Staatspreis fand Helden nach 44 Jahren

Staatspreis fand Helden nach 44 Jahren

Boris Stern,
Chefredakteur von TrV-Science, Astrophysiker
"Trinity Option" №12 (231), 20. Juni 2017

Figurenkünstler, der die Quelle von Swan X-1 darstellt. Die Illustration ist anwendbar (genauer gesagt, sie ist nicht anwendbar, da es unmöglich ist, die Skala und die Farben richtig zu beobachten) für andere duale Systeme mit Akkretion auf ein kompaktes Objekt. Bild von spacetelescope.orgBoris Shtern, Chefredakteur Trv-Nauka

Der Staatspreis 2016 im Bereich Wissenschaft und Technologie wurde den Astrophysikern Nikolay Shakure und Rashid Syunyaev für die 1973 veröffentlichte Arbeit verliehen. Ihre Präsentation fand am 12. Juni 2017 im Kreml [1] statt. Die Präambel der Auszeichnung besagt, dass es "für die Schaffung der Theorie der Scheibenakkretion von Materie auf Schwarze Löcher" vergeben wurde. Hauptartikel in der Zeitschrift veröffentlicht Astronomie und Astrophysikes heißt "Schwarze Löcher in binären Systemen. Beobachtete Manifestationen" [2].

Es sei daran erinnert, dass der Pilot Ausgabe unserer Zeitung haben wir gerade zu diesem Artikel gewidmet [3] – die am meisten zitierten Veröffentlichung russische Schriftsteller während der Existenz der russischen Wissenschaft. Dies ist der zweite in der Welt, in der in der Astrophysik zitierten Artikeln (an ersten Artikel Hilfecharakter). Die Zahl der Zitate dieses Artikels überschritten laut NASA ADS 8000. So vor der Vergabe der Preisträger sind nicht in Vergessenheit geblieben.Dies ist nicht ihre erste Belohnung für diese Arbeit.

Vorgeschichte

Schwarze Löcher wurden lange Zeit als exotische Kuriosität der allgemeinen Relativitätstheorie wahrgenommen. Schließlich erkannten sie allmählich, dass die großen Sterne, wenn sie durchbrennen, ihr Leben wie schwarze Löcher beenden sollten: sie können aufgrund des sogenannten Chandrasekhar-Limits nicht weiße Zwerge bleiben.

Und die schwersten, die mehr als 30-40 Sonnenmassen wiegen und zusammenbrechen und sogar den größten Teil der Masse verlieren, können nicht auf der Stufe eines Neutronensterns von jenseits der Oppenheimer-Wolkow-Grenze stecken bleiben. Im ersten Fall überwindet der Druck des entarteten Gases der Elektronen, im zweiten Fall der Neutronen. Das heißt, keine physischen Kräfte können den Zusammenbruch sehr massereicher Sterne verhindern, was bedeutet, dass sie schwarze Löcher werden müssen. Wo sind sie? Negatives Denken ist nicht genug, Bestätigung ist erforderlich.

Ein isoliertes schwarzes Loch, auf das nichts fällt, strahlt nichts aus (Hawking-Strahlung ist vernachlässigbar). Die einzige Chance, ein schwarzes Loch zu finden, gibt den Fall an, wenn es auf den Stoff trifft. Von wo Zum Beispiel in einem binären System – mit einem normalen Stern, der einen gemeinsamen Schwerpunkt mit einem schwarzen Loch umkreist.

Im Jahr 1964 von suborbitalen Raketen mit Geigerzähler starten, Scannen des Himmels wurden einige Röntgenquellen gefunden. Unter ihnen ist der Swan X-1. Im Jahr 1970 wurde das erste Uhuru-Röntgenobservatorium gestartet, das mehr als dreihundert Quellen enthielt. Nach dem „Uhuru“ schien es, dass Cygnus X-1 – schnell Objekte variieren, die die Leuchtkraft innerhalb von Millisekunden ändern. Also, es ist sehr kompakt.

