Puterea unei găuri negre. Găuri negre: povestea descoperirii celor mai misterioase obiecte din Univers pe care nu le vom vedea niciodată. Cum să vezi invizibilul

O stea se poate transforma într-o gaură neagră până la sfârșitul vieții sale. În procesul acestei transformări, steaua este foarte mult comprimată, în timp ce masa sa este conservată. Steaua se transformă într-o minge mică, dar foarte grea. Dacă presupunem că planeta noastră Pământ devine o gaură neagră, atunci diametrul său în această stare va fi de numai 9 milimetri. Dar Pământul nu se va putea transforma într-o gaură neagră, deoarece reacții complet diferite au loc în miezul planetelor, nu ca în stele.

O astfel de compresie și compactare atât de puternică a unei stele se datorează faptului că, sub influența reacțiilor termonucleare din centrul stelei, forța gravitațională crește foarte mult și începe să atragă suprafața stelei spre centrul acesteia. Treptat, viteza cu care steaua se micșorează crește și în cele din urmă începe să depășească viteza luminii. Când o stea atinge această stare, ea încetează să mai strălucească, deoarece particulele de lumină - cuantele - nu pot depăși forța gravitației. O stea în această stare încetează să mai emită lumină, rămâne „în interiorul” razei gravitaționale - limita în care toate obiectele sunt atrase de suprafața stelei. Astronomii numesc această limită orizontul evenimentelor. Și dincolo de această graniță, forța gravitației gaură neagră scade. Deoarece particulele de lumină nu pot depăși granița gravitațională a unei stele, este posibil să se detecteze o gaură neagră numai prin instrumente, de exemplu, dacă, dintr-un motiv necunoscut, o navă spațială sau un alt corp - o cometă sau un asteroid începe să-și schimbe traiectoria , înseamnă că cel mai probabil a căzut sub influența forțelor gravitaționale ale unei găuri negre ... Un obiect spațial controlat într-o astfel de situație trebuie să pornească urgent toate motoarele și să părăsească zona de atracție periculoasă și, dacă puterea nu este suficientă, atunci va fi inevitabil absorbită de o gaură neagră.

Dacă soarele s-ar putea transforma într-o gaură neagră, atunci planetele sistemului solar s-ar afla în raza gravitațională a soarelui și ar fi atrase și absorbite. Din fericire pentru noi, acest lucru nu se va întâmpla, pentru că numai stelele foarte mari și masive se pot transforma într-o gaură neagră. Soarele este prea mic pentru asta. În procesul de evoluție, Soarele va deveni cel mai probabil un pitic negru dispărut. Alte găuri negre care există acum în spațiu nu sunt periculoase pentru planeta noastră și pentru navele spațiale pământești - sunt prea departe de noi.

În popularul serial TV „The Big Bang Theory”, pe care îl puteți urmări, nu veți învăța secretele creației Universului sau cauzele găurilor negre din spațiu. Personajele principale sunt pasionate de știință și lucrează în departamentul de fizică de la universitate. Se regăsesc constant în diferite situații ridicole, care sunt distractive de urmărit.

Dintre toate obiectele ipotetice din univers prezise teorii științifice, găurile negre fac cea mai stranie impresie. Și, deși ipotezele despre existența lor au început să fie exprimate cu aproape un secol și jumătate înainte de publicarea relativității generale a lui Einstein, s-au obținut dovezi convingătoare ale realității existenței lor destul de recent.

Să începem prin a analiza modul în care relativitatea generală abordează problema naturii gravitației. Legea gravitației universale a lui Newton afirmă că o forță de atracție reciprocă acționează între oricare două corpuri masive din Univers. Din cauza acestei atracții gravitaționale, Pământul se învârte în jurul Soarelui. Relativitatea generală ne obligă să privim diferit sistemul Soare-Pământ. Conform acestei teorii, în prezența unui corp ceresc atât de masiv precum Soarele, spațiul-timp pare să fie perforat sub greutatea sa, iar uniformitatea țesutului său este perturbată. Imaginați-vă o trambulină elastică cu o minge grea (de exemplu, dintr-o alee de bowling) care se sprijină pe ea. Țesătura întinsă se îndoaie sub greutatea sa, creând un vid în jurul ei. În același mod, Soarele împinge spațiul-timp în jurul său.

Conform acestei imagini, Pământul se rostogolește pur și simplu în jurul pâlniei formate (cu excepția faptului că o bilă mică care se rotește în jurul unei grele pe o trambulină va pierde inevitabil viteza și se va spirala mai aproape de una mare). Și ceea ce percepem în mod obișnuit ca forța gravitațională în noi Viata de zi cu zi, de asemenea, nu există altceva decât o schimbare în geometria spațiului-timp și nu o forță în sens newtonian. Până în prezent, nu a fost inventată nicio explicație mai reușită a naturii gravitației decât teoria generală a relativității.

Acum imaginați-vă ce se va întâmpla dacă noi - în cadrul imaginii propuse - creștem și creștem masa unei mingi grele fără a crește dimensiunea sa fizică? Fiind absolut elastic, pâlnia se va adânci până când marginile sale superioare converg undeva sus deasupra mingii complet grele, apoi pur și simplu încetează să mai existe atunci când este privită de la suprafață. În Universul real, după ce a acumulat suficientă masă și densitate de materie, obiectul trântește o capcană spațiu-timp în jurul său, țesătura spațiului-timp se închide și își pierde conexiunea cu restul Universului, devenind invizibil pentru acesta. Așa apare o gaură neagră.

Schwarzschild și contemporanii săi credeau că astfel de obiecte spațiale ciudate nu existau în natură. Einstein însuși nu numai că a susținut acest punct de vedere, ci și a crezut din greșeală că a reușit să-și susțină opinia matematic.

În anii 1930, tânărul astrofizician indian Chandrasekhar a dovedit că o stea care și-a cheltuit combustibilul nuclear își aruncă coaja și se transformă într-o pitică albă care se răcește încet numai dacă masa sa este mai mică de 1,4 ori masa Soarelui. Curând, americanul Fritz Zwicky și-a dat seama că exploziile supernova produc corpuri extrem de dense de materie neutronică; mai târziu, Lev Landau a ajuns la aceeași concluzie. După lucrările lui Chandrasekhar, era evident că numai stelele cu o masă de peste 1,4 mase solare pot suferi o astfel de evoluție. Prin urmare, a apărut o întrebare naturală - există o limită de masă superioară pentru supernove care lasă în urmă stelele cu neutroni?

La sfârșitul anilor 1930, viitorul tată al bombei atomice americane, Robert Oppenheimer, a stabilit că o astfel de limită există și nu depășește câteva mase solare. În acel moment nu era posibil să se dea o evaluare mai precisă; acum se știe că masele stelelor de neutroni trebuie să fie cuprinse între 1,5-3 Ms. Dar chiar și din calculele aproximative ale lui Oppenheimer și ale studentului său absolvent George Volkov, a rezultat că cei mai masivi descendenți ai supernovelor nu devin stele de neutroni, ci merg într-o altă stare. În 1939, Oppenheimer și Hartland Snyder, folosind un model idealizat, au dovedit că o stea masivă care se prăbușește se contractă pe raza sa gravitațională. Din formulele lor, rezultă de fapt că steaua nu se oprește aici, ci coautorii s-au abținut de la o concluzie atât de radicală.

