Астроном откривател на черна дупка 6 букви за кръстословица История на черните дупки. Много повърхностна ентропия

Черни дупки, тъмна материя, тъмна материя ... Това несъмнено са най -странните и мистериозни обекти в космоса. Странните им свойства могат да оспорят законите на физиката на Вселената и дори естеството на съществуващата реалност. За да разберат какво представляват черните дупки, учените предлагат да „променят ориентирите“, да се научат да мислят нестандартно и да приложат малко въображение. Черни дупки се образуват от ядрата на супер масивни звезди, които могат да бъдат охарактеризирани като област от пространството, където огромна маса е концентрирана в празнотата и нищо, дори и светлината, не може да избяга от гравитационното привличане там. Това е областта, където втората космическа скорост надвишава скоростта на светлината: И колкото по -масивен е обектът на движение, толкова по -бързо трябва да се движи, за да се освободи от гравитацията си. Това е известно като втората космическа скорост.

Енциклопедията на Collier нарича черните дупки област в космоса, възникнала в резултат на пълния гравитационен колапс на материята, в който гравитационното привличане е толкова голямо, че нито материята, нито светлината, нито други носители на информация могат да го напуснат. Следователно вътрешността на черната дупка не е причинно свързана с останалата част от Вселената; физическите процеси, протичащи в черната дупка, не могат да повлияят на процесите извън нея. Черната дупка е заобиколена от повърхност със свойството на еднопосочна мембрана: материята и радиацията свободно попадат през нея в черната дупка, но нищо не може да избяга оттам. Тази повърхност се нарича „хоризонт на събитията“.

История на откритията

Черните дупки, предсказани от общата теория на относителността (теорията за гравитацията, предложена от Айнщайн през 1915 г.) и други по -съвременни теории за гравитацията, бяха математически обосновани от Р. Опенхаймер и Х. Снайдер през 1939 г. Но свойствата на пространството и времето в близостта на тези обекти се оказа толкова необичайна, че астрономите и физиците не ги приемаха сериозно в продължение на 25 години. Въпреки това, астрономическите открития в средата на 60-те години направиха черните дупки да изглеждат като възможна физическа реалност. Новите открития и изследване могат фундаментално да променят разбирането ни за пространството и времето, хвърляйки светлина върху милиарди космически тайни.

Образуване на черни дупки

Докато термоядрените реакции се случват във вътрешността на звездата, те поддържат висока температура и налягане, предотвратявайки свиването на звездата под въздействието на собствената й гравитация. С течение на времето обаче ядреното гориво се изчерпва и звездата започва да се свива. Изчисленията показват, че ако масата на една звезда не надвишава три слънчеви маси, тогава тя ще спечели „битката с гравитацията“: нейният гравитационен колапс ще бъде спрян от натиска на „изродена“ материя и звездата завинаги ще се превърне в бяло джудже или неутронна звезда. Но ако масата на една звезда е повече от три слънчеви маси, тогава нищо не може да спре катастрофалния й колапс и тя бързо ще премине под хоризонта на събитията, превръщайки се в черна дупка.

Черната дупка дупка за понички ли е?

Не е лесно да се забележи това, което не излъчва светлина. Един от начините за намиране на черна дупка е да потърсите масивни пространства в космоса и в тъмно пространство. Докато търсят този тип обекти, астрономите са ги открили в два основни региона: в центровете на галактиките и в двоичните звездни системи на нашата Галактика. Като цяло, както предполагат учените, има десетки милиони такива обекти.

История на черните дупки

Алексей Левин

Научното мислене понякога конструира обекти с такива парадоксални свойства, че дори най -проницателните учени отначало отказват да ги разпознаят. Най-яркият пример в историята на съвременната физика е дългосрочната липса на интерес към черните дупки, екстремните състояния на гравитационното поле, предсказани преди почти 90 години. Дълго време те се смятаха за чисто теоретична абстракция и едва през 60 -те и 70 -те години на миналия век те повярваха в реалността си. Основното уравнение на теорията за черните дупки обаче е получено преди повече от двеста години.

