天文学

黑洞孔

黑洞,天上的身体吸收一切,让一切逃脱,甚至光不到,都不是无形的。无数间接迹象背叛了他们的存在。

Jean-Pierre Lasota Scient for Science n°75
本文保留用于科学用户
“这项研究的主要结果是清楚地了解施瓦茨郡奇点不存在体质现实的原因。 Schwarzschild的奇点?在1939年的一篇文章中,爱因斯坦因此指的是当在一定的半径以下时,从材料中从材料中的异常行为:Schwarzschild的半径。当壳体时,位于质量表面上的任何颗粒的释放速度等于光的速度等于光的速度。这意味着任何解放都是不可能的,也就是说,在能够吸收一切而不返回的卷上的空间时间已经“关闭”:黑洞。爱因斯坦不仅没有雇用的术语 - 它将仅在1968年由约翰·克·乔布尔德·惠勒推出 - 但他会被驳回,他努力证明这件事从未越过施瓦茨德拉姆的半径。

爱因斯坦错了

他是对的吗?不。 1939年,物理学家罗伯特oppenheimer和George Volkoff发布了爱因斯坦的等式的解决方案,描述了巨大的身体的崩溃和......形成黑洞。从那时起,他们的模型已被验证:我们现在知道质量大于约20个太阳能群体的星星不可避免地向黑洞状态发展。在宇宙中已经确定了许多超级分类吸引力中心,这具有计划的特征为这种明星。我们将在这里检查天体物理学家如何发现爱因斯坦拒绝存在的这些物体。

一家天体物理学家的第一反射是直接从他的辐射中探测一颗星。 1972年,斯蒂芬霍夫表明,黑洞表面附近的一些量子效应使它们发出颗粒(见 S. Hawking的预测,由R. parentani,第42页))。然而,这种辐射仅适用于天文规模非常低的黑洞。因此,对于与太阳相同的质量的黑洞,相应的辐射温度仅为0.0000001 kelvin,这对于较小的黑洞仍然较低!

因此,为了承认,天文黑洞没有可检测的辐射。他们有一个可检测的阴影吗?原则上,黑洞在天空的明亮底部看起来是黑圆盘。然而,我们的较大和最近的黑洞的阴影对欧元的尺寸约为数十万公里。今天发现这种微小的阴影是不可能的,因为它需要比空间望远镜高10,000倍的分辨率 哈勃Chandra.,这是弧微秒的顺序。即使这样的目标似乎过多,天体物理学家也开始认为,在相对紧密的未来,我们将看到一个黑洞的阴影。

只有必要的分辨率只能通过干涉测量法,这包括连贯地重新结合由几个望远镜网络收集的梁。已经考虑了几种方法,包括空间X射线干涉仪,但最先进的解决方案是非常长的基础干涉测量,或者 VLBI. (为了 非常长的基线干涉测量),不需要任何新建的望远镜建造(见 一个黑洞的阴影,由A. Broderick和A. Loeb,第96页)。该系统实际上已经运作,只有三个专用于毫米无线电波的站() SMT. 在亚利桑那州,网络 Carma. 在加利福尼亚州和 JCMT 在夏威夷)。这 VLBI. 这三个站的毫米使得可以强制旋转的价值(见 黑洞旋转,在我们的银河系中的黑洞J.-P. Lasota,第88页)。观察结果表明,SGRA *无线电源的黑洞,在我们的星系的心脏,会产生微小的旋转。

黑洞猎人?

在等待更令人信服的结果时,天体物理学家间接地检测到黑洞的存在。这些猎人,他们通过提高痕迹并观察包围它的恒星物体的行为来结束。为此,必须首先发现一个“巨大的紧凑型”。该术语是指地表的所有恒星,其中任何颗粒的质量能量接近其重力结合能,也就是说必须提供的能量以使其免于恒星的吸引力。这是真的的一个身体是如此紧凑,即其半径接近其施瓦茨柴尔德的半径。

如何巨大的致密机身?这些呈现非常强烈的引力吸引力的天体,第一种可能性是寻找吸引的迹象,即材料捕获。如果继续到表面,则颗粒到巨大致密的主体的颗粒将加速到接近光的速度。实际上,这种动能仅逐渐被转换,因为凸起的材料绕形成盘的巨大体。在该盘内发生的摩擦将认证成热能的材料的足够的动能转换为达到的浮动盘内的温度对应于高能量的辐射容易识别(X或γ)。当吸收率很高时,最精力充沛的光子在通过材料的路径期间被破坏,就像太阳中心的光子X产品一样,从未达到其表面。因此,紧凑型物体的发射主要是低能量的X射线,而不是X高能量或伽马辐射。

然而,大多数黑洞具有低甚至零的增率率。要找到它们,天体物理学家通过类比进行了类比:他们发现了产生或可能产生紧凑的身体吸收的情况,然后寻找存在黑洞存在的其他指标。因此,如果一个人在活性星系的细胞核中遇到黑洞,没有任何东西可以防止有非活动星系的中心,特别是大多数星系通过活跃相......

