Фотонная сфера: Фотонная сфера и «тень» черной дыры • Айк Акопян • Научно-популярные задачи на «Элементах» • Астрофизика

секрет самого загадочного явления во Вселенной

Черные дыры — одни из самых удивительных и таинственных объектов в известной нам Вселенной. Современные технологии уже позволили получить их фото, но как на самом деле устроена черная дыра?

Впервые предсказанные еще в конце XVIII века, описанные Теорией относительности в начале ХХ века черные дыры чересчур малы или слишком далеки для того, чтобы их можно было различить с помощью обычных телескопов. Но с совершенствованием науки и техники у нас появились и более продвинутые телескопы, которые способны фиксировать сигналы в различных диапазонах длин волн. Это и сделало возможным наблюдение черных дыр.

Черная дыра в центре Млечного Пути

Сверхмассивная черная дыра Стрелец А* в центре нашей Галактики насчитывает около 4 миллионов масс Солнца, упакованных в пространстве радиусом меньше орбиты Меркурия. Для наблюдения за ней несколько лет назад был запущен громадный радиоинтерферометр EHT – «телескоп горизонта событий» размером с Землю. При помощи этого инструмента ученые хотели выяснить, как устроена черная дыра в центре нашей галактики.

Но первой добычей нового инструмента оказалась сверхмассивная черная дыра галактики M87. Она расположена в тысячи раз дальше Стрельца А*, зато и в тысячи раз крупнее него. Обработка полученных еще в 2017 году данных заняла около двух лет, однако дело того стоило: «Это как заглянуть во врата ада, за пределы пространства и времени», – описал свои впечатления один из авторов этой грандиозной работы. Давайте полюбопытствуем вместе.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Галактика M87, одна из крупнейших в Местном сверхскоплении галактик, расположена на расстоянии около 54 млн световых лет. Сверхмассивная черная дыра M87* в ее центре насчитывает 6,5 млрд масс Солнца и ежедневно поглощает 90 масс Земли (одну массу Солнца примерно за 10 лет).

Из чего состоит черная дыра?

Каким бы простым не казалось устройство этого «звездного водостока», на самом деле у черной дыры есть несколько частей — некоторые мы можем видеть напрямую, другие — лишь предсказать теоретически. Итак, взглянем на состав типичной черной дыры.

Горизонт событий – воображаемая линия, оказавшись за которой ничто не может вернуться обратно. Горизонт событий черной дыры имеет характерный размер – гравитационный радиус. Пересекая его, все объекты уходят за пределы наблюдаемой Вселенной, исчезая в сингулярности. Гравитационный радиус черной дыры M87* составляет 0,019 светового года, более чем в сто раз превышая орбиту Земли.

Аккреционный диск материи, падающей в черную дыру: ускоряясь и раскаляясь, вещество активно излучает в широком диапазоне волн, позволяя увидеть если не саму дыру, то ее ближайшие окрестности. Аккреционный диск сверхмассивной черной дыры M87* тянется на 0,4 светового года – в тысячи раз дальше орбиты Плутона.

Релятивистские струи появляются при взаимодействии аккрецирующей плазмы с магнитными полями. Часть вещества на околосветовой скорости выбрасывается из полюсов диска двумя узкими противоположно направленными потоками. Сверхмассивная черная дыра M87* выбрасывает джеты длиной до 5000 световых лет. Один из них направлен в нашу сторону и виден в оптическом диапазоне.

Фотонная сфера образуется светом, оказавшимся на круговой орбите вокруг черной дыры. Положение попавших сюда частиц неустойчиво, и, совершив один или несколько оборотов, они неизбежно падают в недра дыры или уходят по спирали в космическое пространство.

Изображение черной дыры

На изображении черная дыра тоже не похожа на затягивающий в себя звездное вещество слив раковины, как ее иногда рисуют. На самом деле даже на фотографии черной дыры можно различить несколько ее основных частей, исследование которых может дать много информации об это загадочном объекте.