Вдъхновението на Джон Мишел

Името на Джон Мишел, физик, астроном и геолог, професор в университета в Кеймбридж и пастор на Английската църква, беше напълно незаслужено загубено сред звездите на английската наука от 18 век. Мишел полага основите на сеизмологията, науката за земетресенията, извършва отлично изследване на магнетизма и много преди Кулон да изобрети торсионния баланс, който използва за гравиметрични измервания. През 1783 г. той се опитва да комбинира две от големите творения на Нютон - механика и оптика. Нютон смята светлината за поток от малки частици. Мишел предположи, че леките корпускули, подобно на обикновената материя, се подчиняват на законите на механиката. Последицата от тази хипотеза се оказа много нетривиална - небесните тела могат да се превърнат в капани за светлина.

Как разсъждава Мишел? Оръдие, изстреляно от повърхността на планетата, ще преодолее напълно привличането му само ако първоначалната му скорост надвиши стойността, наречена сега втора космическа скорост и скорост на бягство. Ако гравитацията на планетата е толкова силна, че скоростта на бягство надвишава скоростта на светлината, светлинните тела, освободени в зенита, не могат да стигнат до безкрайност. Същото ще се случи и с отразената светлина. Следователно за много отдалечен наблюдател планетата ще бъде невидима. Мишел изчислява критичната стойност на радиуса на такава планета R cr в зависимост от нейната маса M, намалена до масата на нашето Слънце M s: R cr = 3 km x M / M s.

Джон Мишел вярваше в неговите формули и предположи, че дълбините на космоса крият много звезди, които не могат да се видят от Земята през никакъв телескоп. По -късно великият френски математик, астроном и физик Пиер Симон Лаплас стига до същия извод, като го включва в първото (1796) и второто (1799) издание на неговото „Изложение на системата на света“. Но третото издание е публикувано през 1808 г., когато повечето физици вече смятат светлината за трептения на етера. Съществуването на "невидими" звезди противоречи на вълновата теория на светлината и Лаплас смята, че е най -добре да не ги споменава. В следващите времена тази идея се смяташе за любопитство, достойно за представяне само в трудове по история на физиката.

Модел на Шварцшилд

През ноември 1915 г. Алберт Айнщайн публикува теория на гравитацията, която той нарича обща теория на относителността (GR). Тази творба веднага намери благодарна читателка в лицето на своя колега от Берлинската академия на науките Карл Шварцшилд. Именно Шварцшилд е първият в света, който използва общата теория на относителността за решаване на конкретен астрофизичен проблем, изчислявайки метриката за пространство-време извън и вътре в не въртящо се сферично тяло (за конкретност ще го наречем звезда) .

От изчисленията на Шварцшилд следва, че гравитацията на една звезда не изкривява прекалено нютоновата структура на пространството и времето, само ако радиусът й е много по -голям от същата стойност, която е изчислил Джон Мишел! Този параметър първо се нарича радиус на Шварцшилд, а сега се нарича гравитационен радиус. Според общата теория на относителността гравитацията не влияе върху скоростта на светлината, но намалява честотата на светлинните вибрации в същата пропорция, тъй като забавя времето. Ако радиусът на една звезда е 4 пъти по -голям от гравитационния радиус, тогава потокът от време на нейната повърхност се забавя с 15%и пространството придобива осезаема кривина. С двукратен излишък той се огъва повече и времето забавя бягането му с 41%. Когато се достигне гравитационният радиус, времето на повърхността на звездата напълно спира (всички честоти се нулират, излъчването замръзва и звездата изгасва), но кривината на пространството там все още е крайна. Далеч от звездата, геометрията все още остава евклидова и времето не променя скоростта си.

