Лабораторная работа: изучаем гравитацию черных дыр

И снова добро пожаловать в космическую лабораторию сайта hubblesite.org! "Живая Вселенная" продолжает публиковать адаптированные материалы - мультимедиа, анимации и интерактивные ролики - с переднего края науки.

Сегодня у нас

Лабораторная работа: Изучаем гравитацию черных дыр.

Пояснительная записка:
Как астрономы определяют массу черной дыры?

Черные дыры часто не одиноки - рядом находятся звезды или газ. Иногда, чтобы измерить массу черной дыры, нужно просто определить скорость материала, который двигается вокруг нее по орбите.

Рассмотрим случай, когда звезда и черная дыра кружатся вокруг их общего центра гравитации. Хотя мы и не видим черную дыру, мы видим звезду. При помощи точных измерений мы можем измерить скорость звезды и размер ее орбиты, а это в свою очередь благодаря законам гравитации помогает точно определить массу черной дыры.

К примеру, предположим, что звезда типа нашего Солнца вращается вокруг черной дыры. Предположим также, что мы измерили скорость звезды как 188 километров в секунду, а диаметр орбиты равен расстоянию Меркурия от Солнца. Это предполагает, что период обращения звезды 12 дней. Законы гравитации подскажут нам, что черная дыра должна быть в 10 раз массивнее Солнца.

С помощью этого метода можно определить массу сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Например, масса черной дыры в центре нашей Галактики была вычислена измерением и сопоставлением орбитальных скоростей отдельных звезд. Расчеты показали, что масса черной дыры в 3 миллиона раз больше массы Солнца. Масса черной дыры в центре ближайшей галактики Туманности Андромеды вычислена путем измерения средних скоростей всех звезд, двигающихся по орбитам вокруг нее. Оказалось, что она в 30 миллионов раз больше, чем Солнце.

Приборы и материалы:
Черная дыра регулируемой массы - одна штука.
Звезда солнечного типа - одна штука.
Масштаб времени - 1 секунда/2 дня

Ход работы:

Чтобы начать работу, нажмите на кнопку Begin Experiment. На шкале масс передвигаем мышкой ползунок, чтобы выбрать примерно массу черной дыры в массах Солнца. Нажав на кнопку Find the Mass of a Black Hole - Найти массу черной дыры. Система показывает графики зависимости скорости звезды от массы черной дыры (внизу график для большей орбиты, вверху - для меньшей). Система думает какое-то время и выдает результат - точную скорость звезды и массу черной дыры. Start Over - начать сначала.

Параметры:

Справа находятся два регулятора. Одним (trace orbit) можно включить или выключить отметки, оставляемые небесными телами при их движении по орбитам. Другим - переключать размер орбиты звезды - малый/большой.

Примечание:

обратите внимание, что будет, если установить массу черной дыры равной массе звезды. Интересно также поставить очень большую массу черной дыры и малую орбиту звезды.

Для успешной демонстрации необходимо, чтобы у вас был установлен Adobe Flash Player.