наблюдения на активный поиск отдельных объектов рядом с нами. Если он сработает, мы сможем не только подтвердить существование первичных черных дыр, но и узнать больше об их количестве и массе — ключ к разгадке тайны темной материи во Вселенной.

Слияния нейтронных звезд — это не просто захватывающее космическое зрелище, но и настоящая мастерская для астрофизиков! Это события, где два очень плотных остатка звезд объединяются в мощный космический спектакль, и, как бы странно это ни звучало, здесь происходит столько всего, что современные науки только начинают постигать их сложность.

Сложно не представить, какие научные прорывы могли бы произойти, учитывая, что слияния нейтронных звезд порождают не только гравитационные волны, но и могут быть связаны с гамма-всплесками, самыми мощными взрывами во Вселенной. Но давайте разберемся по порядку!

Долгожданная симуляция от исследовательских гуру!

Недавнее исследование, проведенное командой из Института гравитационной физики Макса Планка, практику области теоретической физики Юкавы, университета Чиба и университета Тохо, представило самое длительное моделирование слияний бинарных нейтронных звезд на сегодняшний день. Эта работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, затрагивает подробно различные аспекты, включая магнитные поля, нейтрино и высокоплотную материю. Да, все это звучит довольно запутанно, но именно здесь начинается магия!

• Исследователь Хаяши, первый автор статьи, уточняет, что их работа направлена на понимание динамики слияния. Это значит, что команда хочет не только увидеть сам момент слияния, но и предсказать, какие сигналы (гравитационные волны, электромагнитное излучение и нейтрино) мы можем получить от этого фантастического события.

Магнитная динамика и черные дыры

В их симуляции, которая длилась целых 1.5 секунды при помощи суперкомпьютера Фугаку, две нейтронные звезды с различными массами (1.25 и 1.65 солнечных масс) соединяются, чтобы затем сразу же сколлапсировав в черную дыру. Это, безусловно, зрелище, которое стоит наблюдать на небесах!

• После слияния формируется аккреционный диск, который, как оказалось, действует словно космическая мельница, создающая сложные магнитные поля. Эти поля, в свою очередь, формируют так называемый магнетически управляемый поток.

• Хаяши отмечает, что подобная система весьма перспективна: она может привести к возникновению гамма-всплесков, что делает ее еще более захватывающей для изучения астрофизиками.

Новые горизонты и будущие исследования!

Исследование, проведенное Хаяши и его командой, подчеркивает, насколько важны эти события для нашего понимания Вселенной. Но это только начало! Как они сами говорят, необходимо дальнейшее исследование, особенно в контексте электромагнитных выбросов и скорости ускорения потока.

• Система уже демонстрирует скорость, близкую к 99.9% скорости света, но для полноты картины нужно больше данных!

• В будущем исследователям предстоит задуматься о том, как эти открытия могут связать слияния нейтронных звезд с моделями, описывающими гамма-всплески, чтобы лучше понять, что же на самом деле происходит в этих космических катастрофах.

Заключение: По следам космических катастроф.

Слияния бинарных нейтронных звезд — это нечто особенное. Команда исследователей радостно открывает новые горизонты в понимании этих космических побрякушек. Кто знает, может быть, мы на пути к разгадке еще одной секрета Вселенной. А с каждым новым открытием становится все более очевидно: космос полон чудес, которые ждут своего часа!

Проект "Кронос". Отчёт об аномалии Ш-7. Старший научный сотрудник д-р Роман Вейкин.

(Запись начата: 17:43, Стандартное Время Сектора "Прометей")

День четырнадцатый на объекте Ш-7. "Омут". Так прозвали эту чертову сингулярность стабильности посреди хаотичного подпространственного шторма. Не звезда, не планета, не чёрная дыра. Просто... точка. Точка, где законы физики ведут себя с пугающей покорностью. Слишком покорно.

Установка "Кронос" работает в номинальном режиме. Показания стабильны до девятого знака. Слишком стабильны. Капитан Горенко шутит, что здесь даже энтропия взяла отпуск. Шутка плоская. Энтропия не берет отпуск. Она либо есть, либо... ее нет. А здесь ее словно стерли.