Тень дыры возникает из-за искривления траектории фотонов, пролетающих невысоко над сферой горизонта событий. Ее размеры примерно в 2,6 раза больше гравитационного радиуса черной дыры.

Обратная сторона аккреционного диска видна из-за мощного гравитационного линзирования. Некоторые фотоны с противоположной стороны черной дыры огибают сферу горизонта событий, и становятся видны дальние стороны аккреционного диска – верхняя и нижняя.

Кстати, у «TechInsider» появился новый раздел «Блоги компаний». Если ваша организация хочет рассказать о том, чем занимается — напишите нам

Внешнее возмущение сделало фотонную сферу фрактальной

Канадский физик-теоретик рассмотрел изменение формы фотонной сферы черной дыры при квадрупольном возмущении гравитационного поля и показал, что структура этой сферы приобретает свойства фрактала. Статья опубликована в Physical Review D.

При расчете траекторий тел, движущихся вокруг черной дыры, необходимо учитывать сильное искривление пространства-времени. Чем ближе мы приближаемся к черной дыре, тем больше искривление и тем больше отклонение от орбит, предсказанных теорией Ньютона. На расстоянии полутора гравитационных радиусов притяжение так велико, что становится возможным существование замкнутых светоподобных орбит. Другими словами, свет, испущенный по касательной к сфере с таким радиусом, будет двигаться вокруг черной дыры вечно. Такая сфера называется фотонной сферой. Внутри этой сферы стабильных замкнутых орбит существовать не может, однако преодолеть притяжение черной дыры все еще можно, если двигаться от нее радиально с достаточно большой скоростью. Окончательно связь с внешним миром теряется только после пересечения горизонта событий, расположенного на расстоянии, равном гравитационному радиусу притягивающего тела.

Для сферически несимметричных или вращающихся черных дыр ситуация усложняется, и фотонная сфера превращается в фотонную поверхность. Например, для черной дыры Керра форма поверхности существенно зависит от углового момента дыры. Фотонные поверхности сейчас активно изучаются для различных моделей пространства-времени и гравитации.

В данной работе физик Андрей Шум (Andrey Shoom) исследовал, как меняется форма фотонной сферы при наложении на метрику Шварцшильда внешнего гравитационного возмущения, задаваемого квадрупольным моментом q. Чтобы упростить задачу и сделать использование квадрупольного приближения оправданным, он рассмотрел значения q, много меньшие единицы (в естественных единицах измерения). Более того, известно, что замкнутые круговые орбиты в такой возмущенной метрике могут существовать только при значениях q от −0.02 до +0.0003. Поэтому для более подробных исследований ученый взял значения q = +0.0001 и q = −0.01. Исходную и возмущенную метрику он рассматривал в вытянутых сферических координатах.

На фоне полученной метрики ученый нашел форму фотонной поверхности, которая тем больше отличалась от сферической, чем больше был квадрупольный момент наложенного поля. Также он рассмотрел возмущения этой поверхности и выяснил, что она является нестабильной, то есть при небольшом отклонении от нее фотон будет сваливаться в черную дыру либо уходить на бесконечность (что, в общем-то, было ожидаемо).

Затем физик численно исследовал свойства пространства-времени около фотонной поверхности. Для этого он запускал фотоны в различных точках пространства по касательной к окружности с центром в черной дыре и смотрел, куда будут вести их траектории. Если фотоны захватывались черной дырой, он отмечал эту точку красным цветом, если они уходили на бесконечность «вверх» (координата y > 0 в введенных им обозначениях), он раскрашивал точку в синий, а если «вниз», то в зеленый. Граница между «красной» и «сине-зеленой» областями как раз отвечала фотонной поверхности. Численное интегрирование уравнений движения ученый выполнил с помощью метода Рунге-Кутты пятого порядка, который обеспечивал относительную ошибку не более 10−11.

