В третий раз зарегистрированы гравитационные волны: что мы можем узнать о Вселенной?

    Сегодня международная коллаборация LIGO-Virgo объявила о регистрации гравитационных волн в третий раз в истории. Источником, как и в предыдущие два раза, являлась пара черных дыр. О результатах исследования опубликована статья в Physical Review Letters.



    О сигнале GW170104



    Со времени первого детектирования и первого научного цикла чувствительность детекторов возросла, а технические шумы уменьшились, что позволило получать данные более высокого качества.

    Во время второго рабочего цикла обсерваторий Advanced LIGO был зарегистрирован сигнал, который с большой достоверностью вызван гравитационными волнами — ошибочно такой сигнал может появиться раз в 70.000 лет постоянных наблюдений (соотношение сигнал-шум 13 и достоверность больше 5σ).



    Черные дыры массой в ~20 и 30 солнечных слились в одну большую, испуская при этом гравитационные волны общей энергией около двух солнечных масс. Сам процесс слияния занял меньше секунды, а в момент слияния ЧД разогнались до 60% от скорости света!

    Сигнал шел до нас около несколько миллиардов лет (источник на расстоянии около 1000МПк), и был зарегистрирован двумя детекторами LIGO в США 4 января 2017 года



    Какие знания мы получаем о Вселенной?


    В предыдущей статье я рассказывал, откуда мы знаем, что сигнал действительно гравитационно-волновой, и о планах развития гравитационно-волновой астрономии. В этот раз поговорим о том, зачем нам вообще эти детекторы, и что мы можем узнать нового о Вселенной.

    Скорость гравитации


    UPD: поправил оценку на скорость и добавил способ вычисления.

    Самый частый вопрос про гравитационные волны — о скорости их распространения. В Общей Теории Относительности (ОТО) эта скорость равна скорости света. Эксперимент LIGO подтверждает это с большой точностью: гравитационная волна приходит на два детектора LIGO, расположенных в разных частях США на расстоянии нескольких тысяч километров, с некоторой задержкой, и зная расстояние между детекторами и эту задержку можно дать оценку на скорость распространения. И с точностью до одинадцатого знака после запятой эта скорость равна скорости света.
    Как это получить
    Смотрим в статье формулу для связи скорости ГВ с его массой (стр. 14). Учитывая, что энергия волны задана $E = h f$, получаем

    $\frac{v_g^2}{c^2} = 1 - \frac{m_g^2 c^4}{h^2 f^2},$


    где $m_g$ — масса гравитона, $h$ — постоянная Планка, f — частота волны.
    Подставляя массу гравитона из статьи, частоту порядка 100Гц (для примера) и константы, получаем:

    $v_g \approx c(1-6\times 10^{-19})$


    Отсюда видим, что погрешность в разности между скоростями появляется только после одиннадцатого знака после запятой.


    Тесты ОТО


    В более общем смысле, мы можем проверять, насколько наши модели черных дыр подходят под экспериментальные данные. Пока все совпадает:


    Хотя для описания пары черных дыр достаточно всего нескольких параметров, аналитическое решение уравнений Эйнштейна для их слияния практически невозможно. Поэтому ученые используют численные расчеты для получения реальных моделей. А где численные расчеты, там и всевозможные приближения, поэтому совпадение полученной модели с экспериментом так важно — это позволяет нам сказать, насколько верны наши представления об ОТО.

    Конечно, возможна и проверка на всевозможные модификации ОТО. Некоторые из них могут быть уже исключены — они, например, требуют дисперсии ГВ или превышение скорости света. Другие — ждут увеличение чувствительности детекторов для проверки.
    А третьи, как, например, память пространства о волнах, можно проверять уже сейчас.
    В общем, увлекательное время предстоит астрофизикам!

    Возникновение звезд


    Из параметров черных дыр можно получить много информации о космосе и формировании Вселенной. Во-первых, наблюдение грав-волн — это первое свидетельство существования парных черных дыр. Во-вторых, массы этих черных дыр неожиданно велики — никто не ожидал, что парные черные дыры такой массы встречаются столь часто.

    Интересные выводы можно сделать о возрасте систем ЧД. Чем раньше с начала Вселенной образовалась звезда, тем меньше вещества предыдущих звезд в ней — меньше содержание металлов. С другой стороны, масса ЧД зависит от количества металлов в ней, поэтому по измеренным массам ЧД можно сказать, насколько молоды были звезды, из которых они образовались. Из этого следует любопытное заключение, что парные ЧД могут образовываться как в звездных кластерах (если окружение достаточно молодое), так и изолированно, что раньше известно не было. Наблюдая за параметрами ЧД, можно сказать как эти дыры были образованы — изолированно или нет.

    Дальнейшее наблюдение за параметрами ЧД, такими как орбитальный момент, может дать еще больше понимания в космологических процессах.

    За прошедший год LIGO зарегистировала три значимых события, а с увеличением чувствительности детектора в следующем научном цикле количество таких событий будет расти, давая нам все больше знаний о Вселенной.

    Дополнительные материалы и ссылки


    1. Что такое гравитационные волны?


    2. На официальном сайте LIGO много интересных материалов: и видео, и статейки всякие.
    3. Присоединяйтесь к народному поиску гравитационных волн через распределенные вычисления на Einstein@Home.
    4. А еще у коллаборации есть всякие медиа, где постоянно публикуются интересные материалы: Twitter, Facebook и Youtube.
    Поделиться публикацией
    Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 217
    • +2
      Сигнал шел до нас около несколько миллиардов лет

      Довольно частое событие в рамках вселенной просто из-за размеров ))
      А так супер детекторы работают.
      Представляю как рады создатели.
      • +1

        Событие частое, но от этого не менее удивительно — еще жизни на Земле не было, когда это произошло, и тут мы взяли и поймали! У меня совершенно в голове не укладывается:)

        • +13

          Это примерно из той же оперы, как едете вы на встречу, осталось 10 минут до начала, а вы понимаете, что в пробке и не успеете. Событие ещё не произошло, а уже есть понимание, что и не произойдёт. Удивительное явление.

          • +2
            Меня больше вот это впечатлило:

            > испуская при этом гравитационные волны общей энергией около двух солнечных масс. Сам процесс слияния занял меньше секунды, а в момент слияния ЧД разогнались до 60% от скорости света

        • +4

          В голове не укладывается сложность задачи детектирования гравитационных волн.

          • +2
            Хорошее виде на эту тему: интерьвю с Rana Adhikari (англ.)
          • 0
            Насколько я понимаю, сам принцип очень прост — гравитационная волна искривляет зеркало и отраженный луч показывает это искривление. Вся сложность — исключить (или учесть) искривление зеркала по другим причинам, коих огромное множество (тепловое расширение, подземные толчки, гравитация Луны, Солнца, самой Земли, это только навскидку).
            • +2
              * искривляет пространство и изменяет расстояние между далеко разнесёнными зеркалами. Искривление самого зеркала будет настолько незначительным, что его вряд ли можно задетектить.
          • –2

            Интересно, как может уменьшаться масса чёрной дыры — при излучении Хокинга, излучении грав-волн, исходя из её строения — сингулярно упакованной материи в центре сферы Шварцшильда?
            Математически это можно понять: если объект излучает энергию в том или ином виде, то его внутренняя энергия должна уменьшаться, а она пересчитывается в массу, вот и получите "испарение" ЧД или потерю 2 масс Солнца при слиянии двух ЧД в одну. Но как и куда при этом девается материя из сингулярности? Что думают об этом физики?

            • +3

              Что такое материя в данном случае? Не то чтобы там какие куски железа "сидели" в сингулярности. Если уж это настоящая сингулярность, то вообще не очень понятно, как туда может что-то "поместиться", но оттуда и проблемы наши с квантовой гравитацией.

              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                • 0

                  Теория или гипотеза?

                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    • +1

                      Гипотеза — это то, что в народе имеют ввиду, когда говорят "теория". Есть гипотеза, что гравитация состоит из частиц-гравитонов. Подтверждения этому нет, но можно попробовать написать теоретическое обоснование, которое потом попробовать подтвердить. Если подтвердится, то будет теория.