09.07.1911 - 13.04.2008

Răspunsul final a fost găsit în a doua jumătate a secolului al XX-lea prin eforturile unei întregi galaxii de fizicieni teoretici geniali, inclusiv cei sovietici. S-a dovedit că un astfel de colaps comprimă întotdeauna steaua „până la capăt”, distrugându-i complet substanța. Ca urmare, apare o singularitate, un „superconcentrat” al câmpului gravitațional, închis într-un volum infinit de mic. Pentru o gaură staționară, acesta este un punct, pentru una rotativă, un inel. Curbura spațiu-timp și, în consecință, forța gravitațională lângă singularitate tinde spre infinit. La sfârșitul anului 1967, fizicianul american John Archibald Wheeler a fost primul care a numit un astfel de colaps stelar final o gaură neagră. Noul termen s-a îndrăgostit de fizicieni și i-a încântat pe jurnaliștii care l-au răspândit în întreaga lume (deși francezilor nu le-a plăcut la început, deoarece expresia trou noir a sugerat asociații dubioase).

Cea mai importantă proprietate a unei găuri negre este că, indiferent de ce intră în ea, nu va reveni. Acest lucru se aplică chiar și luminii, motiv pentru care găurile negre și-au primit numele: un corp care absoarbe toată lumina care cade pe ea și nu emite propria ei pare a fi absolut negru. Conform relativității generale, dacă un obiect se apropie de centrul unei găuri negre la o distanță critică - această distanță se numește raza Schwarzschild - nu se poate întoarce niciodată. (Astronomul german Karl Schwarzschild (1873-1916) în ultimii ani ai vieții sale, folosind ecuațiile teoriei generale a relativității a lui Einstein, a calculat câmpul gravitațional în jurul unei mase de volum zero.) Pentru masa Soarelui, raza Schwarzschild este de 3 km, adică pentru a ne transforma Soarele este într-o gaură neagră, trebuie să-i condensăm întreaga masă la dimensiunea unui oraș mic!

În raza Schwarzschild, teoria prezice fenomene și mai ciudate: toată materia unei găuri negre se adună într-un punct infinit de densitate infinită chiar în centrul său - matematicienii numesc un astfel de obiect o perturbare singulară. Cu o densitate infinită, orice masă finită de materie, matematic vorbind, ocupă un volum spațial zero. Dacă acest fenomen apare de fapt în interiorul unei găuri negre, noi, în mod firesc, nu putem verifica experimental, din moment ce tot ceea ce are în interiorul razei Schwarzschild nu revine.

Astfel, neavând posibilitatea de a „examina” o gaură neagră în sensul tradițional al cuvântului „priviți”, noi, totuși, îi putem detecta prezența prin semne indirecte ale influenței câmpului său gravitațional super-puternic și complet neobișnuit materie în jurul ei.

Găuri negre supermasive

În centrul Căii Lactee și a altor galaxii se află o gaură neagră incredibil de masivă de milioane de ori mai grea decât Soarele. Aceste găuri negre supermasive (așa cum au primit acest nume) au fost descoperite prin observarea naturii mișcării gazelor interstelare în apropierea centrelor galaxiilor. Gazele, judecând după observații, se rotesc la o distanță apropiată de obiectul supermasiv, iar calculele simple folosind legile mecanicii newtoniene arată că obiectul care le atrage, cu un diametru slab, are o masă monstruoasă. Doar o gaură neagră poate învârti astfel gazul interstelar din centrul galaxiei. De fapt, astrofizicienii au găsit deja zeci de astfel de găuri negre masive în centrele galaxiilor vecine și suspectează cu tărie că centrul oricărei galaxii este o gaură neagră.

Găuri negre de masă stelară

Conform ideilor noastre actuale despre evoluția stelelor, atunci când o stea cu o masă care depășește aproximativ 30 de mase solare pier cu o explozie de supernovă, coaja sa exterioară se împrăștie, iar straturile sale interioare se prăbușesc rapid spre centru și formează o gaură neagră în locul steaua care și-a consumat rezervele de combustibil. Este practic imposibil să detectăm o gaură neagră de o asemenea origine izolată în spațiul interstelar, deoarece se află într-un vid rarefiat și nu se manifestă în niciun fel în termeni de interacțiuni gravitaționale. Cu toate acestea, dacă o astfel de gaură făcea parte dintr-un sistem de stele binare (două stele fierbinți care orbitează în jurul centrului lor de masă), gaura neagră va exercita în continuare un efect gravitațional asupra stelei sale pereche. Astăzi, astronomii au mai mult de o duzină de candidați pentru acest tip de sistem stelar, deși nu există dovezi puternice pentru niciunul dintre ei.

Într-un sistem binar cu o gaură neagră în compoziția sa, substanța stelei „vii” va „curge” inevitabil în direcția găurii negre. Și materia aspirată de gaura neagră se va învârti când va cădea în gaura neagră într-o spirală, dispărând la traversarea razei Schwarzschild. Cu toate acestea, atunci când se apropie de granița fatală, substanța aspirată în pâlnia găurii negre se va îngroșa și se va încălzi din cauza creșterii coliziunilor dintre particulele absorbite de gaură până când se încălzește până la energiile radiației undelor din raze X gama spectrului electromagnetic. Astronomii pot măsura periodicitatea modificărilor intensității radiațiilor cu raze X de acest fel și pot calcula, comparând-o cu alte date disponibile, masa aproximativă a unui obiect care „trage” materia asupra sa. Dacă masa unui obiect depășește limita Chandrasekhar (1,4 mase solare), acest obiect nu poate fi o pitică albă, în care steaua noastră este destinată să degenereze. În majoritatea cazurilor identificate de observare a unor astfel de stele binare cu raze X, o stea cu neutroni este un obiect masiv. Cu toate acestea, mai mult de o duzină de cazuri au fost deja numărate când singura explicație rezonabilă este prezența unei găuri negre într-un sistem stelar binar.

Toate celelalte tipuri de găuri negre sunt mult mai speculative și se bazează exclusiv pe cercetări teoretice - nu există deloc dovezi experimentale ale existenței lor. În primul rând, acestea sunt mini-găuri negre cu o masă comparabilă cu masa unui munte și comprimate pe raza unui proton. Ideea originii lor în etapa inițială a formării Universului imediat după Big Bang a fost exprimată de cosmologul englez Stephen Hawking (vezi Principiul ascuns al ireversibilității timpului). Hawking a sugerat că exploziile cu mini-găuri ar putea explica fenomenul cu adevărat misterios al exploziilor de raze gamma cizelate din Univers. În al doilea rând, unele teorii ale particulelor elementare prezic existența în Univers - la nivel micro - a unei site reale de găuri negre, care sunt un fel de spumă din deșeurile universului. Diametrul unor astfel de micro-găuri este de aproximativ 10-33 cm - sunt de miliarde de ori mai mici decât un proton. În acest moment, nu avem nicio speranță verificare experimentală chiar chiar existența unor astfel de particule de gaură neagră, ca să nu mai vorbim de faptul că cel puțin cumva le investighează proprietățile.