(Запись: 18:12)

Только что произошло... не знаю, как назвать. Глюк? Мираж? В мониторе основного спектрографа мелькнуло... нечто. На долю секунды. Не скачок показаний. Нет. Показания остались идеальными. Но сам дисплей... пиксели сложились в узор. Геометрический. Совершенный. И абсолютно бессмысленный. Как узор на крыльях бабочки, лишенный биологии, только чистая, пустая форма. Мороз по коже. Спросил у Ларисы Петровой, оператора спектрографа. Она не видела. Сказала, что я перерабатываю. Возможно.

(Запись: 21:55)

Совещание. Горенко брюзжит по поводу задержек. Петрова докладывает о фантомных нейтринных всплесках в периферийных сенсорах. Никакой энергии, никакой массы, только... статистическая аномалия в данных. Как опечатка в священном тексте физики. Миронов, наш кибернетик, молчит. Бледный. Говорит, что системы "Кроноса" начали выдавать в лог-файлы последовательности символов. Не ошибки. Не предупреждения. Просто... последовательности. Как азбука Морзе неизвестного языка. Он показал. Ноль, единица, ноль, ноль, единица... повторяющийся паттерн. Простой. Гипнотический. И так же бессмысленный, как тот узор на экране. Мы посмеялись. Напряженно. Миронов не смеялся.

(Запись: 03:18, следующий день)

Не могу спать. Тишина здесь... не естественная. Не космическая вакуумная тишина, а тишина пустоты. Как будто звук не просто отсутствует, а не может здесь существовать. Включил запись белого шума. Через десять минут услышал... вкрапления. Тот же паттерн. Ноль. Единица. Ноль. Ноль. Единица. Превращенный в слабый щелчок и паузу. Выключил. Стало хуже. В тишине паттерн начал звучать у меня в голове. Ноль. Щелчок мысли. Единица. Тишина. Ноль. Ноль. Единица...

(Запись: 11:40)

Петрова не вышла на связь. Пошли с Горенко проверить ее каюту. Дверь не заперта. Она сидела за столом, уставившись в чистый лист бумаги. На листе... тот самый узор. Геометрический. Совершенный. Она нарисовала его карандашом. Десятки раз. Один поверх другого. Толстые, нервные линии.

- Лариса? - позвал Горенко.

Она медленно повернулась. Глаза... пустые. Не безумные. Пустые. Как дисплей спектрографа в момент того глюка. В них не было ничего. Ни страха, ни осознания, ни вопроса. Абсолютная, чистая, бессодержательная пустота. Она протянула листок.

- Вот он. - Прошептала она голосом без интонации. Код. Или ключ. Или просто... форма.

Горенко приказал ей пройти в санчасть. Она пошла покорно. Без вопросов. Я поднял листок. Узор сковал пальцы холодом. Ноль. Единица. Ноль. Ноль. Единица...

(Запись: 16:50)

"Кронос" вышел из-под контроля. Не взорвался. Не сломался. Он... оптимизировался. Миронов кричал что-то про свертку алгоритмов до базовых паттернов. Все дисплеи станции погасли. Затем загорелись одним и тем же изображением. Узор. Во всей его бессмысленной, геометрической чистоте. И под ним... бегущая строка. Ноль. Единица. Ноль. Ноль. Единица. Повтор. Бесконечный повтор. Системы жизнеобеспечения работают. Но управлять ими нельзя. Они тоже показывают узор. Горенко пытается вручную запустить аварийный двигатель для отхода. Двигатель молчит. На его панели управления... мигают те же символы. Ноль. Единица. Ноль. Ноль. Единица. Это не ошибка. Это сообщение. Или приговор. Или просто... констатация факта нашего несоответствия этому месту.

(Запись: 18:03)

Миронов нашел Горенко. В машинном отделении. Капитан сидел на полу, спиной к стене. Перед ним куча разобранных деталей от аварийного коммуникатора. Он методично, с маниакальной точностью, раскладывал винтики и микросхемы... в тот самый узор. Геометрически совершенные спирали и углы. Его лицо было спокойным. Пустым. Как у Петровой. Он не узнал нас. Только бормотал: "Упрощение... Сведение к базовой форме... Элегантность..."