Оказалось, что около фотонной поверхности фотоны ведут себя очень странно: «зеленые» и «синие» области постоянно сменяют друг друга, причем эта смена не исчезает при увеличении масштаба и приближении к поверхности. Это поведение можно пронаблюдать на построенных ученым диаграммах: точки A, B, C, D, E находятся все ближе к поверхности и задают все более мелкие области пространства-времени (для параметра q = −0. 01 также можно увидеть изменение формы фотонной сферы). Таким образом, получается, что гладкая фотонная сфера превращается в фрактальную поверхность (fractal basin boundary), при приближении к которой фотоны хаотично разбрасываются в разные полупространства.

Раньше такие поверхности наблюдали в других нелинейных системах, например, в джозефсоновском контакте. Также автор статьи отмечает, что похожие эффекты известны для массивных частиц и более сложного пространства-времени.

Ранее мы писали о том, как физики-теоретики предложили способ разглядеть внутреннюю топологию черной дыры с помощью гипотетического детектора Унру-ДеВитта.

Дмитрий Трунин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Можем ли мы решить информационный парадокс черной дыры с помощью «фотонных сфер»?

Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Сможем ли мы когда-нибудь решить информационный парадокс черной дыры? (Изображение предоставлено НАСА)

Действительно ли черных дыр так просты, как кажутся, или в их истории есть нечто большее?

Теории, пытающиеся разрешить так называемый информационный парадокс черных дыр, предсказывают, что черные дыры намного сложнее, чем предполагает общая теория относительности. Будущие наблюдения за фотонными сферами — кружащимися световыми полосами по краям черных дыр — смогут проверить эти теории.

Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна , черные дыры удивительно просты. Если вы знаете массу, заряд и вращение черной дыры, вы знаете о ней все, что нужно знать. На самом деле черные дыры — одни из самых простых и понятных персонажей во Вселенной.

Но эта кажущаяся простота порождает тревожный парадокс. В 1970-х годах знаменитый астрофизик Стивен Хокинг понял, что черные дыры не совсем черные. Вместо этого они испускают излучение посредством тонкого квантово-механического процесса, работающего на их 9-й частоте.0005 горизонты событий , или границы черных дыр, откуда ничто, даже свет, не может ускользнуть.

Поскольку черные дыры настолько просты и могут быть описаны только тремя числами, вся информация о материале, попадающем в черные дыры, кажется, заперта навсегда. Неважно, строите ли вы черную дыру из мертвых звезд и межзвездной пыли или черную дыру из кошек; пока эти две черные дыры имеют одинаковый спин, массу и заряд, они будут идентичными.

Согласно первоначальной формулировке Хокингом процесса излучения, это излучение не уносило с собой никакой информации. Но по мере того, как черная дыра излучает излучение, оно испаряется, в конце концов полностью исчезая — отсюда и так называемый информационный парадокс черной дыры. Если куча информации падает в черную дыру, и информацию нельзя уничтожить, то когда черная дыра исчезает, куда девается вся информация?

Видео: Ученые обнаружили скопление черных дыр в сердце шарового скопления

Взгляни на свет

За последние несколько десятилетий было предпринято множество попыток решить информационный парадокс. Некоторые из этих предложений включают расширение наших знаний об общей теории относительности. Некоторые из них связаны с попытками соединить общую теорию относительности с нашим пониманием квантовой механики. А некоторые и вовсе странные.

Однако на данный момент все попытки решить информационный парадокс бездоказательны. Наблюдать за черными дырами напрямую очень сложно, так как обычно мы видим их только тогда, когда они взаимодействуют с окружающей средой (обычно заглатывая большие сгустки газа или пыли) или когда они сливаются и выделяют гравитационные волны .

Но все изменилось в 2019 году, когда глобальная сеть телескопов, известная как Телескоп Горизонта Событий, работала совместно, чтобы получить одно изображение M87* , сверхмассивной черной дыры в центре галактики Дева.

