год черных дыр

2024 год обещает быть интересным для исследования черных дыр: вывода спутника на орбиту Эйнштейн Зонд Январь прошлого года обещает обогатить наше понимание этих объектов благодаря инновационным технологиям обнаружения рентгеновских лучей. Этим летом к ним присоединится спутник на высоте 600 км над нашими головами. ВСЕ (Космический многодиапазонный монитор астрономических переменных объектов). Эти две миссии, плод китайско-европейского сотрудничества, в частности, посвятят себя изучению «космических катаклизмов», часто кратких событий, которые высвобождают большое количество энергии, но которые также предоставляют ценную информацию о черных дырах.

В центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, концентрирующая массу, в миллионы раз превышающую массу Солнца, в области размеров, сравнимой с размером нашей галактики. Солнечная система (Солнечная система — это планетная система, состоящая из звезды,…). Как образуются эти черные дыры? Как они пожирают материю, тяготеющую к ним? Как им удается выбрасывать часть этой материи со скоростью, приближающейся к скорости света? Эти увлекательные вопросы остаются загадкой для астрофизиков, поскольку изучение черных дыр осложняется тем простым фактом, что они не излучают свет.

Чтобы лучше их понять, нужно быть начеку, потому что возможности редки. Идеальный момент наступает, когда они начинают действовать, поглощая материю, вращающуюся вокруг них. Нагретый газ затем излучает свет, особенно в области рентгеновских лучей, которые поглощаются земной атмосферой и поэтому не могут наблюдаться с земли. Этот радиация (Радиация, синоним радиации в физике, относится к процессу излучения или…)иногда излучаемый в течение коротких периодов времени, тем не менее, доступен для наблюдения обсерваториями, расположенными в околоземная орбита (Орбита Земли — это орбита вокруг Земли. Луна, единственный спутник…)внеатмосфера (Слово атмосфера может иметь несколько значений 🙂такие как зонд «Эйнштейн» и спутники SVOM.

Зонд Эйнштейна: глаза омара на орбите

Под руководством сотрудничестваАкадемия наук (Академия наук — это научное общество, роль которого заключается в содействии исследованиям…) Китайский, из Институт внеземной физики Макса Планка в Германии,Европейское космическое агентство (Европейское космическое агентство (ЕКА) – это…) и КНЕС,космическое агентство (Космическое агентство — государственный орган, целью которого является изучение космоса и развитие…) Французская компания Einstein Probe имеет на борту два рентгеновских телескопа. Широкоугольный рентгеновский телескоп (WXT) — прибор нового поколения, оптическая конструкция которого имитирует глаза омара. Последние на самом деле состоят из небольших шестиугольных структур, омматидий, которые отвечают за направление света на светочувствительные клетки глаза.

Точно так же оптика WXT состоит из микроскопических каналов, расположенных в сферической конфигурации, которые фокусируют свет на детекторы, обеспечивая при этом гораздо большее поле зрения, чем традиционные оптические конфигурации. Таким образом, WXT сможет просканировать все ночное небо менее чем за 5 часов, что позволит искать новые космические источники рентгеновского излучения.

Одной из главных задач миссии «Зонд Эйнштейна» станет наблюдение за сверхмассивными черными дырами, застигнутыми в разгар пира. Фактически WXT будет сканировать небо в поисках световых вспышек, связанных с прохождением звезды слишком близко к черной дыре. Приближаясь к нему, он оказывается дислоцированным, образуя аккреционный диск, часть массы которого затем будет поглощена черная дыра (Черная дыра) — научно-фантастический фильм режиссёра Гэри Нельсона. расположенный в центре. Наблюдая за этой обильной едой и сравнивая полученные данные с теоретическими моделями, астрофизики смогут оценить массу черной дыры и, таким образом, исследовать самые внутренние области галактик, театры этих космических трагедий.

Теоретически описанное в 1970-х годах такое событие, названное «приливным разрывом», было впервые наблюдался в начале 2000-х годов. С тех пор было замечено около сотни подобных событий, обнаруживающих поразительное разнообразие характеристик. Зонд Эйнштейна продолжит эту космическую жатву, которая позволит нам идентифицировать сверхмассивные черные дыры, которые, как правило, настолько незаметны, и таким образом составить перечень их распределения в соответствии с их массой, которая до сих пор в значительной степени неизвестна.