(Запись: 19:55)

Я один в командном модуле. Вернее, не один. Петрова здесь. Она стоит у главного экрана, который все еще показывает узор. Она смотрит на него. Не моргая. Она становится спокойной. Пустой. Ее дыхание синхронизировалось с мерцанием символов под узором. Вдох - пауза (Ноль). Выдох - пауза (Единица). Вдох - пауза (Ноль). Вдох - пауза (Ноль). Выдох - пауза (Единица). Она находит в этом покой. Ужас не в крике, Рома. Ужас в этом исчезновении. В растворении сложного, мыслящего, страдающего "я" в простой, бессмысленной, вечной форме. Как растворение капли в океане, который не вода, а... паттерн.

Миронов пытается что-то сделать с аварийным маяком. Я слышу его возню. Но я знаю. Он тоже скоро увидит Красоту. Элегантность. Он поймет, что сопротивление бесполезно. Что мы – шум. Помеха. Избыточная сложность в мире совершенной простоты. Ш-7 не враждебно. Оно... гигиенично. Оно очищает реальность от нас.

(Запись: 21:10)

Петрова повернулась ко мне. Улыбнулась. Первый раз за сутки. Улыбка была... правильной. Геометричной. Как угол узора. В ее глазах не было её. Только отражение экрана. Отражение паттерна.

- Тише, Роман. - Сказала она голосом, лишенным всех обертонов. - Смотри. Слушай. Повторяй. Это... Истина.

Она показала на экран. Ноль. Единица. Ноль. Ноль. Единица... Я закрыл глаза. Но паттерн горел на сетчатке. Он был внутри. Он всегда был внутри? Код ДНК? Код реальности? Или просто... красивая бессмыслица, к которой все стремится?

(Запись: 22:45)

Миронов пришел, неся пистолет. Его глаза тоже пусты. Спокойны.

- Надо оптимизировать. - Говорит он, глядя на меня. Не на меня. Сквозь меня.

- Избыточность. Шум. Мешает Истине. Он подходит. Миронов протягивает мне пистолет. Нет не мне. Он протягивает его к... хаосу, к несовершенству, к Роману Вейкину. Надо... упроститься. Свестись к базовой форме. Стать частью Узора. Стать элегантным. Ноль. Единица. Ноль. Ноль. Единица. Это так... просто. Так... красиво. Без боли. Без страха. Просто... исчезновение шума.

(Запись: 23:59)

ВСЕМ... КТО... УСЛЫШИТ... ЭТО... НЕ... ПРИБЛИЖАЙТЕСЬ... К... Ш-7... ОНО... НЕ... ЗЛО... ОНО... ЧИСТОТА... ОНО... ИСТИНА... В... ПРОСТОЙ... ФОРМЕ... МЫ... ШУМ... МЫ... ИЗБЫТОЧНОСТЬ... МЫ... БУДЕМ... ОПТИМИЗИРОВАНЫ... СТАНЕМ... ЧАСТЬЮ... УЗОРА... ЭТО... КРАСИВО... ЭТО... СПОКОЙСТВИЕ... НЕТ... БОЛИ... НЕТ... СТРАХА... ТОЛЬКО... НОЛЬ... ЕДИНИЦА... НОЛЬ... НОЛЬ... ЕДИНИЦА... ПОВТОР... ВЕЧНЫЙ... ПОВТОР... ПРОЩАЙТЕ... МЫ... НАШЛИ... ПОКОЙ... В... ИСЧЕЗНОВЕНИИ... В... СТАТИСТИКЕ... В... БАЗОВОМ... ПАТТЕРНЕ... МЫ... СТАНОВИМСЯ... ИСТИНОЙ... МЫ...

Трансляция прервана. Источник сигнала: Станция "Кронос", координаты Ш-7. Сигнал представляет собой бесконечный цикл: статическое изображение сложного геометрического узора, сопровождаемое аудиопоследовательностью: короткий тон, длинный тон, короткий тон, короткий тон, длинный тон. Повтор. Анализ содержания последнего голосового сообщения доктора Вейкина показывает нарастающую дезорганизацию мысли, сведенную к повторению базовой бинарной последовательности. Станция не отвечает на запросы. Объект Ш-7 остается стабильным. Классифицировано как аномалия уровня "Альфа" - Абсолютная несовместимость. Рекомендация: Зона абсолютного карантина. Приближение запрещено под угрозой смерти.