Этот образ бросается в глаза и бросается в глаза. Темная пустота в центре — это тень, отбрасываемая горизонтом событий черной дыры, препятствующая проникновению любого света за черной дырой. И эта пустота окружена призрачным кольцом света, испускаемым перегретой плазмой, окружающей черную дыру.

Огненное кольцо

Что это изображение может рассказать нам об истинной природе горизонтов событий черных дыр?

Горизонт событий самой черной дыры намного меньше ее тени; тень кажется такой большой из-за сильного искривления пространства вблизи черной дыры.

И где-то между этим горизонтом событий и краем тени находится интересная особенность, которая также является результатом сильного искривления пространства: фотонная сфера. Фотонная сфера — это область вблизи черной дыры, где гравитация настолько сильна, что сам свет может вращаться вокруг черной дыры.

Орбиты в этом регионе нестабильны; фотоны могут несколько раз облететь черную дыру, но они не останутся там навсегда. В конце концов, они просочатся наружу, создав тонкое видимое кольцо света вокруг черной дыры.

В классической общей теории относительности эта фотонная сфера настолько тонкая, что едва ли существует, и слишком тусклая, чтобы ее можно было увидеть на изображении M87*, полученном телескопом Event Horizon.

Группа исследователей исследовала свойства фотонной сферы в теориях, пытающихся решить информационный парадокс черной дыры. Они обнаружили, что некоторые сложные теории горизонтов событий черных дыр влияют на окружающую их среду, включая фотонную сферу.

В некоторых из этих теорий фотонная сфера может быть намного шире и, следовательно, намного ярче для удаленных наблюдателей, пишет команда в статье, недавно опубликованной в база данных препринтов arXiv (открывается в новой вкладке).

Несмотря на изменение, различия в фотонных сферах между классической теорией относительности и предсказаниями этих экзотических моделей все еще слишком малы, чтобы их можно было увидеть с помощью телескопа горизонта событий. Но невероятное изображение этого телескопа не будет последним изображением черной дыры, которое мы сделаем. Будущие попытки изучить M87* и другие сверхмассивные черные дыры позволят получить изображения с более высоким разрешением. Если мы сможем разрешить фотонное кольцо, изучение его ширины и яркости даст нам подсказки относительно природы горизонта событий и, в конечном счете, как разрешить информационный парадокс черной дыры.

Узнайте больше, прослушав эпизод «Можем ли мы действительно терраформировать Марс?» в подкасте «Спросите космонавта», доступном в iTunes и в Интернете по адресу http://www. askaspaceman.com. Задайте свой вопрос в Твиттере, используя хэштег #AskASpaceman или подписавшись на Пола @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space.com.

Получайте последние космические новости и последние новости о запусках ракет, наблюдениях за небом и многом другом!

Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров.

Пол М. Саттер — астрофизик из SUNY Stony Brook и Института Флэтайрон в Нью-Йорке. Пол получил докторскую степень по физике в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн в 2011 году и провел три года в Парижском институте астрофизики, после чего получил стажировку в Триесте, Италия. регионов Вселенной до самых ранних моментов Большого Взрыва до охоты за первыми звездами. В качестве «звездного агента» Пол уже несколько лет страстно вовлекает общественность в популяризацию науки. Он ведущий популярной программы «Спроси космонавта!» подкаста, автор книг «Твое место во Вселенной» и «Как умереть в космосе», часто появляется на телевидении, в том числе на канале «Погода», где он является официальным специалистом по космосу.