                      Теория — это теория относительности или теория эволюции, например. Когда у тебя есть количество опытных данных, складывающихся во что-то цельное, но при этом, вероятно, никогда не будет доказано на 100%, потому что всегда есть вероятность, что в будущем найдёшь новые данные, опровергающие теорию. Но пока не найдено. Почти всё наше научное знание — это теория, потому что завтра померяем что-нибудь, а оно даст новые результаты, и придётся всё переделывать.

                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                        • 0

                          Один факт есть: существование черных дыр (во всяком случае, объектов, на них крайне похожих).
                          Дело в том, что хотя черная дыра — объект, существование которого вытекает из ОТО, та же ото — как ни парадоксально — запрещает этому объекту существовать во Вселенной, существующей конечное время: согласно ОТО для внешнего наблюдателя время образования черной дыры — бесконечно (из-за замедления времени при приближении к горизонту событий вплоть до его полной остановки. Сама возможность коллапса и пересечения материей горизонта событий за конечное время возникает именно в связи с квантовыми явлениями в его окрестности.

                          • 0
                            согласно ОТО для внешнего наблюдателя время образования черной дыры — бесконечно (из-за замедления времени при приближении к горизонту событий вплоть до его полной остановки.

                            наоборот, внешние процессы для приближающегося к сингулярности объекта ускоряются
                            • 0

                              Так я говорю о наблюдателе внешнем, который издалека наблюдает за черной дырой.

                              • 0
                                С чего вдруг замедление для внешнего наблюдателя?
                                ОТО «прыгает» от того, что скорость света константа в любой системе отсчёта.
                                Ваши же рассуждения напоминают апорию «Ахиллес и черепаха»
                                • 0

                                  Так относительно же!;) Для удаленного наблюдателя падающий в ЧД замедляется до полной остановки, для падающего в ЧД он падает как обычно, а вот события снаружи ускоряются.

                                  • 0
                                    Для удаленного наблюдателя падающий в ЧД замедляется до полной остановки

                                    между замедлением тела и замедлением процессов в нём очень большая разница
                                    • 0

                                      да что угодно замедляется, хоть процессы, хоть тело — для удаленного наблюдателя. Время течет по-другому.

                      • 0
                        Гипотеза — это предположение, по типу «А что если ...?»
                        Теория — это предположение с обоснованием, «Если ..., то ...», которое можно доказать — «Если ..., то ..., что можно подтвердить таким-то образом».
                        • 0
                          Не все теории можно подтвердить. Скорее даже по большей части теории можно только опровергнуть (за исключением математики). И если гипотезу очень долго пытались опровергнуть (как теорию относительности), но ничего не вышло то она становится теорией.

                          А вот в мире математики — все так. Все что недоказано — не теория (теорема), ну или по крайней мере ее так могут называть, но нельзя ее использовать.
                          • 0
                            Ну в математике тоже есть такие вещи, которые вроде как верны но еще не доказаны — та же самая б.теорема ферма, вроде было всем «интуитивно» понятно что она верна, но доказать заняло очень долго.
                            • 0
                              Последняя моя строчка как раз не двузначно намекала на эту теорему.
                    • 0
                      del.
                    • 0
                      Вроде бы обсуждалось уже, что уменьшается не масса конкретной черной дыры, а масса системы двух черных дыр. На последних этапах эволюции системы скорость с которой черные дыры вращаются вокруг центра масс становится сравнима со световой. При их массах это колоссальное кол-во энергии. Именно она и выделяется в результате слияния. Или по крайней мере это один из источников. На элементах пара сотен комментариев в обсуждение этой темы http://elementy.ru/novosti_nauki/432691/Gravitatsionnye_volny_otkryty
                      • 0
                        На счёт сингулярности, можно немного упростить. Т.к. скорее всего наблюдались не «истинные» («изначальные») чёрные дыры, а колапсары (чёрные дыры возникшие путём колапса звёзд, слияния и падения газа и пыли).

                        А у колапсаров всё находится над сферой Шварцшильда, т.к., грубо говоря, в больших гравитационных полях время замедляется и ничегое ещё не упало окончательно.

                        Поэтому при слиянии чёрных дыр кое-то может вылететь, как в виде энергии гравитационных волн, так и в виде излучения.
                      • +2
                        Странное утверждение, что они смогли определить скорость ГВ на двух детекторах. Это возможно только в одном случае: когда источник лежит строго на прямой, проходящий через оба детектора. При произвольном угле падения, несложно догадаться, что для определения скорости распространения ГВ необходимо четыре пространственно разнесённых детектора.

                        Ну или требуется свечение источника. Одновременность прихода «изображения» само по себе будет гарантировать скорость света для ГВ,
                        • +2

                          Для определения точной скорости — да, но можно дать граничную оценку, что и было сделано.

                          • +1

                            Если точность до 20 знака после запятой низкая, то какая тогда высокая?

                            • 0

                              Я не говорил, то низкая, но это граничная оценка все равно. Если бы мы имели три или четыре детектора для полноценной триангуляции, точность была бы выше.

                            • +1
                              По-моему, Вы немного запутались, конечно наблюдение задержки по двум детекторам даёт граничную оценку, но это оценка сверху. В данном случае, «GW170104, arrived 3 milliseconds earlier at the Hanford than at the Livingston» при расстоянии 3002 км, даёт нам оценку «скорости гравитации» 10⁹ м/с, если событие было на линии Ливингстон-Ханфорд или, если направление неизвестно, ≤ 3⋅c. У Копейкина и то лучше оценка была.

                              Для оценки «скорости гравитации» по задержкам требуется, как минимум, три детектора, а наблюдения LIGO даёт два других утверждения:
                              • ОТО верно с высокой точностью, значит «скорость гравитации» равна скорости света с высокой точностью;
                              • Если, вдруг, существуют гравитоны (т.е. есть отличия от ОТО или ОТО «неверно»), то по оценке дисперсии фронта гравитационных волн для оценки расстояния до события, получается оценка сверху на массу гипотетического гравитона, и оценка снизу на «скорость гравитации» в гипотетической пост-ОТО теории.


                              P.S.
                              Вы, в другом месте, пишите «гравитон — частица с нулевой массой в ОТО». Строго говоря, это неверное утверждение. Так же как наблюдаемые отличия от классической электродинамики потребовало введения фотонов, так и введение гипотетических гравитонов, даже нулевой массы, вызовет отличия от «классической» ОТО (например, неясно что случится с принципом инвариантности или вообще со структурой пространства-времени).
                              • 0

                                Ну, расстояние-то мы знаем поточнее все же, так что оценка может быть получше. А про дисперсию все так, разная скорость на разных частотах, так это же и проверяется, разве нет? Я даже расчет добавил там.


                                Про гравитон — можно ввести как квазичастицу, типа огибающей, без квантования. И для него считать "массу" — это будет нормально, думаю, расхождений не должно быть.

                                • 0
                                  «дисперсию все так, разная скорость на разных частотах, так это же и проверяется» — да, в частности и это. Но, во-первых, это не имеет отношения к двум детекторам, это можно было бы измерить и на одном. И, во-вторых, этот результат LIGO не имеет особой научной значимости, т.к. есть значительно более жёсткие оценки дисперсии гипотетических гравитонов (если они существуют).

                                  «Про гравитон — можно ввести как квазичастицу», кто знает, может и можно, соорудить что-то типа фонона или «дырки» в полупроводниках? Только неизвестно же как квантуется пространство-время. Да и вообще неизвестно как могла бы выглядеть дискретная волновая функция, пока же квантовая механика оперирует в непрерывном пространстве и непрерывном времени.

                                  «без квантования», если таки пространство-время непрерывно и выражается действительными числами — гравитона не существует, ни как частицы, ни как квазичастицы.
                                  • 0
                                    Но, во-первых, это не имеет отношения к двум детекторам, это можно было бы измерить и на одном.

                                    Да, пожалуй, вы правы. Подумаю, как подправить статью.


                                    во-вторых, этот результат LIGO не имеет особой научной значимости

                                    Я так понимаю, это все равно наилучшая оценка не зависящая от модели, по крайней мере в статье так.