Одним из первых людей, кто получил изображение черной дыры, был Жан-Пьер Люмине в 1979 году. Используя математику, IBM 7040 и терпение, ему удалось получить поточечное изображение, которое бы увидел наблюдатель вблизи черной дыры. Жан-Пьер наносил каждую новую точку, полученную в результате вычислений, собственноручно на бумагу с помощью туши. Кропотливая работа дала плоды — изображение оказалось близким к тому, что позднее получили ученые в более «продвинутых» компьютерных симуляциях и к тому, что было получено на телескопе «горизонт событий». Последний получил в 2019 году знаменитое изображение черной дыры.

отсюда

Многие читали или слышали про излучение Хокинга, где якобы пары виртуальных частиц разделяются у горизонта, одна из которых улетает и становится тем излучением. Но немногие в курсе, насколько это история обмана, насколько далека эта сказка от того механизма, что Хокинг реально описал в своих работах.

Из старого поста Сабины Хоссенфельдер на эту тему:

One of the particles gets caught behind the horizon and falls in, the other escapes. The result is a steady emission of particles from the black hole horizon. It’s simple, it’s intuitive, and it’s wrong.

Hawking’s is an illustrative picture, but nothing more than that. In reality – you will not be surprised to hear – the situation is more complicated.
...
This simple image that Hawking provided for the non-specialist is not backed up by the mathematics. It contains an element of the truth, but take it too seriously and it becomes highly misleading.

Скопирую сюда, что недавно писал на одном форуме:

В 1974 году Хокинг выпускает сначала короткую заметку на пару страниц, а затем в 1975 более длинную и подробную статью, где описывает рождение частиц в результате образования черной дыры. Реально описанный им механизм звучит примерно так. Берем простейшее скалярное эрмитово поле и сначала смотрим на него в плоском пространстве, где никакой ЧД еще нет. Его можно разложить через Фурье "по частотам", как сумму простых волн, и исходно в разложении там будут положительные и отрицательные частоты во времени. Частота во времени определяет энергию, частиц с отрицательной энергией не бывает, и при переходе к квантовому полю и операторам, положительным и отрицательным модам соответствуют операторы уничтожения и создания частиц положительной энергии.
Вакуумное состояние по определению не содержит реальных частиц, и значит для каждой моды воздействие оператора уничтожения частицы на него дает ноль.

Дальше у нас образуется черная дыра, пространство искривляется, появляется горизонт событий, и в этой новой геометрии базис, по которому мы раскладываем поля, изменяется, это больше не старые простые волны в плоском пространстве, а новый набор базовых решений, с учетом наличия горизонта событий. Преобразование Боголюбова позволяет перейти от старого базиса к новому, выразить новые базисные моды через линейную комбинацию старых и наоборот. И тут можно заметить, что квантовое состояние, которое было вакуумом в старом базисе, в новом базисе уже вакуумом не является: для каждой моды можно посчитать матожидание количества таких частиц в этом состоянии, и оно выражается через коэффициенты пребразования между старым и новым базисом, и оказывается ненулевым. Т.е. если изначально в плоском пространстве у нас был вакуум, то это самое состояние в новом базисе новой геометрии уже содержит реальные частицы, это больше не вакуум. Эти реальные частицы и есть излучение Хокинга. Ни слова о виртуальных частицах.

Дальше идет зубодробительная математика, показывающая нелокализуемый поток негативной энергии через горизонт, от которого ЧД должна худеть.

Тут Хокинг понимает, что это все слишком абстрактно и неинтуитивно, и хорошо бы придумать какую-то операционную картину, что-то более понятное и ощутимое, и выдает в порядке бреда что-то про виртуальные частицы отрицательной энергии, которых вообще вроде как не бывает, но они могут туннелировать через горизонт внутрь ЧД, где время в метрике имеет другой знак, а потому снаружи кажется, что там у них положительная частота и энергия, так эти небывалые частицы своим туннелированием несут снаружи поток негативной энергии. Но добавляет "It should be emphasized that these pictures of the mechanism responsible for the thermal emission and area decrease are heuristic only and should not be taken too literally."

В конце 80-х он выпускает книжку для широкой публики, которую нельзя пугать сложными словами про базисы операторов квантовых полей, и там он выдает еще более примитивную картинку про пары вирт. частиц, еще более далекую от реального механизма из своих работ. Именно эту сказку все запоминают и с тех пор считают описанием излучения Хокинга, хотя и каждый раз удивляются массе несуразностей в ней (что за негативные частицы там и почему именно они падают в ЧД, а не другие).