Photon Sphere — Ephinea PSO Wiki

From Ephinea PSO Wiki

Пространства имен

  • Страница
  • Обсуждение

Действия со страницей

9007
  • Чтение 8
  • Редактировать источник
  • История
フォトンスフィア

Тип

:

Фотон

Макс. стек

:

99

Шестигранник

:

031001
Редкий сверхчистый кристалл Фотон.
Кому-то это нужно…

Фотонная сфера, обычно сокращенно обозначаемая как PS , — это уникальный предмет, который можно использовать для добавления и повышения процентных характеристик оружия. Он также используется как ценная валюта между игроками, так как одна фотонная сфера стоит 99 Photon Drops в магазине Галлона; кроме того, ценные предметы обычно стоят сотни PD, и только 99 из них можно продать в окне торговли одновременно. Однако в качестве предмета торговли он уступает Фотонному кладу, который может быть преобразован обратно в Фотонные капли, в отличие от Фотонной сферы.

Содержимое

  • 1 Использование
  • 2 Наличие
    • 2.1 Награда за квест
    • 2.2 События

Тип

:

Разблокируемый

Флаг (шестнадцатеричный)

:

2

Флаг (декабрь)

:

2

Битовая маска (шестнадцатеричная)

:

00000040

Битовая маска (декабрь)

:

64

В качестве предварительного условия сначала персонаж игрока должен собрать данные Восточной Башни для Паганини (см. раздел Добавление особых свойств к ES-оружию выше).

Затем, если этот персонаж также принесет Паганини данные из терминала на Морском дне во время квеста «Западная башня», опция «Улучшить фотон оружия» будет доступна для персонажа, выполнившего этот побочный квест, хотя его можно выполнить на любой сложности. (В отличие от Восточной башни, нет простого способа проверить Хопкинса, если вы уже выполнили побочный квест Западной башни, так как Хопкинс в этом квесте скажет одну и ту же строку «Мой отец сейчас работает над огромным проектом». выполнение предыдущего побочного квеста, а также после выполнения этого.)

  • Начать квест Западной башни после завершения побочного квеста Восточной башни
  • Поговорите с Хопкинсом в лаборатории (он находится там же, где вы найдете его в магазине Галлона для доступа к «Фотону улучшения оружия» после выполнения побочного квеста)
  • Пройдите верхние уровни морского дна, пока не найдете и не получите доступ к терминалу, содержащему исследовательские данные (вы получите предмет на доске заданий).
    • В отличие от предыдущего побочного задания, для выполнения этого побочного задания вам не нужно идти дальше в Контрольную башню. Просто войдите в терминал, а затем Telepipe или Ryuker вернитесь к Pioneer 2.
  • Вернитесь в лабораторию и поговорите с Хопкинсом , прежде чем завершит квест.

Это позволяет игроку добавлять и повышать процент атрибутов на своем оружии для определенного количества PD, по 4 PD за 1% или 20 PD за 5 % на атрибут. Фотонная сфера также может быть использована для добавления 30% к атрибуту, но только если рассматриваемый атрибут находится на уровне 70% или ниже. Есть некоторые ограничения на добавление атрибутов:

  • оружие не может иметь более трех атрибутов (Excalibur, Lame d’Argent, Sealed J-Sword и Tsumikiri J-Sword не могут иметь более двух, а ES оружие вообще не может иметь),
  • Хит не может быть добавлен к оружию,
  • атрибут не может превышать 100%.

Использование Photon Sphere для повышения атрибута на 30% экономит 21 Photon Drops, так как использование только PD будет стоить 120.

Награда за квест[edit | править код]

Фотонная сфера может быть куплена у Паганини в магазине Галлона за 99 капель фотона.

События[править | править код]

Фотонная сфера может быть получена в качестве 5 лучших призов в соревновании Time Attack во время Рождественского события 2015 года.

Фотонная сфера можно получить в магазине летних значков 2016 и в магазине значков юбилея 2017 за 60 лет. Золотые значки и 2-я годовщина. Золотые значки соответственно.

Фотонная сфера можно было получить в Подарке на максимальной сложности в 2016, 2017 и 2018 годах. Подарки 2018 года также могли содержать 3 Фотонные сферы.

Photon Sphere можно получить, собрав все идентификационные значки секций во время Летнего события 2017 года.