Въпреки факта, че стойностите на гравитационния радиус за Мишел и Шварцшилд са еднакви, самите модели нямат нищо общо. В Мишел пространството и времето не се променят, но светлината се забавя. Звездата, чийто размер е по -малък от нейния гравитационен радиус, продължава да свети, но е видима само за не твърде далечен наблюдател. За Шварцшилд скоростта на светлината е абсолютна, но структурата на пространството и времето зависи от гравитацията. Звезда, попадаща под гравитационния радиус, изчезва за всеки наблюдател, където и да се намира (по -точно, тя може да бъде открита чрез гравитационни ефекти, но в никакъв случай чрез радиация).

От неверие до утвърждаване

Шварцшилд и неговите съвременници вярвали, че такива странни космически обекти не съществуват в природата. Самият Айнщайн не само поддържа тази гледна точка, но и погрешно вярва, че е успял да обоснове мнението си математически.

През 30 -те години на миналия век младият индийски астрофизик Чандрасехар доказа, че звезда, която е изразходила ядреното си гориво, хвърля черупката си и се превръща в бавно охлаждащо се бяло джудже само ако масата му е по -малка от 1,4 пъти масата на Слънцето. Скоро американецът Фриц Цвики осъзна, че експлозиите на свръхнови произвеждат изключително плътни тела от неутронна материя; по -късно Лев Ландау стига до същия извод. След работата на Чандрасехар беше очевидно, че само звезди с маса по -голяма от 1,4 пъти масата на Слънцето могат да претърпят такава еволюция. Затова възникна естествен въпрос - има ли горна граница на масата за свръхнови, които оставят след себе си неутронни звезди?

В края на 30 -те години бъдещият баща на американската атомна бомба Робърт Опенхаймер установи, че такава граница наистина съществува и не надвишава няколко слънчеви маси. По това време не беше възможно да се даде по -точна оценка; сега е известно, че масите на неутронните звезди трябва да са в диапазона от 1,5–3 M s. Но дори и от приблизителните изчисления на Опенхаймер и неговия студент Джордж Волков, следва, че най -масовите потомци на свръхнови не стават неутронни звезди, а преминават в някакво друго състояние. През 1939 г. Опенхаймер и Хартланд Снайдер, използвайки идеализиран модел, доказаха, че масивна колабираща звезда се свива към гравитационния си радиус. От техните формули всъщност следва, че звездата не спира дотук, но съавторите се въздържат от толкова радикално заключение.

Окончателният отговор беше намерен през втората половина на 20 -ти век чрез усилията на цяла плеяда от блестящи теоретични физици, включително съветски. Оказа се, че подобен колапс винагикомпресира звездата „докрай“, като напълно унищожава нейната субстанция. В резултат на това възниква особеност, "суперконцентрат" на гравитационното поле, затворен в безкрайно малък обем. За неподвижен отвор това е точка, за въртящ се - пръстен. Кривината на пространството-време и, следователно, гравитационната сила близо до сингулярността се стреми към безкрайност. В края на 1967 г. американският физик Джон Арчибалд Уилър пръв нарече подобен край на звезден колапс черна дупка. Новият термин се влюби във физиците и зарадва журналистите, които го разпространиха по целия свят (въпреки че в началото французите не го харесаха, тъй като изразът trou noir предполагаше съмнителни асоциации).

Там, отвъд хоризонта

Черната дупка не е материя или радиация. С известна степен на фигуративност можем да кажем, че това е самоподдържащо се гравитационно поле, концентрирано в силно извита област на пространството-време. Външната му граница се определя от затворена повърхност, хоризонт на събитията. Ако звездата не се е въртяла преди колапса, тази повърхност се оказва правилна сфера, чийто радиус съвпада с радиуса на Шварцшилд.

Физическият смисъл на хоризонта е много ясен. Светлинен сигнал, изпратен от външната му среда, може да измине безкрайно голямо разстояние. Но сигналите, изпратени от вътрешния регион, не само няма да преминат хоризонта, но и неизбежно ще "паднат" в сингулярността. Хоризонтът е пространствената граница между събития, които могат да станат известни на земните (и всякакви други) астрономи, и събития, информация за които няма да излезе при никакви обстоятелства.