Și ce se întâmplă cu observatorul dacă se găsește brusc pe cealaltă parte a razei gravitaționale, altfel numită orizontul evenimentelor. Aici începe cea mai uimitoare proprietate a găurilor negre. Nu degeaba, vorbind despre găurile negre, am menționat întotdeauna timpul, sau mai degrabă spațiul-timp. Conform teoriei relativității a lui Einstein, cu cât un corp se mișcă mai repede, cu atât masa acestuia devine mai mare, dar timpul trece mai lent! La viteze mici, în condiții normale, acest efect este invizibil, dar dacă corpul (nava spațială) se deplasează cu o viteză apropiată de viteza luminii, atunci masa sa crește, iar timpul încetinește! Când viteza corpului este egală cu viteza luminii, masa merge la infinit, iar timpul se oprește! Acest lucru este dovedit de formule matematice riguroase. Să ne întoarcem la gaura neagră. Imaginați-vă o situație fantastică atunci când o navă spațială cu astronauți la bord se apropie de raza gravitațională sau de orizontul evenimentelor. Este clar că orizontul evenimentelor este numit astfel deoarece putem observa orice evenimente (în general observăm ceva) doar până la această graniță. Că nu suntem capabili să observăm această graniță. Cu toate acestea, fiind în interiorul navei spațiale care se apropie de gaura neagră, astronauții se vor simți la fel ca înainte, deoarece la ceas, timpul va funcționa „normal”. Nava spațială va traversa calm orizontul evenimentelor și va merge mai departe. Dar, deoarece viteza sa va fi aproape de viteza luminii, nava spațială va ajunge în centrul găurii negre, literalmente, într-o clipă.

Iar pentru un observator exterior, nava spațială se va opri pur și simplu la orizontul evenimentelor și va rămâne acolo aproape pentru totdeauna! Acesta este paradoxul gravitației colosale a găurilor negre. O întrebare firească este dacă astronauții care merg la infinit conform ceasului unui observator extern vor supraviețui. Nu. Iar ideea nu este deloc despre gravitația enormă, ci despre forțele mareelor, care într-un corp atât de mic și masiv variază foarte mult la distanțe scurte. Odată cu creșterea unui astronaut de 1 m 70 cm, forțele de maree de la capul său vor fi mult mai mici decât la picioarele sale și el va fi pur și simplu sfâșiat deja la orizontul evenimentelor. Deci suntem înăuntru contur general am aflat ce sunt găurile negre, dar până acum a fost vorba despre găurile negre cu masă stelară. În prezent, astronomii au reușit să găsească găuri negre supermasive, a căror masă poate fi de un miliard de sori! Găurile negre supermasive nu diferă în ceea ce privește proprietățile de omologii lor mai mici. Ele sunt doar mult mai masive și, de regulă, sunt situate în centrul galaxiilor - insulele stelare ale Universului. În centrul galaxiei noastre (Calea Lactee) există și o gaură neagră supermasivă. Masa colosală a unor astfel de găuri negre va face posibilă căutarea lor nu numai în galaxia noastră, ci și în centrele galaxiilor îndepărtate situate la o distanță de milioane și miliarde de ani lumină de Pământ și Soare. Oamenii de știință europeni și americani au efectuat o căutare globală a găurilor negre supermasive, care, conform calculelor teoretice moderne, ar trebui situate în centrul fiecărei galaxii.

Tehnologiile moderne fac posibilă detectarea prezenței acestor colapsuri în galaxiile vecine, dar foarte puține dintre ele au fost detectate. Aceasta înseamnă că fie găurile negre se ascund pur și simplu în nori de gaz dens și praf în partea centrală a galaxiilor, fie sunt situate în colțuri mai îndepărtate ale Universului. Deci, găurile negre pot fi detectate de razele X emise în timpul acumulării de materie pe ele și, pentru a face un recensământ al unor astfel de surse, sateliții cu telescoape cu raze X la bord au fost lansați în spațiul comic din apropierea Pământului. În timp ce căutau surse de raze X, observatoarele spațiale Chandra și Rossi au descoperit că cerul este plin de raze X de fundal și este de milioane de ori mai luminos decât lumina vizibilă. O mare parte din această radiație de raze X din cer trebuie să provină din găuri negre. De obicei în astronomie se vorbește despre trei tipuri de găuri negre. Prima este gaurile negre de mase stelare (aproximativ 10 mase solare). Acestea sunt formate din stele masive atunci când rămân fără combustibil termonuclear. Al doilea este găurile negre supermasive din centrele galaxiilor (mase de la un milion la miliarde de soare). Și, în cele din urmă, găurile negre primordiale s-au format la începutul vieții Universului, ale căror mase sunt mici (de ordinul masei unui asteroid mare). Astfel, o gamă largă de mase posibile de găuri negre rămâne neumplută. Dar unde sunt aceste găuri? În timp ce umple spațiul cu raze X, totuși nu vor să-și arate adevărata „față”. Dar, pentru a construi o teorie clară a relației dintre radiațiile de raze X de fundal și găurile negre, este necesar să le cunoaștem numărul. În acest moment, telescoapele spațiale au reușit să detecteze doar un număr mic de găuri negre supermasive, a căror existență poate fi considerată dovedită. Semnele indirecte ne permit să aducem numărul de găuri negre observate responsabile de radiațiile de fond la 15%. Trebuie să presupunem că restul găurilor negre supermasive se ascund pur și simplu în spatele unui strat gros de nori de praf care permit doar trecerea razelor X cu energie mare sau sunt prea departe pentru a fi detectate. mijloace moderne observații.

Gaură neagră supermasivă (cartier) în centrul galaxiei M87 (imagine cu raze X). O ejectie (jet) din orizontul evenimentelor este vizibilă. Imagine de pe site-ul www.college.ru/astronomy

Găsirea găurilor negre ascunse este una dintre principalele provocări ale astronomiei moderne cu raze X. Cele mai recente descoperiri în acest domeniu, asociate cercetărilor cu telescoapele Chandra și Rossi, acoperă totuși numai gama de raze X cu energie scăzută - aproximativ 2000-20.000 electron volți (pentru comparație, energia radiației optice este de aproximativ 2 electroni -volți) .volți). Modificări esențiale aduse acestor studii pot fi făcute de telescopul spațial european „Integral”, care este capabil să pătrundă în zona încă insuficient studiată a radiațiilor cu raze X cu o energie de 20.000-300.000 electron-volți. Importanța învățării acestui tip radiografii constă în faptul că, deși fundalul cu raze X al cerului are o energie scăzută, pe acest fundal apar vârfuri multiple (puncte) de radiații cu o energie de aproximativ 30.000 de electroni-volți. Oamenii de știință tocmai deschid vălul misterului a ceea ce dă naștere acestor vârfuri, iar „Integral” este primul telescop suficient de sensibil capabil să găsească astfel de surse de raze X. Potrivit astronomilor, fasciculele de mare energie dau naștere așa-numitelor obiecte groase Compton, adică găuri negre supermasive învelite într-o cochilie prăfuită. Obiectele Compton sunt responsabile pentru vârfurile de raze X de 30.000 de electroni-volți din câmpul de radiații de fond.

Dar, continuând cercetările, oamenii de știință au ajuns la concluzia că obiectele Compton reprezintă doar 10% din numărul găurilor negre care ar trebui să creeze vârfuri cu energie ridicată. Acesta este un obstacol serios în calea dezvoltării în continuare a teoriei. Deci, razele X care lipsesc nu provin din grosimea Compton, ci din găurile negre supermasive obișnuite? Atunci ce zici de perdelele de praf pentru raze X cu energie redusă? Răspunsul pare să stea în faptul că multe găuri negre (obiecte Compton) au avut suficient timp pentru a absorbi tot gazul și praful care le-a învăluit, dar înainte au avut ocazia să se afirme cu raze X de mare energie. După ce au absorbit toată materia, astfel de găuri negre nu au putut deja genera raze X la orizontul evenimentelor. Devine clar de ce aceste găuri negre nu pot fi detectate și devine posibil să se atribuie surselor lipsă de radiații de fond contului lor, deoarece, deși gaura neagră nu mai emite, radiația creată anterior de aceasta își continuă călătoria prin Univers. Cu toate acestea, este pe deplin posibil ca găurile negre lipsă să fie mai ascunse decât presupun astronomii, adică faptul că nu le vedem nu înseamnă că nu sunt deloc. Pur și simplu nu avem suficientă putere de observare pentru a le vedea. Între timp, oamenii de știință ai NASA intenționează să extindă căutarea găurilor negre ascunse și mai mult în univers. Se spune că acolo se află partea subacvatică a aisbergului. Timp de câteva luni, cercetările vor fi efectuate ca parte a misiunii Swift. Pătrunderea în universul profund va dezvălui găuri negre ascunse, va găsi veriga lipsă pentru radiațiile de fundal și va arunca o lumină asupra activității lor în era timpurie a universului.

Unele găuri negre sunt considerate mai active decât vecinii lor liniștiți. Găurile negre active absorb materia înconjurătoare și, dacă o stea „căscată” care zboară trecut trece în zborul gravitației, cu siguranță va fi „mâncată” în cel mai barbar mod (sfâșiat). Substanța absorbită, care cade pe gaura neagră, se încălzește la temperaturi enorme și se confruntă cu o sclipire în gama, razele X și ultraviolete. Există, de asemenea, o gaură neagră supermasivă în centrul Căii Lactee, dar este mai dificil de studiat decât găurile din galaxiile din apropiere sau chiar îndepărtate. Acest lucru se datorează unui perete dens de gaz și praf care stă în calea centrului galaxiei noastre, deoarece sistemul solar este situat aproape la marginea discului galactic. Prin urmare, observarea activității găurilor negre este mult mai eficientă pentru acele galaxii al căror nucleu este clar vizibil. La observarea uneia dintre galaxiile îndepărtate situate în constelația Bootes la o distanță de 4 miliarde de ani lumină, astronomii au reușit pentru prima dată să urmărească de la început și aproape până la sfârșit procesul de absorbție a unei stele de o gaură neagră supermasivă. Mii de ani, acest colapsar uriaș s-a odihnit liniștit în centrul unei galaxii eliptice fără nume, până când una dintre stele a îndrăznit să se apropie suficient de mult de ea.

Gravitația puternică a găurii negre a sfâșiat steaua. Ciorchinii de materie au început să cadă pe gaura neagră și, la atingerea orizontului evenimentelor, se aprind puternic în raza ultravioletă. Aceste rachete au fost înregistrate de noul telescop spațial NASA Galaxy Evolution Explorer, care studiază cerul în lumină ultravioletă. Telescopul continuă să observe comportamentul obiectului distins chiar și astăzi. masa găurii negre nu s-a terminat încă, iar rămășițele stelei continuă să cadă în abisul timpului și al spațiului. Observațiile unor astfel de procese, în cele din urmă, vor ajuta la înțelegerea mai bună a modului în care evoluează găurile negre cu galaxiile lor părinte (sau, dimpotrivă, galaxiile evoluează cu o gaură neagră părinte). Observațiile anterioare arată că astfel de excese nu sunt neobișnuite în univers. Oamenii de știință au calculat că, în medie, o stea este absorbită de gaura neagră supermasivă a unei galaxii tipice o dată la 10.000 de ani, dar din moment ce există un număr mare de galaxii, absorbția stelelor poate fi observată mult mai des.

o sursă

« Știința-ficțiune poate fi utilă - stimulează imaginația și ameliorează frica de viitor. dar fapte științifice poate fi mult mai uimitor. Știința-ficțiune nu s-a gândit niciodată la lucruri precum găurile negre»
Stephen Hawking

În adâncurile universului, un număr nenumărat de mistere și secrete pândesc pentru om. Una dintre ele sunt găurile negre - obiecte pe care nici cele mai mari minți ale umanității nu le pot înțelege. Sute de astrofizicieni încearcă să descopere natura găurilor negre, dar în acest stadiu nici nu am dovedit existența lor în practică.

Realizatorii își dedică filmele lor și printre ei oameni normali găurile negre au devenit un fenomen atât de cult încât sunt identificate cu sfârșitul lumii și moartea iminentă. Sunt temute și urâte, dar în același timp idolatrează și se pleacă în fața necunoscutului pe care aceste fragmente ciudate ale Universului le ascund în sine. De acord, a fi înghițit de o gaură neagră este încă romantism. Cu ajutorul lor este posibil și, de asemenea, ei pot deveni ghizi pentru noi în.

Popularitatea găurilor negre este adesea speculată de tabloide. Găsirea titlurilor în ziare legate de sfârșitul lumii din cauza unei alte coliziuni cu o gaură neagră supermasivă nu este o problemă. Este mult mai rău că partea analfabetă a populației ia totul în serios și provoacă o adevărată panică. Pentru a clarifica, vom merge într-o călătorie către originile descoperirii găurilor negre și vom încerca să înțelegem ce este și cum să ne raportăm la ea.

Stele invizibile

Sa întâmplat că fizicienii moderni descriu structura Universului nostru folosind teoria relativității, pe care Einstein a furnizat-o cu atenție omenirii la începutul secolului al XX-lea. Cu atât mai misterioase sunt găurile negre, la orizontul evenimentelor ale căror legi ale fizicii cunoscute de noi, inclusiv teoria lui Einstein, încetează să mai funcționeze. Nu este minunat? În plus, conjectura despre existența găurilor negre a fost exprimată cu mult înainte de nașterea lui Einstein însuși.

În 1783, a existat o creștere semnificativă a activității științifice în Anglia. În acele vremuri, știința mergea cot la cot cu religia, se înțelegeau bine împreună și oamenii de știință nu mai erau considerați eretici. Mai mult, preoții erau implicați în cercetări științifice. Unul dintre acești slujitori ai lui Dumnezeu a fost pastorul englez John Michell, care și-a pus nu numai întrebări despre ființă, ci și probleme destul de științifice. Michell a fost un om de știință foarte titrat: inițial a fost profesor de matematică și lingvistică antică într-unul dintre colegii, iar după aceea pentru mai multe descoperiri a fost admis la Royal Society din Londra.