可疑的骚动

一旦确定了可能的巢穴,有黑洞存在的迹象是什么?在大多数情况下,某个“航空资金”在存在的恒星或气体云的运动中可察觉。在不太隐喻的术语中,如果在某个地方存在黑洞,则在那里恒星或气体的运动速度。因此,我们观察到我们的星系的中心,沉重地围绕每秒超过1000公里的景点,而太阳及其行星的游行是在星系中的轨道,以“仅”每秒220公里。从这些运动的研究来看,我们推断了黑洞的位置和质量。

更具体地说,黑洞的检测基于开纸和牛顿已经已知的基本关系:轨道物体的速度的平方与吸引物体的质量成比例并与其距离成反比。在其轨道的各个阶段处的物体速度的尺寸传递了其重力的位置和身体的质量。难以实现,措施大多是光谱:挖出光谱线偏移量的速度的速度值。这些偏移是由于多普勒效应:当电磁辐射源以一定速度朝向地球移动时,短波长缩短;相反,当这个来源远离地球时,她谎言。由此感应的频率偏移(或波长)与运动速度成正比。

两种类型的地方特别可能举办黑洞:X射线二元系统和Galaxia核。以X射线二元系统开始考虑他们的特点。在这种系统中,黑洞是恒星,即它们是由大规模恒星的演变引起的。除了将具有星形的坚固致密体组合的这些X射线二元系统之外,我们知道还有一个包含中子星。如何在两种类型的二进制系统之间进行差异?中子星是一个非常小的星,在恒星的超新星爆炸后形成至少八倍的爆炸,比太阳更大八倍。在大多数情况下,它由中子组成并具有固体表面,使两种可能类型的辐射x表征。首先是脉冲轴的严格周期性辐射,也就是说具有磁场的星形如此强大的星形,使其沿磁极的轴线通道增速;随着这样的星星本身,我们只有当磁极的轴扫过地球时,我们才会感知其辐射。

中子星的第二种类型的X射线的特征在于突然的粉丝,也就是说,通过短暂的时间来说,发射急剧增加。该现象将来自由凸起的材料中的间歇爆炸,并在恒星表面上进行热核融合。这些中子恒星不能与黑洞混淆,黑洞没有表面或磁场。他们的群众也受到约三个太阳能群众的物理法律的限制,而模型表明它们不超过两个太阳能群众。

在已建立的X射线二元系统中存在巨大的紧凑型体,它仍然证明它是一个黑洞。为此,通过观察其恒星伴侣的吸收光线来衡量其质量。随着与吸积盘相比,后者尚不清楚,这些光线仅在系统的平静时期可见。正是由于这个原因,特别是在短暂的二元系统中检测到黑洞,那些在x只在x仅闪耀的那些中,然后几十年来保持被动。

由于开普勒的定律,紧凑型物体的最小质量从轨道周期和恒星的速度推导出来。如果这个最小质量大于三个太阳能群众,我们可以得出结论,紧凑的物体是一个黑洞。更详细,但更不确定的建模,因为基于更多的假设,可以更准确地估计其质量。一旦获得这些群众的价值,天体物理学家正在寻找对黑洞存在的额外确认:强烈的引力效应,几乎是流量X等的周期性振荡等。

如今,已经以这种方式发现了18个黑洞,坐落在X射线二元系统中。但恒星演化的模型使我们认为我们的星系内有数亿个黑洞,包括二元系统中的几千。然而,这些不完美的模型只提供了幅度的顺序。在已经识别的18星黑洞中,三个形成了一对夫妇,巨大的明星(质量大于十个太阳能群)。这例如是Cygnus X-1的情况,第一二进制系统已经检测到黑洞的存在。其他15个系统是低质量二元系统,其中黑洞与小于三个太阳能块的质量恒星相关联。这18个黑洞的质量从3.2到18太阳质量延伸。