Както би трябвало да бъде „според Шварцшилд“, далеч от хоризонта, привличането на дупка е обратно пропорционално на квадрата на разстоянието, така че за далечен наблюдател се проявява като обикновено тежко тяло. В допълнение към масата, дупката наследява момента на инерцията на срутената звезда и нейния електрически заряд. И всички други характеристики на звездата предшественик (структура, състав, спектрален тип и т.н.) отиват в забвение.

Нека изпратим сонда до дупката с радиостанция, която изпраща сигнал веднъж в секунда на бордовото време. За отдалечен наблюдател с приближаването на сондата към хоризонта интервалите между сигналите ще се увеличават - по принцип, за неопределено време. Веднага щом корабът пресече невидимия хоризонт, той напълно ще се затвори за света „над-дупка“. Това изчезване обаче няма да остане без следа, тъй като сондата ще даде своята маса, заряд и въртящ момент на дупката.

Радиация на черна дупка

Всички предишни модели са изградени изключително на базата на общата теория на относителността. Нашият свят обаче се управлява от законите на квантовата механика, които също не пренебрегват черните дупки. Тези закони възпрепятстват централната особеност да се счита за математическа точка. В квантовия контекст диаметърът му се определя от дължината на Планк -Уилър, приблизително равна на 10 -33 сантиметра. В тази област обикновеното пространство престава да съществува. Общоприето е, че центърът на дупката е пълен с различни топологични структури, които се появяват и умират в съответствие с квантовите вероятностни закони. Свойствата на такова кипящо квазипространство, което Уилър нарича квантова пяна, все още са слабо разбрани.

Наличието на квантова особеност е пряко свързано със съдбата на материални тела, попадащи дълбоко в черната дупка. При приближаване към центъра на дупката всеки предмет, направен от известни в момента материали, ще бъде смачкан и разкъсан от приливни сили. Въпреки това, дори бъдещите инженери и технолози да създадат някакви свръхсилни сплави и композити с безпрецедентни свойства, те все пак са обречени да изчезнат: в края на краищата в зоната на особеностите няма нито обичайното време, нито обичайното пространство.

Сега помислете за хоризонта на дупките в квантова механична лупа. Празното пространство - физическият вакуум - всъщност изобщо не е празно. Поради квантовите колебания на различни полета във вакуум, много виртуални частици непрекъснато се раждат и унищожават. Тъй като гравитацията е много силна близо до хоризонта, нейните колебания създават изключително силни гравитационни изблици. Когато се ускорят в такива полета, новородените „виртуали“ придобиват допълнителна енергия и понякога се превръщат в нормални дългоживеещи частици.

Виртуалните частици винаги се раждат по двойки, които се движат в противоположни посоки (това се изисква от закона за запазване на инерцията). Ако гравитационното колебание извлече двойка частици от вакуума, може да се случи една от тях да се материализира извън хоризонта, а втората (античастицата на първата) - вътре. "Вътрешната" частица ще падне в дупката, докато "външната" частица може да избяга при благоприятни условия. В резултат на това дупката се превръща в източник на радиация и следователно губи енергията си и съответно масата. Следователно черните дупки по принцип са нестабилни.

Това явление се нарича ефект на Хокинг, след забележителния английски физик-теоретик, който го открива в средата на 70-те години. По -специално Стивън Хокинг доказа, че хоризонтът на черна дупка излъчва фотони по същия начин като абсолютно черно тяло, нагрято до температура T = 0,5 x 10 - 7 x M s / M. От това следва, че с изтъняване на дупката температурата му се повишава и "изпарението" естествено се увеличава. Този процес е изключително бавен и животът на дупка с маса M е около 10 65 x (M / M s) 3 години. Когато размерът му стане равен на дължината на Планк-Уилър, дупката става нестабилна и експлодира, освобождавайки същата енергия като едновременната експлозия на милион десет-мегатонни водородни бомби. Любопитното е, че масата на дупката по време на изчезването й все още е доста голяма, 22 микрограма. Според някои модели дупката не изчезва безследно, а оставя стабилна реликва със същата маса, така наречения максимон.