Фотонная сфера можно было получить в игре на 10 яиц в яичных магазинах 2017 и 2018 годов.

Файл:Tool.png Инструменты
Расходные материалы Мономат • Димат • Тримат • Монофлюид • Дифлюид • Трифлюид • Антидот • Антипаралич • Распылитель Sol • Распылитель Moon • Распылитель Star • Trap Vision • Telepipe • Музыкальные диски
Измельчители Моношлифовальный станок • Дишлифовальный станок • Тришлифовальный станок
Материалы Материал HP • Материал TP • Материал силы • Материал защиты • Материал разума • Материал уклонения • Материал удачи
Детали противника Правая рука Белры • Правая рука Бумы • Правая рука Брингера • Левая рука Делсабера • Правая рука Делсабера • Коготь дракона • Тело Ги Гуэ • Правая рука Гигобумы • Правая рука Гобумы • Руки Травяного Убийцы • Голова Хильдебера • Голова Хильдеблю • Руки П-руки • Части Баранца • Крыло Раппи • Руки С-бита • Руки С-реда • Руки Синоу Берилла • Правая рука Волшебника
Комбинированные элементы Берилл Фотон • Иссиня-черный камень • Книга Хитогаты • Раковина Де Рол Ле • Волшебный камень «Ключ сердца» • Волшебный камень «Мула» • Волшебный камень «Иритиста» • Волшебная вода • Паразитическая клетка типа D • Паразитический ген «Поток» • Части Egg Blaster • Photon Booster • Photon Filter • Star Amplifier • Syncesta
Mag клетки Памятка Амити • Ячейка Мэг 213 • Ячейка Мэг 502 • Ядро Д-Фотона • Чешуя Дракона • Сердце Ангела • Сердце Чао • Сердце Чу Чу • Сердце Дьявола • Сердце Капу Капу • Сердце Моролиана • Сердце Опа Опа • Сердце Пиана • Сердце YN-0117 • Пальто Heaven Striker • Комплект Калки • Комплект Dreamcast • Комплект Genesis • Комплект Гамбургера • Комплект Mark III • Комплект Master System • Комплект Sega Saturn • Комплект Liberta • Mag Kit • Дух Пантеры • Части РобоЧао • Детали Пионера • Клюв Раппи • Стелс-комплект • Планшет • Варуна-комплект • Вритра-комплект • Двигатель Yahoo!
Усилители Усилитель Anti • Усилитель Barta • Усилитель Blue • Усилитель Deband • Усилитель Foie • Усилитель Gibarta • Усилитель Gifoie • Усилитель Gizonde • Усилитель Rabarta • Усилитель Rafoie • Усилитель Razonde • Усилитель Red • Усилитель Реста • Усилитель Шифта • Усилитель Жёлтого • Усилитель Зонде
Фотоны Фотонный кристалл • Фотонная капля • Фотонный клад • Фотонная сфера • Фотонный билет
Музыкальные диски Свадебный марш • Дневной свет • Пылающие рейнджеры • Открой свое сердце • Живи и учись • Ночи • Конечная тема (фортепианная версия) • От сердца к сердцу • Странный синий • Система воссоединения • Вершины • Сражайтесь внутри космического корабля • Вставай • Полет • Космический Харриер • Караул Смерти • Лети со мной на Луну • Пуйо Пуйо • Ритм и баланс • Вечеринка должна продолжаться • Битва Армады • Назад 2 Назад • Странные плоды • Капризы судьбы • Последнее впечатление
Разное Аксессуары • AddSlot • Book of Katana 1 • Book of Katana 2 • Book of Katana 3 • Торт • Отчет охотников • Подарок • Scape Doll • Командные очки
Предметы события 1-я Годовщина.
Фотонная сфера: Фотонная сфера и «тень» черной дыры • Айк Акопян • Научно-популярные задачи на «Элементах» • Астрофизика

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх