Черные дыры: наблюдения Лекция 1: Введение Сергей ПОПОВ (ГАИШ МГУ) Школа современной астрофизики-2007 Пущино

2 WELCOME TO THE DISCLAIMER!

3 Я ТАКОЙ ЖЕ ОСЕЛ, КАК И ВЫ, СЭР!

4 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.

5 Основные обзоры общего характера astro-ph/ Neven Bilic Феноменология черных дыр astro-ph/ Thomas W. Baumgarte Черные дыры: от размышлений к наблюдениям hep-ph/ Scott A. Hughes Доверяй, но проверяй: случай астрофизических черных дыр (см. также

6 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.

7 Самая «надежная» черная дыра – Sgr A* (см. ссылку в gr-qc/ ) Орбиты за 1992 – 2007 годы

8... и становится все надежнее (см. ссылку в gr-qc/ ) Наблюдения продолжаются, и возрастает число звезд, для которых хорошо промерены орбиты.

9 Черные дыры звездных масс. Солнечная металличность. (Woosley et al. 2002) Черные дыры должны порождаться массивными звездами. Предел известен плохо, кроме того в некотором интервале высоких масс опять могут возникать нейтронные звезды.

10 Спектр масс компактных объектов (Timmes et al. 1996, astro-ph/ ) Результаты расчетов

11 Спектр масс компактных объектов (Timmes et al. 1996, astro-ph/ ) Сравнение одного из вариантов расчетов с наблюдениями

12 Нейтронная звезда из массивного прародителя (astro-ph/ ) Аномальный рентгеновский пульсар в скоплении Westerlund1 по всей видимости имел очень массивного прародителя, >40 M O.

13 Черные дыры звездных масс. Происхождение. Нулевая металличн. (Woosley et al. 2002) Массивные звезды Pop III могли порождать массивные черные дыры, становившиеся зародышами SMBH.

14 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 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.

15 Эволюция двойных звезд

16 (Расчеты с помощью «Машины сценариев»)

17 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.

18 Слияние нейтронных звезд и черных дыр Расчеты показывают (astro-ph/ , ), что такие слияния не дают гамма-всплески.

19 Заглатывание нейтронных звезд (astro-ph/ ) 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.

20 Сигнал из эргосферы??? (arXiv: )

21 Детали кривых блеска GRB (arXiv: ) Послесвечение

22 Сверхновые и гамма-всплески (arXiv: ) Сверхновые Ib/c теперь часто наблюдаются в радиодиапазоне. Можно показать, что лишь несколько процентов SN Ib/c могут быть связаны с GRB.

23 Сверхновые Образование черной дыры должно сопровождаться нейтринным сигналом, отличающимся от сигнала при образовании нейтронной звезды. (arXiv: ) Рост средней энергии нейтрино и резкий обрыв сигнала служат свидетельством образования черной дыры.

24 Проявления черных дыр в кривых блеска сверхновых (Balberg, Shapiro astro-ph/ )