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