Первичные черные дыры - расстановка точек
Apr. 7th, 2022 09:15 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
vashu11За 7 последних лет LIGO обнаружил 22 слияния с высокой степенью достоверностью и зарегестрировал множество возможных слияний на грани чувствительности. Эти данные заставили теоретиков выбросить старые наработки и снова взяться за карандаши.
Дело в том что черная дыра может появиться различными способами.
1. Из-за колебаний плотности в ранней Вселенной - такая дыра может иметь практически любую массу и околонулевую скорость вращения.
2. За счет коллапса звезды - масса от нескольких масс Солнца до десятков и высокую скорость вращения (сжатие звезды увеличит скорость).
3. За счет слияния нескольких черных дыр - такая дыра будет иметь очень высокую скорость вращения (орбитальный момент, за исключением маловероятного случая лобового столкновения).
Затем она может подрасти за счет аккреции газа - при этом скорость вращения дыры остается достаточно высокой.
Данные LIGO показывают странно большие массы дыр с подозрительно низкими начальными скоростями вращения. Любой желающий может сам открыть таблицу слияний и посмотреть типичные значения спинов.
Старые модели не предсказывали такого распределения масс и скоростей вращения. Это резко увеличило популярность моделей с первичными черными дырами. ПЧД заодно обещают решить множество других проблем, вроде проблемы достаточно быстрого собирания практически однородной материи в галактики.
В ЖЖ об этой революции в основном рассказывает Горькавый, рекламируя свою теорию:
- темная материя состоит из черных дыр, с главной ЧД весом порядка тысячной от массы обозримой Вселенной, гравитационные волны не имеют массы;
- ЧД поглощают гравитационные волны, увеличивают массу Вселенной и начинают фазу сжатия - Вселенная оказывается внутри главной ЧД;
- при сжатии обычной вещество от нагрева распадается в однородную плазму, ЧД сливаются, обнуляя большую часть своей массы за счет излучения гравитационных волн;
- Вселенная опять начинает расширяться.
К возможности нулевой гравитационной массы гравитационных волн возникло много вопросов, но, насколько я понимаю, с современным уровнем теории гравитации окончательно исключить такую возможность нельзя (хотя текущие достижения и указывают на обратное).
Горькавый хвастается объяснением темной материи без привлечения непонятных ВИМПов, тяжелыми ЧД, возможностью отбросить инфляцию и тп тд. Отсутствие интереса к гениальной теории объясняется обычным РЛО (русских людей обижают).
Между тем внимательный читатель уже заметил первую проблему - тяжелые ЧД Горькавого образуются за счет слияний, так что они должны иметь высокую скорость вращения, что противоречит данным LIGO. Так что сейчас любую теорию о множественных слияниях ЧД отправляют в мусорное ведро безотносительно национальности автора.
Вторая проблема - распределение масс ЧД. Теоретики предсказывают что логнормальное распределение должно хорошо описывать распределение масс ЧД с широким диапазоном. Это распределение описывается двумя параметрами - мю и сигма, сигма отвечает за то как быстро распределение стремится к нулю. Данные LIGO позволяют ограничить сигму интервалом 0.5-1. Проблема в том что с такой сигмой логнормальное распределение очень быстро стремится к нулю - для существования большой черной дыры нужна сигма раз в 20 больше. С такой сигмой мы бы постоянно видели слияния ЧД в сотни-тысячи и даже десятки тысяч солнечных масс. В любом случае данные наблюдений и модели аккреции на ЧД в ранней вселенной сильно ограничивают число и массу больших дыр (в сотни и тысячи масс солнца), что вызывает дополнительные проблемы.
Разумеется это не приговор - возможно получится оказаться от большой черной дыры или за счет нескольких механизмов дать нужное распределение масс, как-то понизить скорость вращения (у теоретиков не бывает поражений - бывают только перерывы на установку новых костылей). Конечно о претензиях на предсказательную силу теории в любом случае пока придется забыть - до новых данных.
Только от автора об этих проблемах и планах их решения мы ничего не слышим. Слышим упоминания других интересных моментов. Скажем, для примирения моделей с данными гравитационного лензирования ЧД надо собрать в тесные кластеры. Многие теоретики сомневаются в возможности тесных кластеров нужной массы. Авторы "Formation and Evolution of Primordial Black Hole Binaries" напоминают про закон Heggie-Hills'а - в шаровых скоплениях слабо связанные тела обычно отрываются внешними силами, сильно связанные - увеличивают силу связи. Это значит что в скоплении ЧД тесно связанные пары быстро сольются и со временем число слияний будет быстро падать.
Горькавый с удовольствием дает пару цитат из статьи, забывая процитировать конкретные цифры - по мнению авторов модели черные дыры объясняют порядка 0.002 массы темной материи и имеют логнормальное распределение масс с сигмой порядка 0.6 - то есть никаких гигантских ЧД у них нет.
Ну или просто рассказывает что его теория правильная, а проблем у правильных теорий не бывает. Особо умиляют россиянские тихнари, тихо поддакивающие подобной ереси.
В общем не зацикливайтесь на не-имеющих-мировых-аналогов теориях русских самородков и возвращайтесь в мейнстрим.
Дело в том что черная дыра может появиться различными способами.
1. Из-за колебаний плотности в ранней Вселенной - такая дыра может иметь практически любую массу и околонулевую скорость вращения.
2. За счет коллапса звезды - масса от нескольких масс Солнца до десятков и высокую скорость вращения (сжатие звезды увеличит скорость).
3. За счет слияния нескольких черных дыр - такая дыра будет иметь очень высокую скорость вращения (орбитальный момент, за исключением маловероятного случая лобового столкновения).
Затем она может подрасти за счет аккреции газа - при этом скорость вращения дыры остается достаточно высокой.
Данные LIGO показывают странно большие массы дыр с подозрительно низкими начальными скоростями вращения. Любой желающий может сам открыть таблицу слияний и посмотреть типичные значения спинов.
Старые модели не предсказывали такого распределения масс и скоростей вращения. Это резко увеличило популярность моделей с первичными черными дырами. ПЧД заодно обещают решить множество других проблем, вроде проблемы достаточно быстрого собирания практически однородной материи в галактики.
В ЖЖ об этой революции в основном рассказывает Горькавый, рекламируя свою теорию:
- темная материя состоит из черных дыр, с главной ЧД весом порядка тысячной от массы обозримой Вселенной, гравитационные волны не имеют массы;
- ЧД поглощают гравитационные волны, увеличивают массу Вселенной и начинают фазу сжатия - Вселенная оказывается внутри главной ЧД;
- при сжатии обычной вещество от нагрева распадается в однородную плазму, ЧД сливаются, обнуляя большую часть своей массы за счет излучения гравитационных волн;
- Вселенная опять начинает расширяться.
К возможности нулевой гравитационной массы гравитационных волн возникло много вопросов, но, насколько я понимаю, с современным уровнем теории гравитации окончательно исключить такую возможность нельзя (хотя текущие достижения и указывают на обратное).
Горькавый хвастается объяснением темной материи без привлечения непонятных ВИМПов, тяжелыми ЧД, возможностью отбросить инфляцию и тп тд. Отсутствие интереса к гениальной теории объясняется обычным РЛО (русских людей обижают).
Между тем внимательный читатель уже заметил первую проблему - тяжелые ЧД Горькавого образуются за счет слияний, так что они должны иметь высокую скорость вращения, что противоречит данным LIGO. Так что сейчас любую теорию о множественных слияниях ЧД отправляют в мусорное ведро безотносительно национальности автора.
Вторая проблема - распределение масс ЧД. Теоретики предсказывают что логнормальное распределение должно хорошо описывать распределение масс ЧД с широким диапазоном. Это распределение описывается двумя параметрами - мю и сигма, сигма отвечает за то как быстро распределение стремится к нулю. Данные LIGO позволяют ограничить сигму интервалом 0.5-1. Проблема в том что с такой сигмой логнормальное распределение очень быстро стремится к нулю - для существования большой черной дыры нужна сигма раз в 20 больше. С такой сигмой мы бы постоянно видели слияния ЧД в сотни-тысячи и даже десятки тысяч солнечных масс. В любом случае данные наблюдений и модели аккреции на ЧД в ранней вселенной сильно ограничивают число и массу больших дыр (в сотни и тысячи масс солнца), что вызывает дополнительные проблемы.
Разумеется это не приговор - возможно получится оказаться от большой черной дыры или за счет нескольких механизмов дать нужное распределение масс, как-то понизить скорость вращения (у теоретиков не бывает поражений - бывают только перерывы на установку новых костылей). Конечно о претензиях на предсказательную силу теории в любом случае пока придется забыть - до новых данных.
Только от автора об этих проблемах и планах их решения мы ничего не слышим. Слышим упоминания других интересных моментов. Скажем, для примирения моделей с данными гравитационного лензирования ЧД надо собрать в тесные кластеры. Многие теоретики сомневаются в возможности тесных кластеров нужной массы. Авторы "Formation and Evolution of Primordial Black Hole Binaries" напоминают про закон Heggie-Hills'а - в шаровых скоплениях слабо связанные тела обычно отрываются внешними силами, сильно связанные - увеличивают силу связи. Это значит что в скоплении ЧД тесно связанные пары быстро сольются и со временем число слияний будет быстро падать.
Горькавый с удовольствием дает пару цитат из статьи, забывая процитировать конкретные цифры - по мнению авторов модели черные дыры объясняют порядка 0.002 массы темной материи и имеют логнормальное распределение масс с сигмой порядка 0.6 - то есть никаких гигантских ЧД у них нет.
Ну или просто рассказывает что его теория правильная, а проблем у правильных теорий не бывает. Особо умиляют россиянские тихнари, тихо поддакивающие подобной ереси.
В общем не зацикливайтесь на не-имеющих-мировых-аналогов теориях русских самородков и возвращайтесь в мейнстрим.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2022-07-04 09:47 am (UTC)Итак, есть факт: в первые 600 с небольшим миллионов лет во Вселенной появились черные дыры массой порядка миллиарда масс Солнца.
...
На рис. 1 показаны кривые роста черных дыр, от возраста Вселенной 100 млн лет, когда только образовывались первые звезды, до момента, когда были обнаружены самые далекие квазары: для каждого конкретного квазара — своя кривая. Эти кривые предполагают, что темп аккреции и светимость всё время были эддингтоновскими при постоянной эффективности высвечивания 0,1 Мс2.
В таком случае увеличение массы черной дыры в е раз происходит примерно за 50 млн лет (а в 10 раз — за 120 млн лет).
Парадокс заключается в том, что рост должен был начаться с зародышевых черных дыр массой порядка десяти тысяч масс Солнца (для рекордного квазара — как минимум 20 000 Мʘ), иначе им не успеть вырасти к z ~ 7 до наблюдаемых величин.
...
Эддингтоновский предел светимости далеко не абсолютен и вполне преодолим, особенно на некоторое время. Строго говоря, он относится только к оптически тонкой плазме. Если же на тяготеющий центр падает, например, звезда, то светимость может подпрыгивать до любой величины.
...
Есть другой вариант — низкая эффективность высвечивания, то есть вещества падает много, а излучения от него мало — и никаких проблем.
Есть вариант аккреции под названием ADAF (advection dominated accretion flow) — геометрически толстый, но оптически тонкий диск. В нем не успевает установиться температурное равновесие: ионы горячие, но они не светят, а электроны, которые должны бы светить, — холодные. Вся энергия ионов уносится в черную дыру. Такое, судя по всему, имеет место в центре нашей Галактики и знаменитой галактики М87. Правда, этот вариант работает только при относительно малых темпах аккреции и вряд ли подходит для сверхкритического режима.
Более подходящий вариант — так называемый стройный (slim) аккреционный диск. Собственно, именно в него и должен превращаться канонический тонкий диск Шакуры — Сюняева при околокритическом темпе аккреции. Выделяемое тепло не успевает излучиться наружу и уносится в черную дыру. Диск распухает, но умеренно.
...
«но». Дело в том, что радиационная эффективность в таком режиме сильно зависит от вращения черной дыры. Если вращение слабое, диск излучает мало и на черную дыру может падать много вещества при умеренной светимости. Если же момент вращения черной дыры близок к предельному (что вполне вероятно), то внутренняя часть аккреционного диска близ последней стабильной орбиты высвечивает большую часть выделившейся в диске энергии — эффективность оказывается такой же, как в случае тонкого диска. Поэтому подобный режим не панацея.
...
feedback, обратная связь, влияние яркого источника на окружающую среду. Допустим, на черную дыру падает нечто оптически толстое — звезды, плотные облака газа и т. п. Светимость огромная, причем это как раз тот случай, когда эддингтоновский предел не работает. Но появляется другая засада: квазар ионизирует и разогревает окружающую среду вокруг себя настолько, что прекращается образование звезд, а выросшее давление горячего газа намного превосходит тяготение черной дыры. Как показывает моделирование, быстрый рост черной дыры при такой «гиперэддингтоновской» аккреции прекращается на уровне всего лишь 108 Мʘ.
...
был использован гибридный метод (мягкие частицы + сетка), уменьшающий числовой шум и различные артефакты типа численной вязкости. Всё равно возможности численного счета далеки от того, чтобы честно проследить всё, что происходит на всей лестнице масштабов, охватывающей много порядков величин. Поэтому авторам пришлось прибегнуть к ряду ухищрений: счет в два приема, сначала грубая прикидка эволюции в кубическом гигапарсеке, потом выбор самого тяжелого облака 1013 Мʘ, образовавшегося в этом гигапарсеке, и затем дальнейшая работа с ним одним