1971 des Funkquelle zusammenfällt mit der Position des Cygnus X-1 entdeckt, wird der Funk viel bessere Lokalisierungsgenauigkeit als Röntgenstrahlen. Dies trug dazu bei Sternen in Quellenort zu identifizieren – blau Riesen HDE 226868. bald entdeckten die periodische Verschiebung der Spektrallinien des Sterns.

Die Periode bedeutet dies, dass sie einen kompakten Begleiter mit einer Masse von mehr als 10 Sonnenmassen bekannt haben – viel mehr als die Obergrenze für die Masse von Neutronensternen. So wurde der erste Kandidat für stellare Schwarze Löcher entdeckt. Und das Wort „Kandidaten“ verloren – wir eine große Anzahl solcher Objekte kennen, die Menge der Daten auf sie zu groß, bezweifelt niemand, dass dies ein schwarzes Loch ist. Punkt gesetzt vor einem Jahr mit einer kleinen Registrierung von Gravitationswellen ausSchwarze Löcher verschmolzen – die letzten vagen Zweifel wurden in der Existenz von Schwarzen Löchern der Sternmasse zerstreut.

Überall fährt …

Wie eine Substanz auf ein schwarzes Loch fallen kann (der Fall einer Substanz auf einem astronomischen Objekt, aufgrund dessen sie wächst, wird Akkretion genannt). Wenn das nur interstellares Gas ist, dann höchstwahrscheinlich als isotropischer Fluss von allen Seiten. Ein solches Regime von kugelsymmetrischer Akkretion wird theoretisch studiert, es passiert sicherlich im Leben. Wenn jedoch viel Substanz vorhanden ist und ein bestimmtes Drehmoment vorherrscht, sammelt sich der Fluss notwendigerweise in einer Scheibe.

Disks in der Astrophysik werden überall gebildet – von den Ringen des Saturn bis zu den Galaxien. Sie haben einen gemeinsamen Mechanismus der Bildung: Die Substanz fliegt um die Kepler-Bahnen. Wenn diese Keplerschen Bahnen chaotisch sind, dann kollidieren die Materieteilchen unelastisch miteinander, so dass sich die Bahnen allmählich einander annähern. Dies geschieht, bis alle Umlaufbahnen in einer Ebene kreisförmig sind – dann werden die Kollisionen aufhören. Ein Beispiel für eine nahezu perfekte Scheibe sind die Saturnringe, in denen Blöcke und Kopfsteinpflaster aus schmutzigem Eis in einer zehn Meter langen Schicht parallel zueinander fliegen.

Aber in solch einem perfekten Ring gibt es keine Bewegung nach innen. Klumpen fallen nicht auf Saturn.Dies wird durch das Gesetz der Drehimpulserhaltung verhindert – die Ringe des Saturn können ihn nicht zurücksetzen. Bei akkretierenden schwarzen Löchern sollte sich die Festplatte irgendwie anders verhalten. Wie genau – das ist das Thema der berühmten Arbeit.

Nikolai Shakura

Tatsächlich wurde die Schlüsselidee ein Jahr zuvor von Nikolai Shakura im Astronomischen Journal veröffentlicht. Es ist ziemlich einfach. Das Verhalten der Scheibe bei der gegebenen Geschwindigkeit der Aufnahme der Substanz von außen hängt von einem Parameter – der Zähigkeit ab. Wenn es eine Viskosität gibt, dann tritt Reibung zwischen benachbarten Bahnen auf. Eine Substanz in einer beliebigen Umlaufbahn überträgt den Drehimpuls auf eine Substanz einer langsameren äußeren Umlaufbahn. So wird der Moment des Impulses von innen nach außen transportiert, wodurch die Scheibensubstanz, die den Moment loswird, spiralförmig am Zentralkörper festgezogen wird.

Woher kommt die Viskosität? Erstens wird aufgrund der Turbulenz in der Scheibe die Substanz benachbarter Umlaufbahnen gemischt. Zweitens, weil das Magnetfeld die Scheibe durchdringt, ist es in der Substanz eingefroren und verhält sich wie ein elastisches Material.