Максимоне роден преди 40 години - като термин и като физическа идея. През 1965 г. академик М. А. Марков предполага, че има горна граница на масата на елементарните частици. Той предложи да се разгледа тази ограничаваща стойност размерността на масата, която може да се комбинира от три основни физически константи - константата на Планк h, скоростта на светлината C и гравитационната константа G (за тези, които харесват детайлите: за това трябва да умножите h и C, разделете резултата на G и извлечете квадратния корен). Това са същите 22 микрограма, споменати в статията, тази стойност се нарича маса на Планк. От същите константи е възможно да се конструира величина с измерението на дължината (дължината на Планк -Уилър, 10 -33 см) и с измерението на времето (10 -43 сек) ще излезе.
Марков отиде по -далеч в разсъжденията си. Според неговите хипотези e, изпаряването на черна дупка води до образуването на "сух остатък" - максимон. Марков нарича такива структури елементарни черни дупки. Доколко тази теория отговаря на реалността, все още е отворен въпрос. Във всеки случай, аналозите на максимоните на Марков са възродени в някои модели на черна дупка, основани на теорията на суперструните.

Дълбочините на пространството

Черните дупки не са забранени от законите на физиката, но съществуват ли в природата? Абсолютно строги доказателства за наличието на поне един такъв обект в космоса все още не са открити. Въпреки това е много вероятно звездните черни дупки да са източници на рентгенови лъчи в някои двоични файлове. Това излъчване трябва да възникне поради всмукването на атмосферата на обикновена звезда от гравитационното поле на съседната дупка. Докато газът се движи към хоризонта на събитията, той се нагрява силно и излъчва кванти на рентгенови лъчи. Не по-малко от две дузини рентгенови източници сега се считат за подходящи кандидати за ролята на черни дупки. Освен това данните от звездната статистика показват, че само в нашата Галактика има около десет милиона дупки със звезден произход.

Черните дупки също могат да се образуват в процеса на гравитационно удебеляване на материята в галактическите ядра. Така се появяват гигантски дупки с маса от милиони и милиарди слънчеви маси, които по всяка вероятност съществуват в много галактики. Очевидно в центъра на Млечния път, покрит от облаци прах, има дупка с маса от 3-4 милиона слънчеви маси.

Стивън Хокинг стигна до заключението, че черните дупки с произволна маса могат да се родят веднага след Големия взрив, който даде началото на нашата Вселена. Първичните дупки с тегло до милиард тона вече са се изпарили, но по -тежките вече могат да се скрият в дълбините на космоса и своевременно да организират космически фойерверки под формата на мощни изблици на гама -лъчение. Такива експлозии обаче никога не са наблюдавани досега.

Фабрика за черни дупки

Възможно ли е частиците в ускорителя да се ускорят до толкова висока енергия и че техният сблъсък би създал черна дупка? На пръв поглед тази идея е просто луда - експлозията на дупката ще унищожи целия живот на Земята. Освен това това не е технически осъществимо. Ако минималната маса на дупката наистина е равна на 22 микрограма, то в енергийни единици тя е 10 28 електрон-волта. Този праг е с 15 порядъка по -голям от възможностите на най -мощния ускорител в света - Големия адронен колайдер (LHC), който ще бъде пуснат в ЦЕРН през 2007 г.

src = "black_holes1 / aerial-view-lhc.jpg" width = "275" border = "0">

Възможно е обаче стандартната оценка на минималната маса на дупката да бъде значително надценена. Във всеки случай, това казват физиците, които разработват теорията на суперструните, която включва квантовата теория на гравитацията (макар и далеч от пълната). Според тази теория пространството има не три измерения, а поне девет. Ние не забелязваме допълнителните измерения, тъй като те са затворени в толкова малък мащаб, че нашите инструменти не могат да ги възприемат. Гравитацията обаче е вездесъща и тя също прониква в скритите измерения. В триизмерното пространство силата на гравитацията е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието, а в деветмерното пространство-на осмата степен. Следователно, в многоизмерен свят силата на гравитационното поле с намаляващо разстояние се увеличава много по-бързо, отколкото в триизмерното. В този случай дължината на Планк се увеличава многократно, а минималната маса на отвора рязко спада.