John Michell era angajat în seismologie, dar în timpul liber îi plăcea să se gândească la etern și la cosmos. Deci, el a avut ideea că undeva în adâncurile Universului pot exista corpuri supermasive cu o gravitație atât de puternică încât pentru a depăși forța gravitațională a unui astfel de corp este necesar să se deplaseze cu o viteză egală sau mai mare decât viteza luminii. Dacă acceptăm o astfel de teorie ca fiind adevărată, atunci chiar și lumina nu va putea dezvolta a doua viteză cosmică (viteza necesară pentru a depăși atracția gravitațională a corpului rămas), de aceea un astfel de corp va rămâne invizibil cu ochiul liber.

Michell a numit noua sa teorie „stele întunecate” și, în același timp, a încercat să calculeze masa unor astfel de obiecte. El și-a exprimat gândurile cu privire la această chestiune într-o scrisoare deschisă către Royal Society of London. Din păcate, în acele vremuri, astfel de cercetări nu aveau o valoare deosebită pentru știință, așa că scrisoarea lui Michell a fost trimisă la arhivă. Doar două sute de ani mai târziu, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, a fost posibil să-l găsim printre alte mii de înregistrări păstrate cu atenție în biblioteca veche.

Prima justificare științifică pentru existența găurilor negre

După publicarea Teorii generale a relativității a lui Einstein, matematicienii și fizicienii au luat în serios soluția ecuațiilor prezentate de omul de știință german, care ar fi trebuit să ne spună multe despre structura Universului. Astronomul german, fizicianul Karl Schwarzschild a decis să facă același lucru în 1916.

Omul de știință, cu ajutorul calculelor sale, a ajuns la concluzia că este posibilă existența găurilor negre. El a fost, de asemenea, primul care a descris ceea ce ulterior s-a numit expresia romantică „orizontul evenimentelor” - granița imaginară a spațiului-timp la o gaură neagră, după ce a traversat care există un punct de neîntoarcere. Nimic nu va scăpa din orizontul evenimentelor, nici măcar lumina. Tocmai dincolo de orizontul evenimentelor are loc așa-numita „singularitate”, unde legile fizicii cunoscute de noi încetează să mai funcționeze.

Continuând să-și dezvolte teoria și să rezolve ecuațiile, Schwarzschild a descoperit noi secrete ale găurilor negre pentru el și pentru lume. Așadar, a reușit, exclusiv pe hârtie, să calculeze distanța de la centrul găurii negre, unde este concentrată masa sa, până la orizontul evenimentelor. Schwarzschild a numit această distanță rază gravitațională.

În ciuda faptului că din punct de vedere matematic, soluțiile lui Schwarzschild erau extrem de corecte și nu puteau fi infirmate, comunitatea științifică de la începutul secolului al XX-lea nu a putut accepta imediat o descoperire atât de șocantă, iar existența găurilor negre a fost anulată la nivelul ficțiunii, care din când în când se manifesta în teoria relativității. În următorii cincisprezece ani, explorarea spațiului pentru prezența găurilor negre a fost lentă și doar câțiva adepți ai teoriei fizicianului german au fost implicați în ea.

Stele care dau naștere întunericului

După ce ecuațiile lui Einstein au fost sortate, a venit timpul să folosim concluziile făcute pentru a înțelege structura Universului. În special, în teoria evoluției stelare. Nu este un secret pentru nimeni că nimic din lumea noastră nu durează pentru totdeauna. Chiar și stelele au propriul lor ciclu de viață, deși mai lung decât o persoană.

Unul dintre primii oameni de știință care a devenit serios interesat de evoluția stelară a fost tânărul astrofizician Subramanian Chandrasekhar, originar din India. În 1930, el a lansat o lucrare științifică care descrie presupusul structura interna stele, precum și ciclurile vieții lor.

Deja la începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință au ghicit despre un astfel de fenomen precum compresia gravitațională (prăbușirea gravitațională). La un moment dat al vieții sale, o stea începe să se contracte cu o viteză extraordinară sub influența forțelor gravitaționale. De regulă, acest lucru se întâmplă în momentul morții stelei, dar odată cu prăbușirea gravitațională există mai multe căi pentru existența ulterioară a mingii incandescente.

Consilierul științific al lui Chandrasekhar, Ralph Fowler - un fizician teoretic respectat la un moment dat - a presupus că, în timpul colapsului gravitațional, orice stea se transformă într-una mai mică și mai fierbinte - un pitic alb. Dar s-a dovedit că studentul a „rupt” teoria profesorului, care a fost împărtășită de majoritatea fizicienilor la începutul secolului trecut. Potrivit lucrării tânărului indian, dispariția unei stele depinde de masa sa originală. De exemplu, numai acele stele a căror masă nu depășea 1,44 din masa Soarelui pot deveni pitici albi. Acest număr a fost numit limita Chandrasekhar. Dacă masa unei stele a depășit această limită, atunci ea moare într-un mod complet diferit. În anumite condiții, o astfel de stea în momentul morții poate renaște într-o nouă stea neutronică - un alt mister al Universului modern. Cu toate acestea, teoria relativității ne spune o altă opțiune - contracția stelei la valori ultra-mici și de aici începe distracția.

În 1932, a apărut un articol într-una din revistele științifice în care geniul fizician din URSS Lev Landau a sugerat că în timpul prăbușirii, o stea supermasivă este comprimată într-un punct cu o rază infinit de mică și o masă infinită. În ciuda faptului că un astfel de eveniment este foarte greu de imaginat din punctul de vedere al unei persoane nepregătite, Landau nu a fost departe de adevăr. Fizicianul a mai sugerat că, conform teoriei relativității, gravitația într-un astfel de punct va fi atât de mare încât va începe să denatureze spațiul-timp.

Astrofizicienilor le-a plăcut teoria lui Landau și au continuat să o dezvolte. În 1939, în America, grație eforturilor a doi fizicieni - Robert Oppenheimer și Heartland Sneijder - a apărut o teorie care descria în detaliu o stea supermasivă în momentul prăbușirii. Ca urmare a unui astfel de eveniment, ar fi trebuit să apară o adevărată gaură neagră. În ciuda convingerii argumentelor, oamenii de știință au continuat să nege posibilitatea existenței unor astfel de corpuri, precum și transformarea stelelor în ele. Chiar și Einstein s-a retras din această idee, crezând că o stea nu este capabilă de astfel de transformări fenomenale. Alți fizicieni au fost generoși în declarațiile lor, considerând absurdă posibilitatea unor astfel de evenimente.
Cu toate acestea, știința ajunge întotdeauna la adevăr, trebuie doar să aștepți puțin. Și așa s-a întâmplat.

Cele mai strălucitoare obiecte din univers

Lumea noastră este o colecție de paradoxuri. Uneori, lucrurile coexistă în ea, a cărei coexistență sfidează orice logică. De exemplu, termenul „gaură neagră” nu va fi asociat cu expresia „incredibil de luminos” la o persoană normală, dar descoperirea de la începutul anilor 60 ai secolului trecut a permis oamenilor de știință să considere această afirmație incorectă.