In der Arbeit von Nikolai Shakura wurde zuerst ein geeigneter dimensionsloser Parameter a eingeführt, dessen Wert das Verhältnis des Quadrates turbulenter Geschwindigkeiten zum Quadrat der Schallgeschwindigkeit ist.In Zusammenarbeit mit Rashid Sunyaev wurde der Definition dieses Parameters ein Magnetfeld hinzugefügt. Diese Werte sind für Astrophysiker sehr vertraut und natürlich. Sie sind miteinander verbunden – Turbulenz wirkt wie ein magnetischer Dynamo und stärkt das Feld. Diese Werte können nicht gemessen werden, aber es gibt ziemlich allgemeine Überlegungen, wie sie zu schätzen sind.

Gründungsartikel

Rashid Syunyaev

Diese erste Arbeit von N. I. Shakura blieb nicht so berühmt wie die zweite Arbeit von 1973, die in Zusammenarbeit mit Rashid Sunyaev veröffentlicht wurde. Erstens wird es in einer internationalen Zeitschrift veröffentlicht. Zweitens ist es besser geschrieben und viel besser.

Neben der Dynamik der Scheibe werden ihre Thermodynamik, die Strahlung in verschiedenen Akkretionsmodi, ihre zeitliche Variabilität und die Wirkung der Scheibenstrahlung auf einen Begleitstern beschrieben. Der Artikel ist grundlegend geworden. Jegliche spätere Arbeit an der Plattenakkretion in dem einen oder anderen Grad verwendet direkt oder indirekt die Ergebnisse, die in dem Artikel von Nikolai Shakura und Rashid Sunyaev vorgestellt wurden. Daher die große Anzahl von Links.

Die Gegend ist aufregend, es gibt noch viele Geheimnisse. Zum Beispiel ändert sich der Akkretionsmodus in Sprüngen – dann wird ein harter Röntgenstrahl mit geringerer Intensität emittiert, dann ein weicher mit einer größeren Helligkeit.Dies, wenn auch nur vage, aber verstanden. Oder, zum Beispiel, der Autor dieser Notiz, der mit den Daten des BATSE-Werkzeugs des Compton-Gamma-Observatoriums arbeitet, entdeckte unerwartet riesige Röntgenstrahl-Bursts des oben erwähnten Cygnus X-1 – aus irgendeinem Grund wurden sie von Mitgliedern des BATSE-Teams nicht bemerkt. Woher kommen sie? Welche Art von Phänomen? Niemand weiß es.

Ja, es gibt ein ganzes Lager von Effekten: die Krone der Scheibe, quasi-periodische Schwingungen und schließlich das erstaunlichste Phänomen – Strahlen, Strahlen aus magnetisiertem Plasma, die entlang der Rotationsachse der Scheiben schlagen. Und das gilt nicht nur für die schwarzen Löcher der Sternmasse. Berühmte Quasare sind die gleichen Akkretionsscheiben, nur in supermassiven schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien. Selbst protoplanetare Scheiben in einem frühen Stadium können wahrscheinlich in Bezug auf das Shakura-Sunyaev-Modell beschrieben werden. Sie strahlen übrigens auch große Jets aus.

Plattenakkretion ist unerschöpflich (im Gegensatz zum Elektron). Die Zunahme der Zitationen des Artikels von Shakura – Sunyaev beschleunigt sich. Die Hauptmethode der Forschung, wie in vielen anderen Bereichen der Wissenschaft, ist die numerische Simulation unter Einbeziehung großer Rechenressourcen. Und wohin? Darüber hinaus kann man denjenigen gratulieren, die einmal mit Stift und Papier eine allgemeine Beschreibung eines Phänomens gefunden haben. Unabhängig von der Anzahl der erhaltenen Auszeichnungen.

Artikel in TrV-Science über N. I.Chakure:
Mini-Interview mit N. I. Shakura.
Am 7. Oktober wurde N. I. Shakure 70 Jahre alt.
Der lange Weg nach oben "Zeldovich"


1. Verleihung der Staatspreise der Russischen Föderation.
2. Shakura N. I., Syunyaev R. A. Schwarze Löcher in binären Systemen. Beobachtungsbild // Astronomie und Astrophysik, 1973. Vol. 24. S. 337-355.
3. Popov S. Räder drehen sich. // "Trinity Option-Science", Nr. 1 (1), 1. April 2008.


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