Теорията на струните предсказва, че в деветмерно пространство може да се роди черна дупка с маса само 10–20 g. Изчислената релативистична маса на протоните, ускорени в супер ускорителя на CERN, е приблизително еднаква. Според най -оптимистичния сценарий, той ще може да произвежда една дупка всяка секунда, която ще живее около 10–26 секунди. В процеса на изпаряването му ще се раждат всякакви елементарни частици, които лесно ще се регистрират. Изчезването на дупката ще доведе до освобождаване на енергия и, което не е достатъчно дори за загряване на един микрограм вода на хилядна част от градуса. Следователно има надежда LHC да се превърне във фабрика за безвредни черни дупки. Ако тези модели са правилни, тогава такива дупки ще могат да регистрират ново поколение орбитални детектори на космически лъчи.

Всичко по -горе се отнася за стационарни черни дупки. Междувременно има въртящи се дупки с куп интересни свойства. Резултатите от теоретичния анализ на радиацията на черни дупки също доведоха до сериозно преосмисляне на концепцията за ентропия, което също заслужава отделно обсъждане.

Космически супер маховици

Статичните електрически неутрални черни дупки, за които говорихме, изобщо не са типични за реалния свят. Срутващите се звезди са склонни да се въртят и също могат да бъдат заредени с електричество.

Теорема за плешива глава

Гигантските дупки в галактическите ядра по всяка вероятност се образуват от първичните центрове на гравитационна кондензация - една -единствена „пост -звездна“ дупка или няколко дупки, които са се слели в резултат на сблъсъци. Такива зародишни дупки поглъщат близки звезди и междузвезден газ и по този начин умножават масата им. Материята, попадаща под хоризонта, отново има както електрически заряд (космическият газ и праховите частици лесно се йонизират), така и ротационен момент (падането става с усукване, по спирала). При всеки физически процес моментът на инерция и заряд се запазват и следователно е естествено да се предположи, че образуването на черни дупки не е изключение.

Но е вярно и още по -силно твърдение, чийто конкретен случай е формулиран в първата част на статията (вж. A. Levin, The Amazing History of Black Holes, Popular Mechanics, No. 11, 2005). Каквито и да са били предците на макроскопичната черна дупка, тя получава от тях само маса, момент на въртене и електрически заряд. Според Джон Уилър „черна дупка няма коса“. По -правилно би било да се каже, че не повече от три „косми“ висят от хоризонта на всяка дупка, което беше доказано от обединените усилия на няколко физици -теоретици през 70 -те години. Вярно е, че в отвора трябва да се запази и магнитен заряд, чиито хипотетични носители, магнитни монополи, бяха предсказани от Пол Дирак през 1931 г. Тези частици обаче все още не са открити и е твърде рано да се говори за четвъртата „коса“. По принцип може да има допълнителни „косми“, свързани с квантовите полета, но те са напълно невидими в макроскопична дупка.

И въпреки това те се въртят

Ако статична звезда се презареди, показателят за пространство -време ще се промени, но хоризонтът на събитията ще остане сферичен. Въпреки това, звездните и галактическите черни дупки по редица причини не могат да носят голям заряд, следователно от гледна точка на астрофизиката този случай не е много интересен. Но въртенето на дупката води до по -сериозни последици. Първо, формата на хоризонта се променя. Центробежните сили я притискат по оста на въртене и я разтягат в екваториалната равнина, така че сферата да се трансформира в нещо като елипсоид. По същество с хоризонта се случва същото като с всяко въртящо се тяло, по -специално с нашата планета - в края на краищата екваториалният радиус на Земята е с 21,5 км по -дълъг от полярния. Второ, въртенето намалява линейните размери на хоризонта. Припомнете си, че хоризонтът е интерфейсът между събития, които могат или не могат да изпращат сигнали до далечни светове. Ако гравитацията на дупка завладее леките кванти, тогава центробежните сили, напротив, допринасят за бягството им в космоса. Следователно хоризонтът на въртяща се дупка трябва да бъде разположен по -близо до центъра му от хоризонта на статична звезда със същата маса.

