Черные дыры звездных масс

Черные дыры: наблюдения
Лекция 1: Введение
Сергей ПОПОВ
(ГАИШ МГУ)
Школа современной астрофизики-2007
Пущино
WELCOME TO THE DISCLAIMER!
2
Я ТАКОЙ
ЖЕ ОСЕЛ,
КАК И ВЫ,
СЭР!
3
План лекций.
1. Введение. Образование черных дыр звездных масс.
Гамма-всплески. Сверхновые.
2. Черные дыры в тесных двойных системах. ULX.
3. Сверхмассивные черные дыры. Измерение масс. Sgr A*.
4. Рост массы сверхмассивных черных дыр. Иерархическая модель.
Слияния черных дыр. Гравитационные волны.
Гравитационно волновая ракета.
5. Джеты от черных дыр. Приливное разрушение.
6. Одиночные черные дыры и дискуссия.
7. Проблема доказательства существования горизонта.
Первичные черные дыры. Экзотика.
4
Основные обзоры общего характера
• astro-ph/0610657 Neven Bilic Феноменология черных дыр
• astro-ph/0604304 Thomas W. Baumgarte Черные дыры:
от размышлений к наблюдениям
• hep-ph/0511217 Scott A. Hughes Доверяй, но проверяй:
случай астрофизических черных дыр
(см. также http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/bh.html)
5
Черные дыры как астро источники
• Первичные черные дыры.
Пока не обнаружены. Есть только верхние пределы (по гамма наблюдениям).
• Черные дыры звездных масс.
Есть более двух десятков кандидатов в ТДС. Аккреция, джеты.
Наблюдаются практически во всех диапазонах спектра.
Одиночные пока не обнаружены, хотя есть интересные кандидаты среди
событий микролинзирования (оптика).
• Черные дыры промежуточных масс.
Не доказано, но есть хорошие кандидаты среди ULX.
Наблюдаются в радио, рентгене и оптике.
• Сверхмассивные черные дыры.
Есть множество (десятки) кандидатов с оценкой массы.
Объект в центре нашей Галактики с высокой
степенью достоверности является черной дырой.
Аккреция, джеты, приливной разрыв звезд.
Наблюдаются во всех диапазонах спектра.
6
Самая «надежная» черная дыра – Sgr A*
Орбиты за 1992 – 2007 годы
(см. ссылку в gr-qc/0506078)
7
... и становится все надежнее
Наблюдения продолжаются, и возрастает
число звезд, для которых хорошо
промерены орбиты.
(см. ссылку в gr-qc/0506078)
8
Черные дыры звездных масс.
Солнечная металличность.
Черные дыры должны порождаться
массивными звездами.
Предел известен плохо, кроме того
в некотором интервале высоких
масс опять могут возникать
нейтронные звезды.
(Woosley et al. 2002)
9
Спектр масс компактных объектов
Результаты расчетов
(Timmes et al. 1996, astro-ph/9510136)
10
Спектр масс компактных объектов
Сравнение одного из
вариантов расчетов
с наблюдениями
(Timmes et al. 1996, astro-ph/9510136)
11
Нейтронная звезда из массивного
прародителя
Аномальный рентгеновский пульсар
в скоплении Westerlund1 по всей видимости
имел очень массивного прародителя,
>40 MO.
(astro-ph/0611589)
12
Черные дыры звездных масс.
Происхождение. Нулевая металличн.
Массивные звезды Pop III
могли порождать массивные
черные дыры, становившиеся
зародышами SMBH.
(Woosley et al. 2002)
13
Черные дыры и нейтронные звезды
в тесных двойных
Изучение ТДС с компактными объектами позволяет получить оценку масс
прародителей (см., например, Ergma, van den Heuvel 1998 A&A 331, L29).
Так например получена интересная оценка для системы с нейтронной
звездой GX 301-2. Масса прародителя составляла >50 масс солнца.
С другой стороны, для многие других систем, как с черными дырами, так
и с нейтронными звездами, масса прародителей получалась меньшей:
от 20 до 50 солнечных масс. Наконец, для системы с черной дырой LMC X-3
оценка массы прародителя дает >60 солнечных.
Т.о., ситуация оказывается крайне запутанной.
Есть ощущение, что по крайней мере в двойных системах в некотором
диапазоне масс возможно формирование как нейтронных звезд, так и
черных дыр.
14
Эволюция двойных звезд
15
(Расчеты с помощью
«Машины сценариев»)
16
Гамма-всплески и черные дыры
Согласно современной стандартной модели длинных всплесков
важным элементов «центральной машины» является черная дыра
(см. лекции К.А. Постнова).
Соответственно, изучая всплески, можно надеяться получить
важную информацию о первых мгновениях жизни черных дыр.
17
Слияние нейтронных звезд и черных дыр
Расчеты показывают (astro-ph/0505007, 0505094), что такие слияния
не дают гамма-всплески.
18
Заглатывание нейтронных звезд
Coleman Miller показал, что
при слияниях нейтронных звезд и
черных дыр наиболее вероятно
отсутствие стадии стабильного
переноса вещества и существование
устойчивого диска.
Т.е., никакого гамма-всплеска.
(astro-ph/0505094)
19
Сигнал из эргосферы???
(arXiv: 0706.3191)
20
Детали кривых блеска GRB
Послесвечение
(arXiv: 0706.3191)
21
Сверхновые и гамма-всплески
Сверхновые Ib/c теперь часто
наблюдаются в радиодиапазоне.
Можно показать, что лишь
несколько процентов SN Ib/c
могут быть связаны с GRB.
(arXiv:0706.3047)
22
Сверхновые
Образование черной дыры должно сопровождаться нейтринным сигналом,
отличающимся от сигнала при образовании нейтронной звезды.
Рост средней энергии нейтрино и резкий обрыв сигнала служат свидетельством
образования черной дыры.
(arXiv: 0706.3762)
23
Проявления черных дыр в кривых
блеска сверхновых
(Balberg, Shapiro astro-ph/0104215)
24