Конец жизни самых массивных звезд

Миссия «Зонд Эйнштейна» будет изучать не только сверхмассивные черные дыры, но и звездные черные дыры, образующиеся при гибели самых массивных звезд. Когда такая звезда достигает конца своей жизни, ядерные реакции в ее ядре прекращаются, самые внутренние части звезды сжимаются под действием собственной гравитации, создавая дефлаграция (Дефлаграция – совокупность явлений, возникающих в результате быстрого прохождения…) сопровождается очень интенсивным излучением. Это то, что мы называем сверхновой, которая оставляет после себя чрезвычайно плотный объект: нейтронную звезду или черную дыру звездной массы. Сбор первых фотонов, вылетевших, когдагде шокировать (Ударная волна – это разновидность волны, механической или другой природы, связанная с…) достигает поверхности звезды, имеет важное значение, поскольку их свойства дают нам ценную информацию о только что погасшей звезде. WXT, благодаря своему уникальному полю зрения, станет идеальным инструментом для поиска этих сигналов.

Но на этом история не заканчивается. Некоторые сверхновые также сопровождаются короткими вспышками гамма-лучей, настолько интенсивными, что они представляют собой самое энергичное явление, наблюдаемое сегодня во Вселенной, обеспечивая яркость, эквивалентную сотням миллионов миллиардов Солнц. Эти явления, называемые гамма-всплесками, возникают, когда звезда коллапсирует в черную дыру. Затем струи материи, распространяющиеся со скоростями, близкими к скорости света, испускаются по обе стороны звезды. Поэтому для обнаружения гамма-всплесков необходимо идеальное выравнивание этих очень узких струй, как будто мы видим свет маяка.

СВОМ, в поисках гамма-всплесков

Основной задачей спутника SVOM, который будет выведен на орбиту этим летом, является именно обнаружение гамма-всплесков. На борту будут установлены четыре прибора, включая телескоп ЭКЛЕРЫ разработан французскими исследователями и инженерами из Научно-исследовательского института в астрофизика (Астрофизика (от греческого astro = звезда и phyqui = физика) является отраслью…) и др. планетология (Планетология – наука об изучении планет. Дисциплина охватывает множество…) (IRAP), CEA, Лаборатория астрочастиц и космологии (APC) и CNES для обнаружения гамма-фотонов. В этом энергетическом диапазоне и для того, чтобы охватить широкое поле зрения, невозможно использовать зеркала для фокусировки света, поскольку фотоны будут проходить через них, не отражаясь. Таким образом, прибор ECLAIR будет использовать метод визуализации с кодированной маской, который использует принцип темной комнаты камеры: небольшое отверстие, просверленное в непрозрачном для света ящике, позволяет сформировать изображение на противоположной стороне ящика. Телескоп с кодированной маской работает аналогично.

Однако, поскольку отверстие, через которое проходят световые лучи, крошечное, интенсивность изображения очень низкая. Поэтому маленькое отверстие заменяется маской из материала, непрозрачного для гамма-лучей и перфорированного множеством отверстий большего размера. Как и в случае с камерой-обскурой, каждое отверстие создает изображение на детекторе, но поскольку на маске много отверстий, столько же изображений накладывается на детектор. Проанализированный соответствующими математическими алгоритмами, этот сигнал позволяет воссоздать изображение неба в гамма-лучах и таким образом обнаружить наши знаменитые гамма-всплески.

Эта технология не нова, но особенностью ECLAIR является способность собирать фотоны более низкой энергии, чем его предшественники, что позволит ей, в частности, искать более отдаленные гамма-всплески и, следовательно, исследовать образование первой черной звездной массы. отверстия.

Обсуждаемые здесь темы исследований составляют лишь часть научных целей Зонда Эйнштейна и SVOM. Например, поиск электромагнитного излучения, связанного со слиянием нейтронных звезд, подобное тому, что было обнаружено в 2017 году, также является одним из приоритетов этих двух космических миссий. После их соответствующих запусков с базы Сичан в Китае начнется так называемый этап летной приемки, отмеченный запуском, тестированием и калибровкой приборов. Эти предварительные шаги имеют решающее значение для обеспечения надежности данных и, таким образом, подготовки почвы для будущего научного использования. Первые результаты этих двух миссий могут быть получены к концу года, что позволит по-новому взглянуть на катастрофическую Вселенную.