Но това не е всичко. Дупката при нейното въртене отнема околното пространство. В непосредствена близост до дупката увличането е пълно; в периферията постепенно отслабва. Следователно хоризонтът на дупката е потопен в специална област на пространството - ергосферата. Границата на ергосферата докосва хоризонта при полюсите и се премества най -отдалечено от него в екваториалната равнина. На тази повърхност скоростта на влачене на пространство е равна на скоростта на светлината; вътре в нея тя е по -голяма от скоростта на светлината, а отвън е по -малка. Следователно, всяко материално тяло, било то молекула газ, частица космически прах или разузнавателна сонда, когато влезе в ергосферата, то със сигурност ще започне да се върти около дупката и в същата посока като самата тя.

Звездни генератори

Наличието на ергосферата по принцип позволява дупката да се използва като източник на енергия и. Оставете някакъв обект да проникне в ергосферата и да се разпадне там на два фрагмента. Може да се окаже, че единият от тях ще падне под хоризонта, а другият ще напусне ергосферата, а неговата кинетична енергия I ще надхвърли първоначалната енергия на цялото тяло! Ергосферата също има способността да усилва електромагнитното излъчване, което пада върху нея и се разпръсква обратно в космоса (това явление се нарича свръхлъчение).

Законът за запазване на енергията и непоклатимото - вечни двигатели не съществуват. Когато една дупка подава частици или радиационна енергия към нея, нейната собствена ротационна енергия намалява. Космическият супер маховик постепенно се забавя и дори може да спре в крайна сметка. Изчислено е, че по този начин е възможно да се преобразува в енергия до 29% от масата на отвора. Само унищожаването на материята и антиматерията е по -ефективно от този процес, тъй като в този случай масата се превръща напълно в радиация. Но слънчевото термоядрено гориво изгаря с много по -ниска ефективност - около 0,6%.

Следователно, бързо въртящата се черна дупка е почти идеален генератор на енергия за космически суперцивилизации (ако, разбира се, такива съществуват). Във всеки случай природата използва този ресурс от незапомнени времена. Квазарите, най -мощните космически „радиостанции“ (източници на електромагнитни вълни), се хранят с енергията на гигантски въртящи се дупки, разположени в ядрата на галактиките. Тази хипотеза е изложена от Едвин Салпетър и Яков Зелдович през 1964 г. и оттогава тя става общоприета. Материалът, приближаващ се до дупката, образува пръстеновидна структура, така наречения акреционен диск. Тъй като пространството близо до дупката е силно усукано от въртенето си, вътрешната зона на диска се задържа в екваториалната равнина и бавно се утаява към хоризонта на събитията. Газът в тази зона се нагрява силно от вътрешно триене и генерира инфрачервени, светлинни, ултравиолетови и рентгенови лъчи, а понякога дори и гама кванти. Квазарите излъчват и нетермично радиоизлъчване, което се дължи главно на синхротронния ефект.

Много повърхностна ентропия

Теоремата за плешивата дупка крие много коварна клопка. Срутваща се звезда е парче свръхгорещ газ, компресиран от гравитационни сили. Колкото по -висока е плътността и температурата на звездната плазма, толкова по -малко ред и повече хаос в нея. Степента на хаос се изразява с много специфична физическа величина - ентропия. С течение на времето ентропията на всеки изолиран обект се увеличава - това е същността на втория закон на термодинамиката. Ентропията на звездата преди началото на колапса е прекалено висока и ентропията на дупката изглежда изключително малка, тъй като са необходими само три параметъра, за да се опише недвусмислено дупката. Нарушен ли е вторият закон на термодинамиката в хода на гравитационния колапс?