                                    А про гравитон — все, что я пытаюсь сказать, это что для цуга волн можно попробовать определить массу. Взаимодействовать он будет как волна, но это же обычное дело. С фононами, например, та же история, пока речь не доходит до квантования.

                                    • 0
                                      «Цуг гравитационных волн» переносит энергию и, соотвественно, имеет некоторую массу.

                                      P.S.
                                      Что ж до «оценка не зависящая от модели», как минимум, они опираются на красное смещение и ОТО. А если гравитоны есть, то нет ОТО, по крайней мере в том виде, в котором мы её знаем. Просто ещё одна независимая оценка в ряду других, конечно, низкой точности, но тоже независимая.
                                      • 0

                                        Я просто цитировал статью:


                                        This bound is approximately a factor
                                        of three better than the current Solar-System bound [92, 93],
                                        and ∼ three orders of magnitude better than the bound from
                                        binary-pulsar observations [97], but it is less constraining than
                                        model-dependent bounds coming from the large-scale dynamics
                                        of galactic clusters [95], weak gravitational-lensing observations
                                        [96], and the non-observation of superradiant instability
                                        in supermassive black holes [94].
                                        • 0
                                          Могу писать раз в час, поэтому отвечаю (скорее вопрошаю) сразу ко всем в этой ветке.

                                          1. С дисперсией не понятно, т.к. мы имеет просто короткий сигнал и ничего не можем сказать про его дисперсию по профилю. (Разве что речь идёт о микро отличиях скорости ГВ от световой). Мы можем его сравнивать только с моделью, чтобы понять, если дисперсия или нет. Но, понятно, что это очень условно, т.к. для моделирования в свою очередь надо опираться на параметры сигнала.

                                          2. Не понимаю, как можно тремя детекторами ограничиться для определения скорости. У нас три неизвестных: скорость и две координаты на небесной сфере. И два параметра задержки при трёх детекторах. Я так разумею, надо четыре прибора (если исключить вырожденные ситуации).
                                          • 0
                                            1. Ясное дело, не совсем корректно. Они рассчитывали форму сигнала изменяющейся частоты по ОТО, применяли красное смещение, как локальное, так и по трассе, и оценивали величину дисперсии, получили почти 0. Но, из величины малости дисперсии делается оценка массы гравитона, однако, если гравитон таки вдруг существует, то использование ОТО при расчёте формы сигнала и локальных красных смещений — некорректно.

                                            2. «требуется, как минимум, три детектора» — таки да, Вы абсолютно правы, лажа вышла. Ведь известно же трёх видимых спутников ГЛОНАСС маловато будет. (В прочем, есть одна гнилая отмазка — вращение Земли, пол километра в секунду)
                                            • 0
                                              Ага. В ГЛОНАСС, впрочем, скорость известна, зато неизвестно три координаты, включая высоту.
                              • 0
                                Вот тоже не понял этот момент. Изначально сообщалось, что по результатам первого детектирования получено ограничение снизу в 0.7с. Как получилось 20 знаков — здесь явно умалчивается.
                                • 0

                                  Я добавил в статью как я сделал оценку, и поменял точность — с 20 до 11 знаков:) Там из вычислений станет ясно, почему было ~20 раньше. Не претендую на однозначную правильность оценки скорости, но сама оценка массы гравитона говорит нам об очень близком к скорости света значении.

                                • 0
                                  Это возможно только в одном случае: когда источник лежит строго на прямой, проходящий через оба детектора.

                                  не верно, если известен источник волн, т.е. направление, то просто делим получившуюся величину на синус угла, или тангенс, или чего-то еще, с ходу не скажу), вообщем простая тригонометрия. проблема будет только в случае, если источник равноудален от обоих детекторов, т.е. образует равнобедренный треугольник. так как волны тогда придут на детекторы одновренеменно.
                                • –8
                                  А мне вот что непонятно с черными дырами: почему считается, что все что попало в черную дыру, не может оттуда выбраться? Что мы знаем о черных дырах? У них настолько сильная гравитация, что она притягивает к себе даже безмассовые частицы (свет). Но ведь сила их гравитации не бесконечна, следовательно, если в черную дыру залетит ракета, то при достаточном импульсе, превышающем силу гравитации черной дыры, она сможет вылететь подобно тому, как ракеты сейчас преодолевают гравитацию земную. Ведь если сила гравитации черной дыры не равна бесконечности, то и импульс для преодоления этой гравитации не обязательно должен быть равен бесконечности! Или нет?

                                  Вариант аннигиляции ракеты при прохождении горизонта событий не рассматриваем. В последнем выпуске «спросите Итана» подробно излагалось, почему при пересечении горизонта событий большой черной дыры этой аннигиляции не произойдет.
                                  • +10

                                    "Космическая" скорость для преодоления гравитации ЧД должна превышать скорость света, а тк скорость света ничто не может превысить, то и вырваться из ЧД ничто не может.

                                    • –1
                                      Опять не понял — почему все упирается в скорость? Ведь мы же говорим о направлении движения внутри черной дыры безотносительно скорости.
                                      Я так понимаю, что законы физики в черной дыре не сильно-то и отличаются от земных. Выше плотность, больше масса — оппа! Вот вам и горизонт событий. Но ведь земную гравитацию преодолевать-то умеем? Значит можно преодолеть и более сильную гравитацию в рамках тех же законов физики.
                                      Может пока мы не можем наблюдать космические тела, которые смогли пролететь сквозь черную дыру, ввиду того, что некому было задать им достаточно сильный импульс?
                                      • +3

                                        Физика в смысле притяжения — не особо и отличается. А почему скорость — тут на вики хорошо написано.

                                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                          • 0
                                            Насчёт орбиты вы ошибаетесь. Нет никаких орбит под горизонтом (если не считать орбитой движение на центр). Я вам больше скажу, нет устойчивых орбит и над горизонтом. Там кинематика совсем непохожа на кеплеровскую. Там пипец какая математика, скажу я вам, как человек, занимавшийся этим вопросом. Разумеется, ничего точно там посчитать нельзя.
                                            • +1
                                              Тем не менее под горизонтом возможны замкнутые времениподобные кривые (=«очень странные орбиты»).
                                              Я понимаю, что без сурового матана никак, но если попробовать на пальцах, то на горизонте ЧД скорости света равна вторая космическая (скорость убегания). Орбитальная скорость (первая космическая) в корень из двух раз меньше. Какое-нибудь нейтрино со скоростью близкой к c и под правильным углом может болтаться под горизонтом ЧД бесконечно долго. Более того, для очень сильно изолированной ЧД, в которой испарение преобладает над поглощением, через очень, очень, очень длительный промежуток времени такое нейтрино сможет даже выбраться из-под горизонта (точнее, горизонт может сдуться настолько, что нейтрино окажется снаружи).
                                              • +6
                                                1. Да ну нет же! Какие корень из 2?! Корень из 2 — это ньютоновская механика. На горизонте и первая и вторая космическая совпадают, и равны скорости света. Если вы уж рассуждаете в терминах 1 и 2 космических скоростей, то говорите уж тогда о кинетической энергии, которая должна отличаться в 2 раза. Для параболической траектории K=-П, для круговой К=-П/2 (П — потенциальная энергия). А для при ультрарелятивистских скоростях если ваш объект имеет энергию К/2 и скорость близкую к «с», то при энергии К, его скорость будет чуток ближе к «с», т.е. по сути такая же.

                                                2. Под горизонтом невозможны замкнутые орбиты! Движение возможно только к центру! А замкнутая орбита подразумевает участки, где движение происходит от центра. Что невозможно. Как любят говорить, под горизонтом время и пространство меняются местами.

                                                Я вам больше скажу, в «наивной» системе координат (t, r), если её тупо продлить (через особенность на горизонте) внутрь ЧД, то в ней в один и тот же момент времени будет существовать два тела: одно медленно падает в ЧД, другое под горизонтом летит в центр ЧД. но назад во времени (ну или «зеркально» приближается к горизонту изнутри).

                                                Разрешение этого парадокса состоит в том, что система координат (t,r) «неправильная». Лучше использовать координаты Крускала, не имеющие особенности на горизонте. Зато в них возникает две протяжённые сингулярности: сингулярность прошлого и сингулярность будущего.
                                                • 0
                                                  2 — vanxant, видимо, про вращающиеся ЧД, где, если верить Кауфману, такое (и много чего еще) возможно.
                                              • 0
                                                Как специалист, можете рассказать подробнее про орбиты над горизонтом и что именно происходит в момент пересечения горизонта? Если, к примеру, атом / электрон / фотон падают на черную дыру?
                                                • +2
                                                  Падение в шварцшильдовскую чёрную дыру скучно до безобразия. Если дыра небольшая, то вас ещё бы могло позабавить приливное ускорение. Но в случае ЧД галактического масштаба ничего замечательно ожидать не стоит.

                                                  Если смотреть вперёд, перед вами будет всё разрастающееся чёрное поле. В то же время звёзды сзади будут из-за аберрации света скучиваться у малом угле и покраснеют. Горизонт событий вы никак не заметите, кроме того, что станет темно, т.к. свет из внешней вселенной испытает предельное красное смещение и соберётся в точку позади вас.

                                                  В общем это не будет ничем отличаться от набора световой скорости в обычном пространстве. Впрочем только без ускорения, в том смысле, что будет сохраняться невесомость.

                                                  После горизонта за конечное время (что-то сейчас не могу сообразить за какое, пусть за R/c) вы грохнитесь в сингулярность, возле которой приливное ускорение-таки вас прикончит. И никто из тех, кто упал туда раньше, там вас ждать не будет.
                                                  • 0
                                                    не хватает: «Тем времени с наружи....» :)
                                                • 0
                                                  Какая там математика? Распишите подробнее.
                                              • +1
                                                Мне думается это как представить себе большой такой водоворот в который постоянно льется огромный поток воды и игрушечный кораблик который пытается из него (этого водоворота) выплыть, вот только вода всегда будет течь быстрее чем гипотетически возможная скорость кораблика, так и само пространство падает в черную дыру со скоростью которую невозможно достичь в нашей вселенной.
                                                • –1
                                                  Я кажется вас понял. Ваш вопрос можно перефразировать так: «Вылетит ли обьект из ЧД, если он будет лететь с постоянной скоростью V относительно центра ЧД, по направлению перпендикулярную поверхности ГС?». Я вас правильно понял?
                                                  • +3
                                                    Рассматривайте черную дыру несколько по другому. Само пространство-время искривлено таким образом, что любые мировые линии начинающиеся под горизонтом заканчиваются в сингулярности. Т.е. не важно как и куда и каким образом движется ваша ракета, сама геометрия пространства делает, грубо говоря, приблищение к сингулярности timelike координатой, это уже не «пространство куда мы летим» а неизбежное будущее.
                                                    • 0
                                                      тогда возникает вопрос: «а каково тогда растояние до сингулярности для объекта внутри самой чёрной дыры?»
                                                    • 0
                                                      Чтобы придать объекту ускорение — нужен импульс, нужно от чего то отталкиваться(2й закон Ньютона).
                                                      Так вот чтобы взлететь с ЧД — нужен импульс гораздо больше скорости света, что в принципе недостижимо.
                                                      • +1
                                                        Потому что ракета движется за счет скорости вылетающего вещества — это принцип реактивного движения. Таким образом ракета получает импульс — свою движущую силу. Импульс, если я еще что-то помню из физики, — это произведение массы (здесь, вылетающего вещества) на скорость (того же вещества). И чтобы преодолеть притяжение черной дыры, импульс должен быть настолько велик, что либо скорость вылетающего вещества должна превышать скорость света, либо масса вылетающего вещества должна быть больше массы всего корабля (месте с топливом).
                                                    • +3
                                                      Гравитация — не сила, а следствие искривления пространства-времени. Внутри чёрной дыры пространство искривлено так, что все направления ведут в её центр (примерно как снаружи неё направление времени указывает в будущее: независимо от импульса, в прошлое не попанешь). Поэтому из чёрной дыры не выбраться.
                                                      • 0
                                                        да, энергия черной дыры не бесконечна, но черной дырой именно и называют объект, который уже обладает достаточным притяжением для удержания СВЕТА.
                                                        т.е. вы рассуждаете не о черной дыре, а об объекте максимально приближающемся к ней по свойствам.
                                                        • 0
                                                          Почему не может? Может! Другое дело, что не так, как Вы пишите.

                                                          Мы, с подавляющей вероятностью, имеем дело с колапсарами, у которых всё вещество приблизилось к горизонту событий, но его ещё не пересекло. Так что при слиянии чёрных дыр (колапсаров), в принципе возможны, как гамма всплески, так и всякое разное.

                                                          А вот ракета это ж вряд ли :)
                                                        • 0
                                                          Я правильно понимаю, что даже улавливая гравиволны мы все равно не сможем заглянуть за сферу Хаббла?
                                                          • +1

                                                            Увы, никак… скорость света она такая...

                                                          • 0
                                                            2 солнечных массы превратились в энергию меньше чем за секунду, это намного более грандиозное явление чем взрыв сверхновой.

                                                            Представляя черную дыру как всепоглощающий объект мне сложно понять механику, каким образом у него единомоментно «отобрали» такое количество массы/энергии
                                                            • +1

                                                              Там в конце статьи есть хорошее видео на эту тему. А по сути — любые объекты, движущиеся с переменным ускорением, излучают гравитационные волны. В случае ЧД — это не движение сингулярностей, а горизонт событий излучает (гравитационные волны изнутри горизонта событий бы не вышли). А раз есть излучение, значит, теряется энергия, в случае слияния дыр это кинетическая энергия их движения (скорость в 0.6 скорости света!), которая переходит в излучение. А из-за эквивалентности массы и энергии, для ЧД потеря энергии — это потеря массы.

                                                              • 0
                                                                Грубо говоря, в моделях по которым всё считается, сравнивается с наблюдениями и создаётся видео, внутри горизонта событий массы нет, она равна 0, вся масса над горизонтом событий, хотя и вблизи неё.
                                                            • 0

                                                              "С другой стороны, масса ЧД зависит от количества металлов в ней, поэтому по измеренным массам ЧД можно сказать, насколько молоды были звезды, из которых они образовались"
                                                              Глупый, возможно, вопрос, но речь ведь идет про количество металла в материнской звезде, а не самой ЧД? Всегда думал, что в таких условиях вещество теряет все признаки, делающие его металлом или неметаллом.

                                                              • 0

                                                                И о том, и о том. Там на самом деле может быть два случая — когда в звезде было много металлов, а ЧД существовала короткое время, и когда в звезде было мало металлов, но ЧД очень долго существовала, и успела поглотить кучу материала.


                                                                Вещество действительно теряет все признаки, но чтобы достичь такой массы, ЧД необходимо поглотить вещество, и если бы она поглощала водород, например, она никогда бы не набрала достаточно вещества. Поэтому делается вывод, что должна была поглощать тяжелые элементы.


                                                                А, и металл в данном контексте — все элементы тяжелее гелия (ох уж эти астрофизики!)

                                                                • 0
                                                                  но чтобы достичь такой массы, ЧД необходимо поглотить вещество, и если бы она поглощала водород, например, она никогда бы не набрала достаточно вещества.

                                                                  Почему это? Даже в звездах с высокой металличностью содержание элементов тяжелее гелия считанные проценты. И почти все они продукт термоядерных реакций гелия и водорода. Откуда в межзвездном пространстве взяться значительным количествам металлов, чтобы черная дыра могла расти за их счет?
                                                                  • 0

                                                                    Есть такая штука как звездный ветер. Если ЧД находятся внутри плотного кластера, то таким образом может забиться довольно много вещества.

                                                                    • 0
                                                                      Ну так звездный ветер это вещество из атмосферы звезды, которая всегда имеет пониженную металличность, по сравнению со ядром звезды. Ну и интересно прикинуть оценку массы звездного ветра которую может поглотить ЧД. Пусть даже в скоплении. Потери масс от звездного ветра для наиболее активных звезд оцениваются в 10(-8) массы звезды. Если принять невероятную ситуацию что в скоплении на расстоянии половины светового года находится миллион таких звезд то в год ЧД будет поглощать где то 10(-23) массы звезды. Сильно ее массу это не увеличит. Поправьте, если ошибаюсь.
                                                                      • +1

                                                                        Я в этом совсем не эксперт, но попробую ответить. Цитируя статью:


                                                                        The measured masses robustly demonstrate that relatively “heavy” black holes (& 25 M) can form in nature. This
                                                                        discovery implies relatively weak massive-star winds and thus the formation of GW150914 in an environment
                                                                        with metallicity lower than ' 1/2 of the solar value. The low measured redshift (z ' 0.1) of GW150914 and the low inferred metallicity of the stellar progenitor imply either binary black-hole formation in a low-mass galaxy in the local Universe and a prompt merger, or formation at high redshift with a time delay between formation and merger of several Gyr.

                                                                        Собственно, речь идет о том, что для формирования таких ЧД нужен не сильный звездный ветер, а достаточно слабый (Z это металличность по сравнению с солнечной)



                                                                        Думаю, тут дело как раз в том, как формировались ЧД, и что было со звездами, а не что поглощали после, и я был не прав в прошлом комментарии.

                                                              • –2
                                                                Я дико извиняюсь, но две чёрные дыры не могут столкнуться. Точнее они могут находиться рядом без взаимного ускорения. Дело в том что чёрная дыра может только притягивать внешние объекты своей гравитацией, но реагировать на чужую гравитацию просто не в состоянии.
                                                                Хотя можно «написать» что может реагировать, и тогда за горизонт событий можно будет кататься как за город на дачу.

                                                                Регистрация гравитации доказана гораздо раньше, и более простым способом — атомными часами. Причём полученные данные теперь используются для коррекции часов на спутниках навигации.
                                                                • 0

                                                                  Это очень сильное утверждение, насчет того, что они не могут столкнуться. Почему вдруг?


                                                                  И речь идет не о регистрации гравитации, но о гравитационных волнах, а это несколько другое.

                                                                  • 0
                                                                    Почему не могут?
                                                                    С точки зрения первой ЧД вещество, составляющее вторую ЧД, ещё не успело упасть под горизонт событий (оно застыло в вечном падении где-то очень близко к горизонту, но снаружи, из-за наблюдаемого замедления времени). Поэтому гравитация первой ЧД ещё может это вещество «догнать».
                                                                    Аналогично наоборот.
                                                                    • 0
                                                                      Под действием «чужой» гравитации горизонт событий просто переместится/изменит форму, почему нет?
                                                                      • 0
                                                                        Гравитация — не сила, а следствие искривления пространства-времени.
                                                                        (как сказал выше 3al).

                                                                        • 0
                                                                          Вот, человек тоже нарисовал график кривизны пространства с проекцией двух сверхмассивных объектов.
                                                                          Скатиться вниз по такому графику можно только в направлении сверхмассивного объекта. Однако между двумя подобными объектами график взлетает в небеса, практически до вменяемой гравитации.
                                                                          Более того.
                                                                          Чёрная дыра почти всегда неподвижна, так как получает внешний материал равномерно по всей площади. Но в случае явного перекоса, например притягивания звезды под прямым углом (прямо в центр) — чёрная дыра приобретёт импульс движения этой звезды. В случае двух чёрных дыр на «близком» расстоянии — подобный перекос получается автоматически. И для того чтобы эти две ЧД столкнулись — необходимо очень много внешнего материала, минимум половину их собственной массы. Иначе подобное событие никогда не случится.

                                                                          А шанс начальных векторов на 100% столкновения двух ЧД — ничтожно мал. Шанс застать такое событие ещё при собственной жизни — просто равен нулю.
                                                                          Возможно где-то во вселенной произошло подобное событие, и не один раз. Но нас там ещё не было, и это хорошо.
                                                                          • 0
                                                                            Для начала, неподвижна относительно чего?
                                                                            • 0
                                                                              Начальный вектор движения есть у всех звёзд, планет, и так далее. Но основное отличие ЧД от всего остального — что её вектор движения почти всегда не меняется. А учитывая массу — можно утверждать что всё остальное крутится вокруг неё, как минимум это удобная точка отчёта.

                                                                              ЧД может сместить вектор своего движения, в случае прямого попадания в неё другой звезды. Не захвата на внешнюю орбиту с последующим разрушением — а прямого удара прямо в центр ЧД. В случае захвата — первоначальный импульс рассеивается практически до нуля.
                                                                              Прямое попадание — событие настолько редкое, что ни одного подобного события ещё не фиксировалось.
                                                                              • 0
                                                                                Масса ЧД не обязательно зашкаливающе велика (сотни, тысячи солнечных и даже выше). В данном случае наблюдали слияние ЧД с массами в десятки солнечных, что сравнимо с массами довольно большого количества звёзд (как известно, самые массивные звёзды имеют массу более 200 солнечных). Соответственно, в случае гравитационно близкого расположения ЧД и звезды с массой в десяток-другой солнечных, ЧД будет вращаться вокруг общего центра масс, как обычная звезда.
                                                                                • 0
                                                                                  т.е. вы утверждаете что закон сохранения импульса для ЧД и звезды не солюдается?
                                                                        • 0
                                                                          А есть какие-либо объяснения по поводу скорости гр.волн? Почему она равна скорости света?
                                                                          • 0

                                                                            По сути, гравитон — частица с нулевой массой в ОТО, а частицы с нулевой массой распространяются со скоростью света. Есть модификации ОТО, где гравитон имеет массу, и, соответственно, движется медленнее, но данный эксперимент показывает, что эта масса должна быть чрезвычайно мала.

                                                                            • 0
                                                                              А как оно взаимодействует с материей?
                                                                              Большой кусок материи получается излучает гравитоны, и они каким-то образом создают притягивающую силу воздействующую на материю?
                                                                              • +1
                                                                                Согласно ОТО нет никакой такой притягивающей силы, есть тупо геометрия кривого пространства. Пролетающий гравитон, соответственно, просто плющит и колбасит пространство-время на своём пути, причём до прихода следующего гравитона эта сплющенность сохраняется. А дальше, если в этой точке пространства есть какая-нибудь материя, её начинает сносить в ту или иную сторону в процессе её движения в пространстве-времени (в т.ч. только во времени).
                                                                                • 0

                                                                                  Согласно ОТО нет вообще гравитонов. Они есть в спекулятивных расширениях.

                                                                                  • 0

                                                                                    Частицы нет, но это не мешает рассматривать псевдочастицу, безо всякого квантования (просто как цуг волн).

                                                                              • 0
                                                                                поправьте если я не прав, но имеет ли смыл говорить о частицах в отношении классической теории, которая к тому же с квантовой механикой «не дружит»?
                                                                                • 0

                                                                                  Нет, не имеет, вы правы. Я несколько вольно кидаюсь словом "частица". Можно либо предположить, что гравитация все же квантуется, и тогда говорить о массе гравитона, или просто определять энергию цуга волн и пересчитывать в массу просто формально.

                                                                            • 0
                                                                              А ведь раз они разогнались до 60% от скорости света, то для какого-нить наблюдателя это, без сомнения, эпичное событие происходило в slow-motion! Ну то есть скорость растет, время уменьшается… И да, я понимаю что наблюдатель скорее всего должен был стоять прямо на поверхности черной дыры, что невозможно по ряду причин(как минимум отсутствие поверхности у черной дыры), но все же! Вот прямо апогей крутости!
                                                                              • 0
                                                                                А какие есть идеи по поводу происхождения дыр таких масс?
                                                                                • 0

                                                                                  Как и обычно — коллапс звезд. Есть два возможных канала формирования — в динамическом окружении плотных звездных кластеров, и в изоляции. В зависимости от этого время жизни ЧД сильно отличается, и их поведение тоже. Например, при образовании в кластере их может вытолкнуть из кластера за счет динамического взаимодейтсвия с другими звездами, и только после этого они сольются, но сам процесс займет достаточно короткое время.

                                                                                • 0
                                                                                  Сам процесс слияния занял меньше секунды


                                                                                  Сложно даже вообразить. Пытаясь мысленно представить как это выглядело, наталкиваешься на проблему: происходит слияние (читай: столкновение) двух объектов, выделяется энергия, кучи осколков разлетающихся в разные стороны… а тут… либо я совершаю грубую ошибку пытаясь представить ЧД, как материальный объект/шарик/кубик, да не важно что, который сталкивается с другим… либо что-то должно же происходить еще?
                                                                                  Или за счет огромной гравитации, ни энергия, ни частицы, ни что в итоге, просто не может вырваться при этом?

                                                                                  Извиняюсь за сумбур, надеюсь правильно и понятно описал свой вопрос.
                                                                                  • +1

                                                                                    Частиц там в общем нет (ЧД все же), а энергия выходит, в виде гравитационных волн, и это как раз мы наблюдаем.
                                                                                    Как-то так:


                                                                                    • 0
                                                                                      Прочитал описание на youtube, но не всё понятно. Прошу помочь разобраться.
                                                                                      Кривизна двумерной поверхности в точке (x, y) в ролике соответствует кривизне реального пространства в точке (x, y, 0) в плоскости орбит ч. дыр? Или z двумерной поверхности соответствует кривизне реального пространства?
                                                                                      Какой смысл во всплесках на 0:40-0:55 выше уровня плоскости? Правильно я понимаю, что это не отрицательная гравитация? Тогда, что это?
                                                                                      Цвет отображает скорость течения времени (красный — время сильно замедлено). Это нормально, что темп времени не пропорционален кривизне пространства (хорошо заметно на 0:48)?
                                                                                      Почему всплески на 0:54 не симметричны?
                                                                                      • 0
                                                                                        Кривизна двумерной поверхности в точке (x, y) в ролике соответствует кривизне реального пространства в точке (x, y, 0) в плоскости орбит ч. дыр? Или z двумерной поверхности соответствует кривизне реального пространства?

                                                                                        Я не очень понял, что вы имеете ввиду, но я думаю, что кривизна реального пространства.


                                                                                        Какой смысл во всплесках на 0:40-0:55 выше уровня плоскости? Правильно я понимаю, что это не отрицательная гравитация? Тогда, что это?

                                                                                        Тут не показан фоновый уровень кривизны, так что думаю, до антигравитации не доходит. Но в целом, может быть даже и так, ничего страшного.


                                                                                        Про время не скажу, а про всплеск — так ЧД разных масс, оттуда и ассиметрия.

                                                                                  • 0

                                                                                    Кстати, вчера читал статью, в которой рассматривается горизонт событий как поверхность отражающая гравитационные волны.
                                                                                    Вроде сравнение с данными этому благоволит на уровне 3 сигм.

                                                                                    • +3

                                                                                      О, а можно ссылочку?

                                                                                    • 0
                                                                                      А что на счет приливных сил?
                                                                                      По идее они должны быть колоссальной силы или нет?
                                                                                      Ведь ничто не в силах изменить форму горизонта событий?
                                                                                      Это же сфера где внешняя поверхность определена скоростью убегания равной С?
                                                                                      Всё таки интересно как дыры сливаются?
                                                                                      И каков объём полученной черной дыры? сумме объёмов — улетевшая энергия?
                                                                                      И как я понял чем массивнее черная дыра тем ниже ёе плотность.?
                                                                                      И из этого вытекает не привычный по жизни факт т.е. если мы удвоим объём черной дыра то её масса не вырастет в 2 раза?

                                                                                      • 0
                                                                                        Почитал вики про черные дыры. Попробовал вывести формулу зависимости объёма черной дыры от её массы.
                                                                                        Гравитационный радиус черной дыры R = (2GM)/C^2
                                                                                        Объём сферы (4*pi*r^3)/3
                                                                                        Попробовал посчитать увеличение объёма черной дыры при удвоении массы…
                                                                                        У меня получилось в 8 раз… (Скорее всего ошибаюсь)
                                                                                        Что не сходиться с обычными представлениями V увеличили в 2 раза и масса тоже возросла в 2 раза.
                                                                                        Но сходиться с интересным фактом как только 2 горизонта событий соприкоснуться тут же возникнет 3 под которым поместяться первые 2.
                                                                                        Еще раз повторюсь скорее всего ошибаюсь
                                                                                        Кто из тех кто в теме может подскажите правильные ли мысли?
                                                                                        • 0

                                                                                          2 одинаковые ЧД сложив без учета разрушения ЧД и гравволн получим чд объемом в 8 раз больше, а линейный размер в 2 раза больше и "плотность" в 4 раза меньше.


                                                                                          В принципе внутри ЧД могут существовать свои ЧД.

                                                                                          • 0
                                                                                            Это ж вряд ли, если ОТО верно, то внутри ЧД другие ЧД невозможны.
                                                                                            • 0

                                                                                              внутри ЧД такое же пространство как и во вне… в нем тоже могут быть и ЧД и астероиды и т д

                                                                                              • 0
                                                                                                Согласно ОТО внутри ЧД совсем другое пространство, в частности, движение возможно только от горизонта событий в сторону центра.
                                                                                                • 0

                                                                                                  А по кругу?

                                                                                                  • 0
                                                                                                    По кругу точно не может. При вращающихся чёрных дырах там сингулярности хитро расположены и траектории падения могут быть хитрыми, но на обычное пространство это совсем не похоже.
                                                                                                    • 0

                                                                                                      ""Итак, начнем с сугубо теоретического результата — в середине апреля 2011 года появилась замечательная работа доктора физико-математических наук сотрудника Института ядерных исследований РАН Вячеслава Докучаева. В ней автор исследовал черные дыры Керра и Райсснера-Нордстрема. В частности, физика интересовало, что может происходить внутри черной дыры? Имеется ли там некий порядок, или же вся внутренность горизонта событий заполнена хаотически мечущимися вокруг сингулярности частицами?


                                                                                                      Как оказалось, в двух описанных случаях некое подобие порядка (по крайней мере, в некоторой части внутренности горизонта) имеется. Дело в том, что для дыр Керра и Райсснера-Нордстрема внутри горизонта событий существует так называемый горизонт Коши. Он ограничивает регион, где уравнения движения теории относительности имеют решения, то есть траектории частиц поддаются описанию. Оказалось (и это совершенно нетривиальный результат), что внутри дыры для массовых и безмассовых частиц есть устойчивые замкнутые траектории. Попав на такую траекторию, частица будет летать вокруг центральной сингулярности, почти как планета вокруг Солнца (устойчивость означает, что несмотря на небольшие “толчки” частица будет стремиться вернуться на эту орбиту). “Почти” здесь стоит потому, что в отличие от “скучных” эллиптических траекторий внутри дыры частицы могут летать по очень хитрым спиралям.


                                                                                                      Надо сказать, что автор делает из полученного результата довольно фантастические, но крайне занимательные выводы. Например, внутри такой дыры могут существовать аналоги планет. Это тем более возможно, что плотность черной дыры обратно пропорциональна квадрату ее массы — например, черная дыра массой в миллиард солнечных (известны дыры, чьи массы составляют десятки миллиардов солнечных) имеет плотность около 20 килограммов на кубический метр, что много меньше, скажем, плотности воды (1000 килограммов на кубический метр).""


                                                                                                      http://lazarev.org/ru/interesting/full_news/chudesa_singulyarnosti._chernye_dyry_prodolzhayut_udivlyat_astronomov/

                                                                                                      • 0
                                                                                                        Однако заметим, «могут существовать» не совсем корректное выражение. Эта теория, как и многие другие исследования черных дыр, описывает такие времена, которые для нас соответствую бесконечно удалённому будущему и концу Вселенной.

                                                                                                        А у данных сталкивающихся чёрных дыр, ещё ни одна частица не пересекла горизонт событий. Мало того, кое какие частицы, возможно, в результате слияния вообще выкинуло из окрестностей горизонта событий обратно во внешний мир.

                                                                                                        Кроме того, ввиду излучения Хокинга и все остальные оставшиеся частицы тоже так и не пересекут горизонт событий, т.к. он исчезнет ввиду испарения чёрной дыры. Так что, скорее всего, под горизонтом событий ничего не было, нет и ничего никогда не будет.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          P.S.
                                                                                                          не «и концу Вселенной», а «или концу Вселенной в результате её коллапса». Как мне кажется, только при коллапсе всей Вселенной целиком не будет излучения Хокинга и мы все дружно сможем пересечь «горизонт событий» и познакомится с «сингулярностями» :)
                                                                                                          • 0
                                                                                                            1. излучения Хокинга не подтверждено.
                                                                                                            2. "у данных сталкивающихся чёрных дыр, ещё ни одна частица не пересекла горизонт событий" — уверены? падающая материя действительно для внешнего наблюдателя замирает на горизонте, но горизонт сам по себе активна штука и он может расти, при этом он не отталкивает материю вокруг себя.
                                                                                                            3. "в результате слияния вообще выкинуло из окрестностей горизонта событий" — в принципе может выкинуть и из под горизонта событий.
                                                                                                            • 0
                                                                                                              Горизонт событий растёт таким образом, что всё остаётся снаружи.

                                                                                                              Из под горизонта событий выкинуть не может, в момент пересечения горизонта событий время во внешнем мире уже ушло в бесконечность, не куда выкидывать :)
                                                                                                              • 0

                                                                                                                Рассмотрим коллапс нейтронной звезды по массе.
                                                                                                                Часть материи будет находиться сразу внутри ЧД или по вашему предположению ее вытеснит на поверхность? по мере падения новой материи на ЧД горизонт будет расти вытесняя материю от центра?


                                                                                                                В общем, ваша позиция с точки зрения ОТО сомнительна, но с точки зрения многочисленных ее расширений вполне возможна.

                                                                                                                • 0
                                                                                                                  Нет, именно с точки зрения чистой ОТО при коллапсе нейтронной звезды её, грубо говоря, «вывернет». Искривление пространства это Вам не хухры-мухры, это можно только посчитать, интуиция мало помогает. Вы как получали сигналы из центра нейтронной звезды, так и продолжите их получать до скончания времён, только с нарастающим красным смещением.

                                                                                                                  С точки зрения классической ОТО, в принципе, могут существовать «изначальные» чёрные дыры, но пока ни одной такой дыры не обнаружено.

                                                                                                                  Всё что имеем, это коллапсары — продукт коллапса материи у которых вся масса и всё вещество находится над горизонт событий.
                                                                                                                  • 0
                                                                                                                    Но ведь при накоплении нейтронной звездой массой немного меньшей критической, внешнего вещества, перетекающего например со звезды-компаньона в двойной системе, по достижении критической массы произойдёт «тихий коллапс» без выброса вещества наружу, и вещество окажется внутри горизонта событий.
                                                                                                • 0
                                                                                                  Зависит от ЧД, для гигантских может быть. Грубо, если взять дыру в центре нашей галактики и поделить диаметр на массу, у неё внутри может теоретически оказаться несколько сот тысяч компактных объектов (белых карликов, нейтронных звёзд и ЧД звёздной массы). Ну типа они там изначально жили-были, их всё прибывало, и в конце концов совместными усилиями они таки свернули горизонт событий вокруг себя.
                                                                                                  При этом радиус компактных объектов порядка 10-20 км, а средние расстояния между ними — сотни миллионов км. Столкновения между ними в таких условиях возможны, но маловероятны, т.е. по большей части они должны до сих пор летать. Решения Керра и пр. это всё для изначально равномерного (сферически симметричного) распределения плотности, а тут всё явно не так и они не подходят. ОТО вообще крайне паршиво работает со сложными конфигурациями, даже для двух массивных тел аналитически получить совокупную метрику невозможно. Только считать…
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Если посчитаете правильно как именно будет «сворачиваться горизонт событий вокруг них», то окажется, что всё вещество «белых карликов, нейтронных звёзд и ЧД звёздной массы» будет над получившимся горизонтом событий. Грубо говоря всё вывернется на изнанку и будет видно снаружи до скончания времён. :)
                                                                                                    • 0
                                                                                                      С чего бы это вдруг? Какие такие силы возьмут всё и вывернут? Откуда энергия возьмётся?
                                                                                                      Как вообще наблюдатель внутри может заметить появление горизонта, не пытаясь сквозь него выбраться?
                                                                                                      • 0
                                                                                                        А он и не заметит, это же эффекты искривления пространства. И силы здесь не нужны и энергия не особо требуется.

                                                                                                        Скажем если взглянуть на нейтронную звезду, то, ввиду искривления, будет видно заметно больше одного полушария, а чёрную дыру типа коллапсар видно всю, включая внутренности.

                                                                                                        Или, скажем, возьмём наружного наблюдателя, внутреннего наблюдателя и линию связи (провод, гравволны — не важно). И пусть вокруг внутреннего наблюдателя собирается вещество не нулевой плотности (газ, пыль, белые карлики, нейтронные звёзды и ЧД звёздной массы). Рано или поздно получится чёрная дыра. При этом наружный наблюдатель будет постоянно иметь двустороннюю связь с внутренним наблюдателем до скончания времён, естественно с красным смещением наружу и фиолетовым внутрь.

                                                                                                        А когда (если) чёрная дыра испарится в виду излучения Хокинга, то и красное с фиолетовым смещением исчезнут и они смогут общаться как обычно. Только локальное время у них будет разным, такой вот «парадокс близнецов» получается.
                                                                                              • 0
                                                                                                Плотность ЧД, да такая!

                                                                                                Замечу, что т.к. в ЧД всё находится выше горизонта событий, то слияние двух горизонтов событий в третий происходит таким образом, что всё-фсё остаётся выше горизонта событий :)
                                                                                                • 0
                                                                                                  Это радиус горизонта событий. Вся масса и плотность сконцентрированы в одной точке — в центре.
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Сиё утверждение, скорее всего, неверно. Вся масса сосредоточена в небольшой окрестности над горизонтом событий.
                                                                                                    • 0

                                                                                                      Почему?

                                                                                                      • 0
                                                                                                        Грубо говоря, при приближении к горизонту событий время «замедляется». В частности, Вы, вероятно знаете, что Вы никогда не увидите, что бы что-то пересекло горизонт событий. Для Вас вся масса, всё вещество находится выше сферы Шварцшильда.

                                                                                                        Однако, это ещё не всё. При слиянии двух колапсаров (чёрных дыр) Вы увидите, как это вещество, в окрестностях над горизонтом событий, взаимодействует друг с другом. При этом, Вы ни одну частицу вещества обоих колапсаров не потеряете из виду. Причём результаты этого взаимодействия: гравитационные волны, гамма излучение, а, не исключено, что и некоторые массивные частицы могут покинуть сливающиеся чёрные дыры.

                                                                                                        Скажем возьмём две чёрные дыры, в каждую кинем по космонавту. Вроде бы, у каждого путь только в один конец. Однако, подождём пару миллиардов лет и столкнём эти чёрные дыры, в принципе, в результате слияния у них есть шансы вылететь назад.

                                                                                                        Если рассмотреть процесс слияния с точки зрения падающего на чёрную дыру космонавта, то получится что падал зла не чуял, но на N-ой секунде падения за какие-то микросекунды до сферы Шварцшильда прилетел откуда-то другой космонавт и вышиб наружу.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          а если предположить что чд и правда испаряются, то все еще интереснее — ты падаешь, падаешь. уже подлетаешь к горизонту и тут — бац! — черная дыра внезапно скукоживается, испаряется и исчезает прямо перед носом!
                                                                                                          • 0

                                                                                                            А разве большую часть массы не составляет вещество от звезды, туда схлопнувшееся после сверхновой?

                                                                                                            • 0
                                                                                                              Да, большую часть массы в окрестностях над горизонтом событий черной дыры образовашейся в результате колапса сверхновой составляет вещество этой звезды.

                                                                                                              При этом ни одна частица этой сверхновой не достигает и не пересекает горизонт событий. И, если черные дыры будут сливаться или испарятся, то у них есть шанс вернуться в открытй Космос. Просто время течёт по разному, да и пространство сильно искривлённое. Например, с помущью гипотетической лазерной пушки можно в них выстрелить, причём имульс их настигнет ещё до пересечения сферы Шварцшильда.
                                                                                                              • 0

                                                                                                                Хм, а можно ссылочку на это?

