Как находят черные дыры?

Есть много, много способов сделать это.

Гравитационное линзирование

Это, безусловно, самое известное. Это было упомянуто другими, но я коснусь этого.

Свет, исходящий от удаленных тел, может искривляться под действием силы тяжести, создавая эффект линзы. Это может привести к множественным или искаженным изображениям объекта (множественные изображения приводят к появлению колец и крестов Эйнштейна ).

Итак, если мы наблюдаем эффект линзирования в области, где нет видимого массивного тела, вероятно, там есть черная дыра. Альтернативой является то, что мы смотрим сквозь «ореол» темной материи, который окружает (и простирается за пределы) светящиеся компоненты каждой галактики и скопления галактик ( см. «Скопление пули» ). В достаточно малых масштабах (т.е. в центральных областях галактик) это не проблема.

(Это впечатление художника от галактики, проходящей за ЧД)

Гравитационные волны

Вращающиеся черные дыры и другие динамические системы, включающие черные дыры, излучают гравитационные волны. Такие проекты, как LIGO (и, в конечном итоге, LISA ), способны обнаруживать эти волны. Одним из основных кандидатов, представляющих интерес для LIGO/VIRGO/LISA, является возможное столкновение двойной системы черных дыр.

Красное смещение

Иногда у нас есть черная дыра в двойной системе со звездой. В таком случае звезда будет вращаться вокруг общего барицентра.

Если мы внимательно наблюдаем за звездой, ее свет будет смещаться в красную сторону, когда она удаляется от нас, и в синюю, когда она приближается к нам. Изменение красного смещения предполагает вращение, и в отсутствие видимого второго тела мы обычно можем сделать вывод, что там есть черная дыра или нейтронная звезда.

Предложения Солпитера-Зельдовича / Зельдовича-Новикова

Немного углубившись в историю, Солпитер и Зельдович независимо друг от друга предположили, что мы можем идентифицировать черные дыры по ударным волнам в газовых облаках. Если черная дыра пройдет через газовое облако, газы в облаке будут вынуждены ускориться. Это будет испускать излучение (в основном рентгеновское), которое мы можем измерить.

Улучшением этого является предложение Зельдовича-Новикова, в котором рассматриваются черные дыры в двойной системе со звездой. Часть солнечного ветра от звезды будет засосана черной дырой. Это аномальное ускорение ветра снова приведет к рентгеновским ударным волнам.

Этот метод (более или менее) привел к открытию Cyg X-1 .

Космические гироскопы

Cyg A является примером этого. Вращающиеся черные дыры действуют как космические гироскопы — они не так легко меняют свою ориентацию.

На следующем радиоизображении Cyg A мы видим эти слабые газовые струи, исходящие из центрального пятна:

Эти струи имеют длину в сотни тысяч световых лет, но при этом они очень прямые. Прерывистый, но прямой. Какой бы объект ни находился в центре, он должен сохранять свою ориентацию очень долго.

Этот объект представляет собой вращающуюся черную дыру.

Квазары

Считается, что большинство квазаров питаются от черных дыр. Многие (если не все) возможные объяснения их поведения включают черные дыры с аккреционными дисками, например, процесс Бландфорда-Знайека .

Чтобы добавить к ответу Джона Конде. Согласно веб-странице НАСА «Черные дыры» , обнаружение черных дыр, очевидно, не может быть выполнено путем обнаружения любой формы электромагнитного излучения, исходящего непосредственно от них (следовательно, их нельзя «увидеть»).

Черная дыра выводится путем наблюдения за взаимодействием с окружающей материей на веб-странице:

Однако мы можем сделать вывод о наличии черных дыр и изучить их, обнаружив их влияние на другую материю поблизости.

Это также включает обнаружение рентгеновского излучения, которое исходит от материи, ускоряющейся по направлению к черной дыре. Хотя это кажется противоречащим моему первому абзацу — нужно отметить, что это происходит не непосредственно от черной дыры, а от взаимодействия с материей, ускоряющейся к ней.

Черную дыру также можно обнаружить по тому, как она преломляет свет, когда за ней движутся различные тела. Это явление называется гравитационным линзированием и является наиболее визуально ошеломляющим предсказанием общей теории относительности Эйнштейна.

Это изображение изображает геометрию гравитационного линзирования. Свет от светящихся фоновых объектов искривляется из-за искривления пространства-времени в присутствии массы (здесь красная точка предположительно может быть рассматриваемой черной дырой):

Астрономы обнаружили сверхмассивную черную дыру в центре нашей собственной Галактики Млечный Путь, получившую название Стрелец A* .

В течение десяти лет были отслежены траектории небольшой группы звезд, и единственным объяснением их быстрого движения является существование очень компактного объекта с массой около 4 миллионов солнц. Учитывая задействованные масштабы массы и расстояния, можно сделать вывод, что это должна быть черная дыра.

Один из способов — следить за гамма-всплесками . Когда черная дыра питается окружающим газом или поглощает звезду, которая подошла слишком близко, они часто испускают гамма-всплески, которые очень энергичны и их легко обнаружить (хотя они длятся недолго).

В случае сверхмассивных черных дыр они, по-видимому, находятся в центре каждой средней и большой галактики. Это делает , где искать довольно легко.

Все 4 ответа, данные до этого, очень хороши и дополняют друг друга; поиск объекта, вращающегося вокруг вашего целевого объекта, позволяет вам также рассчитать массу вашего целевого объекта.

Вещество, падающее в черную дыру, разгоняется до скорости света. При ускорении материя распадается на субатомные частицы и жесткое излучение, то есть рентгеновские и гамма-лучи. Сама черная дыра не видна, но виден свет (в основном рентгеновские лучи, гамма-лучи) от падающего вещества, которое ускоряется и распадается на частицы.

Глядя в центр нашей галактики, рентгеновский космический телескоп Чандра наблюдал несколько черных дыр, помимо Стрельца А*, косвенно, улавливая жесткое излучение падающего вещества, вспыхивающего, когда они что-то поглощают; после этого черные дыры снова темнеют, если поблизости больше нечего ассимилировать;

http://chandra.harvard.edu/press/05_releases/press_011005.html

Здесь вы можете увидеть некоторые из этих вспышек в рое черных дыр недалеко от центра нашей галактики.

Методы обнаружения черных дыр (которые на самом деле не являются дырами или сингулярностями, поскольку у них есть масса, радиус, вращение, заряд и, следовательно, плотность, которая зависит от радиуса, см. http://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius ).

• пассивно обнаруживать (звездную или сверхмассивную) черную дыру, искать/ждать вспышек жесткого излучения, которые происходят спорадически, а затем следить за наблюдениями, чтобы увидеть, поймали ли вы всплеск (гамма-всплеск) от настоящей черной дыры или просто белого карликовая или нейтронная звезда, образующая периодическую новую;

• чтобы активно обнаруживать черную дыру, ищите гравитационное линзирование, которое является непрерывным эффектом, или звезды, вращающиеся с высокой скоростью вокруг, казалось бы, пустой точки в космосе, например, S2 со скоростью 5000+ км/сек, вокруг Sgr A*

http://en.wikipedia.org/wiki/S2_(звездочка)

Но не останется ничего, чтобы увидеть, что его вызвало; лучше иметь некоторые наблюдения за этим пятном в небе, прежде чем это произойдет.