Cu ajutorul telescoapelor, astrofizicienii au reușit să detecteze obiecte necunoscute anterior pe cerul înstelat, care s-au comportat foarte ciudat în ciuda faptului că arătau ca niște stele obișnuite. Studiind aceste stele ciudate, omul de știință american Martin Schmidt a atras atenția asupra spectrografiei lor, ale cărei date arătau rezultate diferite de cele ale altor stele. Pur și simplu, aceste stele nu erau ca altele familiare pentru noi.

Dintr-o dată, s-a născut pe Schmidt și el a atras atenția asupra schimbării spectrului în gama roșie. S-a dovedit că aceste obiecte sunt mult mai departe de noi decât acele stele pe care suntem obișnuiți să le observăm pe cer. De exemplu, obiectul observat de Schmidt a fost situat la două miliarde și jumătate de ani lumină de planeta noastră, dar a strălucit la fel de puternic ca o stea la o sută de ani lumină distanță. Se pare că lumina unui astfel de obiect este comparabilă cu luminozitatea unei întregi galaxii. Această descoperire a fost o adevărată descoperire în astrofizică. Oamenii de știință au numit aceste obiecte „cvasi-stelare” sau pur și simplu „quasar”.

Martin Schmidt a continuat să studieze obiecte noi și a aflat că o astfel de strălucire strălucitoare poate fi cauzată de un singur motiv - acreția. Acreția este procesul de absorbție a materiei înconjurătoare de către un corp supermasiv folosind gravitația. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că în centrul quasarurilor există o gaură neagră imensă, care cu o forță incredibilă atrage materia care o înconjoară în spațiu. În procesul de absorbție a materiei de gaură, particulele sunt accelerate la viteze extraordinare și încep să strălucească. Un fel de cupolă strălucitoare în jurul unei găuri negre se numește disc de acumulare. Vizualizarea sa a fost bine demonstrată în interstelarul lui Christopher Nolan, care a ridicat multe întrebări precum „cum poate străluci o gaură neagră?”

Până în prezent, oamenii de știință au găsit mii de quasari pe cerul înstelat. Aceste obiecte ciudate, incredibil de luminoase, sunt numite faruri ale universului. Ele ne permit să ne imaginăm puțin mai bine structura cosmosului și să ne apropiem de momentul din care a început totul.

În ciuda faptului că astrofizicienii au primit dovezi indirecte pentru existența obiectelor invizibile supermasive în Univers de mai mulți ani, termenul „gaură neagră” nu a existat până în 1967. Pentru a evita denumirile complicate, fizicianul american John Archibald Wheeler a sugerat numirea unor astfel de obiecte „găuri negre”. De ce nu? Într-o oarecare măsură, acestea sunt negre, pentru că nu le putem vedea. În plus, toate atrag, puteți cădea în ele, la fel ca într-o gaură reală. Și este pur și simplu imposibil să ieși dintr-un astfel de loc conform legilor moderne ale fizicii. Cu toate acestea, Stephen Hawking susține că atunci când călătorești printr-o gaură neagră, poți ajunge într-un alt univers, o altă lume, iar aceasta este deja speranță.

Teama de infinit

Datorită misterului excesiv și a romantizării găurilor negre, aceste obiecte au devenit o adevărată poveste de groază în rândul oamenilor. Presa tabloidă îi place să speculeze asupra analfabetismului populației, lansând povești uimitoare despre modul în care o uriașă gaură neagră se mută pe Pământul nostru, care în câteva ore va înghiți Sistem solar, sau pur și simplu radiază valuri de gaze toxice către planeta noastră.

Deosebit de popular este subiectul distrugerii planetei folosind Large Hadron Collider, care a fost construit în Europa în 2006 pe teritoriul Consiliului European pentru Cercetare Nucleară (CERN). Valul de panică a început ca o glumă stupidă a cuiva, dar a crescut ca un bulgăre de zăpadă. Cineva a început zvonul că s-ar putea forma o gaură neagră în acceleratorul de particule al colizorului, care ar înghiți planeta noastră în întregime. Desigur, oamenii revoltați au început să ceară interzicerea experimentelor la LHC, temându-se de un astfel de rezultat al evenimentelor. Procesele au început să vină la Curtea Europeană prin care se cerea închiderea coliziunii, iar oamenii de știință care l-au creat ar trebui pedepsiți în cea mai mare măsură a legii.

De fapt, fizicienii nu neagă faptul că în timpul unei coliziuni de particule în colizorul mare de hadroni, pot apărea obiecte similare în proprietăți cu găurile negre, dar dimensiunea lor este la nivelul dimensiunii particulelor elementare și astfel de "găuri" există pentru un timp atât de scurt încât nici măcar nu reușim să reparăm apariția lor.

Unul dintre principalii specialiști care încearcă să risipească valul ignoranței în fața oamenilor este Stephen Hawking - celebrul fizician teoretic, care, în plus, este considerat un adevărat „guru” al găurilor negre. Hawking a dovedit că găurile negre nu absorb întotdeauna lumina care apare în discurile de acumulare, iar o parte din aceasta este împrăștiată în spațiu. Acest fenomen a fost numit radiație Hawking, sau evaporarea găurilor negre. Hawking a stabilit, de asemenea, o relație între mărimea unei găuri negre și rata „evaporării” acesteia - cu cât este mai mică, cu atât există mai puțin în timp. Și asta înseamnă că toți adversarii Marelui Collider de Hadroni nu ar trebui să se îngrijoreze: găurile negre din el nu vor putea exista nici măcar într-o milionime de secundă.

O teorie nedovedită de practică

Din păcate, tehnologiile omenirii în acest stadiu de dezvoltare nu ne permit să testăm majoritatea teoriilor dezvoltate de astrofizicieni și alți oameni de știință. Pe de o parte, existența găurilor negre este destul de convingător dovedită pe hârtie și dedusă folosind formule în care totul se potrivește fiecărei variabile. Pe de altă parte, în practică, nu am reușit încă să vedem cu ochii noștri o adevărată gaură neagră.

În ciuda tuturor dezacordurilor, fizicienii sugerează că în centrul fiecărei galaxii există o gaură neagră supermasivă, care adună stelele în grupuri cu gravitatea sa și le face să călătorească în jurul Universului într-o companie mare și prietenoasă. În galaxia noastră Calea Lactee, conform diferitelor estimări, există între 200 și 400 de miliarde de stele. Toate aceste stele se învârt în jurul a ceva care are o masă uriașă, în jurul a ceva ce nu putem vedea printr-un telescop. Cel mai probabil, aceasta este o gaură neagră. Ar trebui să vă fie frică de ea? - Nu, cel puțin nu în următoarele miliarde de ani, dar putem face un alt film interesant despre ea.

Atât pentru oamenii de știință din secolele trecute, cât și pentru cercetătorii din timpul nostru, cel mai mare mister al spațiului este o gaură neagră. Ce este în interiorul acestui sistem, complet necunoscut fizicii? Ce legi sunt în vigoare acolo? Cum trece timpul într-o gaură neagră și de ce nu pot scăpa nici măcar cantele de lumină de acolo? Acum vom încerca, desigur, din punct de vedere al teoriei, nu al practicii, să ne dăm seama ce se află în gaura neagră, de ce a fost formată și există, în principiu, cum atrage obiecte care o înconjoară.

În primul rând, să descriem acest obiect.

Deci, o anumită zonă a spațiului din Univers se numește gaură neagră. Este imposibil să o distingem ca stea sau planetă separată, deoarece nu este un corp solid sau gazos. Fără o înțelegere de bază a ceea ce este spațiul-timp și modul în care aceste dimensiuni pot fi modificate, este imposibil să înțelegem ce se află în interiorul unei găuri negre. Ideea este că această zonă nu este doar o unitate spațială. care distorsionează atât cele trei dimensiuni pe care le cunoaștem (lungime, lățime și înălțime), cât și linia cronologică. Oamenii de știință sunt încrezători că în regiunea orizontului (așa cum se numește zona din jurul găurii) timpul capătă o valoare spațială și se poate mișca atât înainte cât și înapoi.

Aflați secretele gravitației

Dacă vrem să înțelegem ce se află în interiorul unei găuri negre, ia în considerare în detaliu ce este gravitația. Acest fenomen este esențial în înțelegerea naturii așa-numitelor "găuri de vierme", din care nici măcar lumina nu poate fi selectată. Gravitația este interacțiunea dintre toate corpurile care au o bază materială. Forța unei astfel de gravitații depinde de compoziția moleculară a corpurilor, de concentrația atomilor, precum și de compoziția lor. Cu cât mai multe particule se prăbușesc într-o anumită zonă a spațiului, cu atât este mai mare forța gravitațională. Acest lucru este indisolubil legat de teoria Big Bang-ului, când universul nostru avea dimensiunea unui bob de mazăre. Aceasta a fost o stare de singularitate maximă și, ca urmare a izbucnirii unor cuante ușoare, spațiul a început să se extindă datorită faptului că particulele au fost respinse unele de altele. Exact opusul este descris de oamenii de știință ca o gaură neagră. Ce este în interiorul unui astfel de lucru în conformitate cu TBZ? Singularitatea, care este egală cu indicii inerenti universului nostru la momentul originii.

Cum intră materia într-o gaură de vierme?

Există părerea că o persoană nu va putea niciodată să înțeleagă ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre. De vreme ce, odată ajuns acolo, va fi literalmente zdrobit de gravitație și gravitație. De fapt, acest lucru nu este adevărat. Da, într-adevăr, o gaură neagră este o regiune singulară în care totul este comprimat la maximum. Dar acesta nu este deloc un „aspirator de spațiu” care este capabil să aspire toate planetele și stelele. Orice obiect material care apare la orizontul evenimentelor va observa o distorsiune puternică a spațiului și a timpului (deocamdată, aceste unități sunt separate). Sistemul euclidian de geometrie va începe să funcționeze defectuos, cu alte cuvinte, se va intersecta, contururile figurilor stereometrice vor înceta să fie obișnuite. În ceea ce privește timpul, acesta va încetini treptat. Cu cât te apropii de gaură, cu atât ceasul se va mișca mai lent față de timpul de pe Pământ, dar nu vei observa asta. La căderea în „gaura de vierme”, corpul va cădea la viteză zero, dar în același timp unitate dată va egala infinitul. curbură, care echivalează infinitul cu zero, care oprește în cele din urmă timpul în regiunea singularității.

Răspuns la lumina emisă

Singurul obiect din spațiu care atrage lumina este o gaură neagră. Ce se află în interiorul său și în ce formă este, nu se știe, dar se crede că acesta este întuneric negru, ceea ce este imposibil de imaginat. Cuantele ușoare, ajungând acolo, nu dispar doar. Masa lor este înmulțită cu masa singularității, care o face și mai mare și o mărește. Astfel, dacă porniți lanterna din gaura de vierme pentru a privi în jur, nu va străluci. Cuantele emise se vor înmulți în mod constant cu masa găurii și, aproximativ vorbind, vă veți agrava situația.

Găuri negre la fiecare pas

După cum am aflat deja, baza educației este gravitația, a cărei magnitudine este de milioane de ori mai mare decât cea a pământului. Ideea exactă a ceea ce este o gaură neagră a fost prezentată lumii de Karl Schwarzschild, care, de fapt, a descoperit orizontul evenimentelor și punctul de neîntoarcere și a stabilit, de asemenea, că zero în starea de singularitate este egal catre infinit. În opinia sa, o gaură neagră se poate forma oriunde în spațiu. În acest caz, un anumit obiect material, care are o formă sferică, trebuie să atingă raza gravitațională. De exemplu, masa planetei noastre trebuie să se încadreze în volumul unui bob de mazăre pentru a deveni o gaură neagră. Și Soarele ar trebui să aibă un diametru de 5 kilometri cu masa sa - atunci starea sa va deveni singulară.

Orizontul de formare al lumii noi

Legile fizicii și geometriei funcționează perfect pe pământ și în spațiul deschis, unde spațiul este aproape de vid. Dar își pierd complet relevanța la orizontul evenimentelor. De aceea, din punct de vedere matematic, este imposibil să calculăm ce se află în interiorul unei găuri negre. Imaginile pe care le puteți crea curbând spațiul în conformitate cu ideile noastre despre lume sunt probabil departe de adevăr. S-a stabilit doar că timpul aici se transformă într-o unitate spațială și, cel mai probabil, mai sunt adăugate câteva dimensiuni existente. Acest lucru face posibil să se creadă că se formează lumi complet diferite în interiorul găurii negre (fotografia, după cum știți, nu va arăta acest lucru, deoarece lumina se mănâncă acolo). Aceste universuri pot fi compuse din antimaterie, care este acum necunoscută oamenilor de știință. Există, de asemenea, versiuni conform cărora sfera fără întoarcere este doar un portal care duce fie către o altă lume, fie către alte puncte ale Universului nostru.

Nașterea și moartea

Unde este mai mult decât existența unei găuri negre originea sau dispariția ei. Sfera care distorsionează spațiul-timp, așa cum am aflat deja, se formează ca urmare a colapsului. Ar putea fi o explozie stea mare, coliziune a două sau mai multe corpuri în spațiu și așa mai departe. Dar cum a devenit materia, care teoretic ar putea fi simțită, să devină un domeniu de distorsiune a timpului? Puzzle-ul este în desfășurare. Dar este urmată de o a doua întrebare - de ce dispar astfel de sfere fără întoarcere? Și dacă găurile negre se evaporă, atunci de ce nu iese din ele acea lumină și toată materia cosmică pe care au aspirat-o? Când materia din zona de singularitate începe să se extindă, gravitația scade treptat. Ca rezultat, gaura neagră se dizolvă pur și simplu și un spațiu obișnuit de vid rămâne la locul său. Un alt mister decurge din aceasta - unde au plecat toate cele care au intrat în el?

Este gravitația cheia noastră pentru un viitor fericit?

Cercetătorii sunt încrezători că este o gaură neagră care poate forma viitorul energetic al umanității. Ce se află în interiorul acestui sistem este încă necunoscut, dar a fost posibil să se stabilească că la orizontul evenimentelor, orice materie este transformată în energie, dar, desigur, parțial. De exemplu, o persoană, aflându-se aproape de punctul de neîntoarcere, va da 10 la sută din materia sa pentru conversia ei în energie. Acest indicator este pur și simplu colosal, a devenit o senzație în rândul astronomilor. Faptul este că pe Pământ, atunci când materia este convertită în energie, doar 0,7 la sută.