星系核是黑洞的其他潜力。在低活性核中,恒星的集体运动是可感知的,因为核心内的吸收产生的光不会占据恒星的光。然而,太远,然而,不能单独观察星星。人们只能测量银河系中心的所有恒星产生的光线的宽度,宽度反射恒星速度范围。关于轨道分布的一些假设(反映光线形式)导致估计吸引力的质量。为了实现这一点,有必要区分恒星运动的体积仅由中心暗对象确定。黑洞的“影响范围”非常小:它的半径仅为几十个轻的岁月;即使对于附近的星系,它的角度尺寸也是最好的第二弧。

种类

因此,为了检测可能的黑洞的存在,必须将来自恒星的光谱分离在其它他人的影响范围内。由于空间望远镜,这种歧视是可能的 哈勃,这使我们能够确定25个半乳核核核的吸引力中心的群众。此外,通过观察银河中心中的气体磁盘来确定11个其他群众。最后,在三个星系中,检测狂热发射线(相当于激光,而是在微波领域),其提供了对变送器运动的非常精确的估计。在这38个与低活性的星系核相对应的情况下,群众在200万和三亿太阳能群体之间发现:这种黑洞是符合超级分类。

在有源核中,也就是说,那些高度辐射X或伽马的那些,不能遵循恒星运动。因此,吸引力中心的质量由所谓的混响方法决定,该方法包括在利用由于吸收和来自宽带区域而引起的辐射之间的发射偏移。该活动核心区域位于距离吸引力中心的一段距离,产生特别宽的排放线。

即使它的本性是争议的,天体物理学家也至少是两点:它的光线是由于靠近吸引力的辐射源辐射而导致气体的照射;由于该区域中气重的快速移动,它们的宽度可以通过多普勒效应来解释。因此,光线的宽度可提供气体运动的速度。这已知,我们尝试确定气体到吸引力中心的距离。然而,观察到,由于光子到达宽光线面积的必要时间,该线符合来自中心源的辐射的直接察觉变化。因此,这种延迟的延迟的乘积因此给出了所需距离的近似。通过施加将该质量连接到气体的速度和距离的关系来获得速度和偏远的速度和偏远。

确认了黑洞

这种类型的观察已经提供了位于活性星系核心内的35个引力吸引中心的群众。与非活动星系的情况一样,他们的群众在100万和十亿日太阳能群体之间延伸:再次,这些是群众的超迹黑洞。

因为它靠近(28,000光年),我们的银河系和超级分类的黑洞它是家庭的特殊情况。由于散斑和自适应光学器件的干涉测量,因此通过气氛通过光线通过校正图像变形的技术,几颗恒星的运动密切研究。从这些运动的特征推导出大约四百万太阳能群众的引力吸引力的存在。

此外,我们展示了其中一个星星环绕着景点中心,大约16岁 (见上图)。从其最近的引力吸引力的轨道的角度来看,它的羽毛的距离等于约0.002升,距离阳光的127倍。这限制了引力景点中心的邻域在相同质量的黑洞半径的约1,790倍。在这样的空间中,几个黑暗的身体群体无法预存:它会在几千年内崩溃,形成一个黑洞。因此必须得出结论,恒星限制的区域的占用者是超级分类的黑洞。

在突出两类黑洞的存在之前所取得的观察和估计:群众的“恒星”小于太阳和超大群体的巨型群体的20倍。有中间黑洞吗?目前,我们没有这个问题的答案。有可能的某些星星(如球形集群)含有群体的黑洞中心,群众占几百千万太阳能群众,但它仍有待确认(见 中间质量的黑洞,J. Lavalle,第102页)。此外,一些非常明亮的X来源可能包含中间质量的黑洞。

国际运动

这些结果表明,黑洞的捕猎已经加剧了多少。虽然在20世纪90年代中期,这个“体育”是相当边缘的,今天是每天关于一篇文章的主题。正在研究几种新的检测方法,并很快就会增加狩猎的产品。因此,我们的星系内可能存在数亿黑洞的存在意味着其中一个应该不时花费我们和一颗星的时间,通过引力微观效应增加其光泽。结合在大型干涉望远镜下制作的干涉观察(邪恶)欧洲澳门岛的天文台(ESO),这种检测应提供透镜的质量,从而表明它是黑洞。

我们尚未讨论具有两个黑洞的二元系统的情况:它们的特殊性尤其阐述引力波,通过1918年以来预测的群众的加速度产生的时空的周期性干扰。但我们目前正在开发伟大的干涉门 利奥处女座,为了最后捕获引力波。爱因斯坦是否怀疑他无疑认为,他无疑被认为有一天是他不相信的黑洞的信使?

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