                                                                                                                • +1
                                                                                                                  К сожалению, лично мне неизвестны ссылки на что-нибудь популярное, типа: “Коллапс звезды в картинках” или “для чайников”. Ландау, Лившиц — наше всё. Но что б не быть голословным в вопросе того, что центр коллапсирующей звезды остаётся всегда на связи, конечно с красным смещением, так же как и поверхность. Приведу цитату из Мизера, Торна, Уиллера, “Гравитация”

                                                                                                                  Упражнение 32.2. Красное смещение в ходе коллапса

                                                                                                                  а. Пусть радиопередатчик, расположенный на поверхности коллапсирующей звезды, испускает монохроматические волны с длиной волны λисп и пусть удаленный наблюдатель, имеющий те же, что и передатчик, угловые координаты θ и Φ, принимает эти волны.

                                                                                                                  Покажите, что при больших значениях времени принимаемая длина волны изменяется по закону:
                                                                                                                  λпринисп ~ e-t/4M (32.8а)
                                                                                                                  [уравнение (32.6)], где t — собственное время удаленного наблюдателя.

                                                                                                                  б. Используя кинетическую теорию для выходящих фотонов (закон сохранения плотности в фазовом пространстве, т. е. теорему Лиувилля, §22.6), покажите, что поток энергии принимаемого излучения [эрг/(см²⋅с)] изменяется по закону:

                                                                                                                  F ~ e-t/M (32.86)

                                                                                                                  в. Предположим, что ядерные реакции в центре звезды порождают нейтрино с энергией Eисп и эти нейтрино свободно летят наружу (поглощение нейтрино в звезде пренебрежимо мало). Покажите, что энергия каждого нейтрино, принимаемого удаленным наблюдателем, уменьшается при больших временах по закону:

                                                                                                                  Eприн/Eисп ~ e-t/4M (32.9а)

                                                                                                                  г. Покажите, что поток энергии нейтрино уменьшается при больших временах как:

                                                                                                                  F ~ e-t/2M (32.96)
                                                                                                                  • 0
                                                                                                                    P.S.
                                                                                                                    Впрочем, читая дискуссии на этот счёт, надо бы когда-нибудь что-нибудь типа: “Коллапс звезды в картинках” или “для чайников”.
                                                                                                                    • 0

                                                                                                                      Для чайников не надо. Лучше как раз с формулками. В вашей цитате я так и не нашел, почему


                                                                                                                      При этом ни одна частица этой сверхновой не достигает и не пересекает горизонт событий.
                                                                                                                      • 0

                                                                                                                        На всякий случай: я вас неправильно понял, можно ничего не объяснять:)

                                                                                                                        • +2
                                                                                                                          Грубо говоря, потому, что горизонт событий это координатная особенность искривления пространства времени. По мере коллапса непрозрачного вещества сначала внешний наблюдатель получает фотоны больше, чем от одного полушария, потом от всей поверхности, а потом возникает эта особенность.

                                                                                                                          С нейтрино в чём-то аналогично, направление на центр коллапсирующей звезды от наблюдателя размывается.

                                                                                                                          Если будете пытаться понять по «Гравитации», то я забыл процитировать следующее упражнение:
                                                                                                                          д. Объясните с помощью элементарных соображений, почему законы убывания для энергии (32.8а) и (32.9а) одинаковы, а законы убывания для потоков энергии (32.86) и (32.96) отличаются друг от друга.

                                                                                                                          Закон уменьшения энергии квантов и нейтронов от поверхности и от центра совпадают, а потоки нет.
                                                                                                                  • 0
                                                                                                                    Простите дилетанта, но нет ли тут нарушения причинно-следственной связи? т.е. сингулярность появляется от того, что большое количество материи скапливается в малом объеме пространства, а не по тому, что оно гипотетически может там скопиться, или я не прав?
                                                                                                                    • +1
                                                                                                                      Грубо говоря, появляется один или множество горизонтов событий с нулевой площадью, а потом они сливаются в общий горизонт событий. А сингулярность в системе внутренних координат коллапсирующих частиц, если и образуется, то только в конце времен, когда связь времён с внешним миром утеряна окончательно.
                                                                                                                    • 0

                                                                                                                      Я только сейчас понял, что вы говорите об удаленном наблюдателе… Тогда все окей, прошу прощения за беспокойство:)

                                                                                                                      • +1
                                                                                                                        На самом деле неважно какой наблюдатель, удалённый или нет, суть и последовательность событий не зависит от точки наблюдения (принцип причинности). Центр коллапсирующей звезды не оказывается после коллпаса одномоментно в сингулярности.

                                                                                                                        После коллапса в своей локальной системе координат и локальном временни центр звезды ещё некоторое количество нейтрино выпустит наружу, прежде чем пересечёт горизонт событий. Вопрос времени и направления, для наблюдателя в центре — это конкретно здесь и за конечное, но не нулевое время, для внешнего наблюдателя — за бесконечное время и непонятно где.

                                                                                                                        Мало того, при столкновении чёрных дыр образованных из коллапсирующих звезд, центры этих звёзд вполне могут столкнутся (Естественно, как для внешнего наблюдателя, так и для внутренних наблюдателей).
                                                                                                                        • 0

                                                                                                                          Да, это я понимаю. Признаться, я вчера совсем не так прочитал ваш комментарий. Мне показалось, что вы говорите, что внутрь черной дыры масса от (ядра) сверхновой не попадает вообще, и я никак не мог понять, откуда тогда вообще ЧД взялась бы. И вдобавок мне подумалось, что вы говорите, что это сидит вокруг ЧД до бесконечности в локальном времени, что совсем не соотносилось с моими представлениями. В общем, еще раз мои извинения:)

                                                                                                                          • 0
                                                                                                                            Не вообще не попадает, а на момент слияния ещё ничего не попало под горизонт, и у одной, ни у второй. (Как для локальных, так и для удалённого наблюдателей)

                                                                                                                            В частности Ваше утвеждение "… черная дыра падает на черную дыру. В итоге остается одна черная дыра, ну и плюс гравитационные волны.", вполне возможно, что неполно. В принципе, и фотоны, и нейтрино, и прочее, вполне может остаться.
                                                                                                                            • 0

                                                                                                                              Тогда я снова не понимаю, откуда горизонт, если никакая масса от звезды еще не "попала внутрь"?

                                                                                                                              • +1
                                                                                                                                «попала внутрь»? Вот оно! Разум просит формул, а душа картинку.

                                                                                                                                Надо бы, как-нибудь собраться с силами, взять калькулятор и рассчитать комикс «Коллапс, слияние и жизнь чёрных дыр» с видовыми картинками от наблюдателей и схемами в разных системах координат. А то ведь в учебниках обычно же, для упрощения, берут «изначальную» черную дыру, которая уже существовала в минус бесконечности по времени, да и проекции на схемах берут [x; t].

                                                                                                                                Ближе к сути, как Вы знаете ОТО это некоторое дифференциальное уравнение, интегрирование которого даёт форму пространства, мировые линии, пути света, гравволн и нейтрино (приблизительно).

                                                                                                                                Горизонт формируется от интегрального влияния всех частиц коллапсирующей звезды. Однако он является интегральной координатной границей, поэтому для него понятие «быть внутри» достаточно расплывчато.

                                                                                                                                Интегрируем по линии, на пальцах
                                                                                                                                Возьмем двух наблюдателей: внутреннего, связанного с частицей в центре коллапсирующей звезды, и внешнего.

                                                                                                                                С точки зрения внешнего наблюдателя, с одной стороны, внутренний достигнет горизонта событий когда передаст сигнал с Z=+∞, соотвественно, на t=+∞. С другой стороны, внешний наблюдатель может принять в качестве горизонта событий геометрическое место координатных точек от которых сигнал посланный на t=-∞ ещё мог бы его достичь (заметим, в этих координатных точках нет физических частиц коллапсирующей звезды). Ясное дело, оба способа не конструктивны.

                                                                                                                                Для внутреннего ситуация ещё менее определённая, сейчас даже и не придумаю, каким локальным экспериментом он мог бы определить пересечение горизонта. Наверное, только с помощью радио/гравитационной/нейтринной лок