Găurile negre sunt unele dintre cele mai ciudate și fascinante corpuri din univers. Sunt obiecte cu densitate extrem de mare. Și au o atracție gravitațională atât de puternică încât nici lumina nu poate scăpa de îmbrățișarea lor monstruoasă.

Albert Einstein a prezis pentru prima dată existența găurilor negre în 1916 în teoria relativității generale. Termenul „gaură neagră” a fost inventat în 1967 de astronomul american John Wheeler. A fost folosit pentru prima dată în 1971.

Există trei tipuri de găuri negre: găuri negre obișnuite, găuri negre supermasive și găuri negre intermediare.

Găuri negre obișnuite. Mic, dar mortal

În 2014, astronomii au descoperit un obiect care s-a dovedit a fi o gaură neagră cu masă intermediară. Este situat în brațul unei galaxii spirale.

Teoria găurilor negre - cum funcționează

Găurile negre sunt incredibil de masive. Dar, în același timp, ei ocupă o mică suprafață de spațiu. Există o relație directă între masă și gravitație. Aceasta înseamnă că au un câmp gravitațional extrem de puternic. Practic nimic nu poate scăpa de ei. În fizica clasică, chiar și lumina care cade într-o gaură neagră nu o poate părăsi.

O astfel de atracție puternică creează o problemă de observație atunci când vine vorba de găurile negre. Oamenii de știință pur și simplu nu le pot „vedea” așa cum pot vedea stelele și alte obiecte din spațiu. Pentru a detecta aceste obiecte, oamenii de știință se bazează pe radiațiile emise atunci când praful și gazul sunt absorbite de o gaură neagră. , situată în centrul galaxiei, poate fi învăluită în praf și gaze în jurul lor. Acest lucru poate bloca observarea emisiilor testate.

Uneori, când materia se mișcă spre gaura neagră, ea ricoșează din orizontul evenimentelor și zboară spre exterior, mai degrabă decât să fie trasă înăuntru. Se creează jeturi de material strălucitoare, care se mișcă cu viteze practic relativiste. Deși gaura neagră în sine rămâne invizibilă, aceste jeturi puternice pot fi văzute de la distanțe mari.

Orizontul evenimentelor

Găurile negre au trei „straturi” - exterior, orizont de evenimente și singularitate.

Orizontul evenimentelor unei găuri negre este locul în care lumina își pierde capacitatea de a „scăpa”. Când o particulă traversează orizontul evenimentelor, nu mai poate părăsi gaura neagră. La orizontul evenimentelor, gravitația este constantă.

Interiorul unei găuri negre, care conține masa sa, este cunoscut ca o singularitate. Acesta este singurul punct din spațiu - timp în care masa unei găuri negre este concentrată.

Conform conceptelor de mecanică clasică și fizică, nimic nu poate. Cu toate acestea, atunci când mecanica cuantică este adăugată la ecuație, lucrurile se schimbă puțin. În mecanica cuantică, există o antiparticulă pentru fiecare particulă. Este o particulă cu aceeași masă și sarcină electrică opusă. Când se întâlnesc, perechea particule-antiparticule se poate anihila.

Dacă o pereche particule-antiparticule este creată în afara orizontului evenimentelor găurii negre, una dintre particule poate cădea în gaura neagră și cealaltă poate fi împinsă în afară. Ca urmare, masa găurii negre scade. Acest proces se numește Radiații Hawking... Iar gaura neagră poate începe să se dezintegreze, lucru respins de mecanica clasică.

Oamenii de știință încă lucrează pentru a crea ecuații pentru a înțelege modul în care funcționează găurile negre.

Lumina strălucitoare a găurilor negre duble

În 2015, astronomii care foloseau observatorul cu unde gravitaționale ale interferometrului laser () au descoperit pentru prima dată unde gravitaționale. De atunci, mai multe alte incidente similare au fost observate folosind acest instrument. Undele gravitaționale văzute de LIGO au provenit din fuzionarea unor mici găuri negre.

Observațiile LIGO oferă, de asemenea, o perspectivă asupra direcției de rotație a găurii negre. Atunci când o pereche de găuri negre în spirală una în jurul celeilalte, se pot roti în aceeași direcție. Sau direcțiile de rotație pot fi complet diferite.

Există două teorii despre modul în care se formează găurile negre binare. Primul sugerează că s-au format cam în același timp, din două stele. Ar putea să se nască împreună și să moară cam în același timp. Stelele însoțitoare ar avea un sens de rotație similar. Prin urmare, găurile negre pe care le-au lăsat în urmă s-ar roti, de asemenea, într-un mod similar.

Conform celui de-al doilea model, găurile negre dintr-un grup de stele coboară în centrul său și se îmbină. Acești însoțitori ar avea orientări aleatoare de rotire comparativ între ele. Observațiile LIGO ale găurilor negre cu diferite orientări de rotire oferă dovezi mai convingătoare pentru această teorie a formării.

Moartea ta va veni înainte de a ajunge la singularitate. Un studiu din 2012 sugerează că va face ca orizontul evenimentelor să acționeze ca un zid de foc, arzându-vă instantaneu până la moarte.

Găurile negre nu „aspiră”. Aspirația este cauzată de împingerea ceva în vid, ceea ce o gaură neagră masivă cu siguranță nu este. În schimb, obiectele le-au lovit.

Primul obiect considerat a fi o gaură neagră detectată este Cygnus X-1. C În 1971, oamenii de știință au descoperit emisiile radio emise de Cygnus X-1. Un obiect masiv ascuns a fost descoperit și identificat ca o gaură neagră.

Cygnus X-1 a fost subiectul unei dispute camerale din 1974 între Stephen Hawking și fizicianul teoretic Kip Thorne. Acesta din urmă a susținut că această sursă este o gaură neagră. În 1990, Hawking a recunoscut înfrângerea.

S-ar fi putut forma găuri negre miniaturale imediat după. Spațiul care se extinde rapid ar fi putut micșora unele dintre regiunile sale în găuri negre mici și dense. Erau mai puțin masivi decât Soarele.

Dacă o stea trece prea aproape de o gaură neagră, aceasta ar putea fi înghițită de ea. Potrivit astronomilor, în Calea Lactee de la 10 milioane la un miliard de găuri negre cu mase de aproximativ trei ori mai mari decât Soarele.

Teoria corzilor sugerează mai multe tipuri de găuri negre gigantice masive decât mecanica clasică convențională.

Găurile negre sunt un material științifico-fantastic pentru cărți și filme. Filmul s-a bazat foarte mult pe sfaturile fizicianului teoretic Kip Thorne. Acest lucru a adus știință reală produsului de la Hollywood. De fapt, lucrul cu efecte speciale pentru blockbuster a condus la o înțelegere științifică îmbunătățită a ceea ce ar putea arăta lumile îndepărtate atunci când sunt situate lângă o gaură neagră care se învârte rapid.

Dacă găsiți o eroare, selectați o bucată de text și apăsați Ctrl + Enter.

În contact cu