Не може ли да се предположи, че когато една звезда се превърне в свръхнова, нейната ентропия се отнася заедно с изхвърлената обвивка? За съжаление не. Първо, масата на обвивката не може да се сравни с масата на звездата, следователно загубата на ентропия ще бъде малка. Второ, лесно е да се измисли още по -убедително умствено „опровержение“ на втория закон на термодинамиката. Нека тяло с ненулева температура и някаква ентропия попадат в зоната на привличане на готова дупка. Попадайки под хоризонта на събитията, той ще изчезне заедно с ентропийните си запаси и ентропията на дупката най -вероятно изобщо няма да се увеличи. Има изкушение да се твърди, че ентропията на извънземния не изчезва, а се пренася във вътрешността на дупката, но това е само словесен трик. Законите на физиката се изпълняват в свят, достъпен за нас и нашите инструменти, а зоната под хоризонта на събитията за всеки външен наблюдател е terra incognita.

Този парадокс беше разрешен от абитуриента на Уилър Джейкъб Бекенщайн. Термодинамиката има много мощен интелектуален ресурс - теоретичното изследване на идеалните топлинни двигатели. Бекенщайн измисли умствено устройство, което превръща топлината в полезна работа, използвайки черна дупка като нагревател. Използвайки този модел, той изчисли ентропията на черната дупка, което се оказа пропорционално на площта на хоризонта на събитията... Тази площ е пропорционална на квадрата на радиуса на отвора, който, припомнете, е пропорционален на неговата маса. Когато някой външен обект бъде уловен, масата на дупката се увеличава, радиусът се удължава, площта на хоризонта се увеличава и съответно се увеличава ентропията. Изчисленията показват, че ентропията на дупка, която е погълнала чужд обект, надвишава общата ентропия на този обект и дупката, преди те да се срещнат. По същия начин, ентропията на срутващата се звезда е с много порядъци по -малка от ентропията на дупката на наследника. Всъщност от разсъжденията на Бекенщайн следва, че повърхността на дупката има ненулева температура и следователно просто трябва да излъчва топлинни фотони (и при достатъчно нагряване, други частици). Бекенщайн обаче не смее да стигне толкова далеч (тази стъпка е направена от Стивън Хокинг).

До какво сме стигнали? Размислите върху черните дупки не само оставят втория закон на термодинамиката непоклатим, но също така правят възможно обогатяването на концепцията за ентропията. Ентропията на обикновено физическо тяло е горе -долу пропорционална на обема му, а ентропията на дупка е пропорционална на повърхността на хоризонта. Може строго да се докаже, че тя е по -голяма от ентропията на всеки материален обект със същите линейни размери. Означава, че максимументропията на затворена област на пространството се определя изключително от площта на външната й граница! Както можем да видим, теоретичният анализ на свойствата на черните дупки позволява да се направят много дълбоки изводи от общо физическо естество.

Гледайки в дълбините на Вселената

Как се извършва търсенето на черни дупки в дълбините на космоса? Този въпрос беше поставен от Popular Mechanics пред известния астрофизик, професор от Харвардския университет Рамеш Нараян.

„Откриването на черни дупки трябва да се счита за едно от най -големите постижения на съвременната астрономия и астрофизика. През последните десетилетия хиляди рентгенови източници бяха идентифицирани в космоса, всеки от които се състои от нормална звезда и много малък несветящ обект, заобиколен от акреционен диск. Тъмните тела, с маси, вариращи от една и половина до три слънчеви маси, най -вероятно са неутронни звезди. Въпреки това, сред тези невидими обекти има поне две дузини практически сто процента кандидати за ролята на черна дупка. Освен това учените са стигнали до консенсус, че в галактическите ядра се дебнат поне две гигантски черни дупки. Един от тях се намира в центъра на нашата Галактика; според миналогодишната публикация на астрономи от САЩ и Германия, масата му е 3,7 милиона слънчеви маси (M s). Преди няколко години колегите ми от Харвард-Смитсоновския астрофизичен център Джеймс Моран и Линкълн Грийнхил допринесоха значително за претеглянето на дупката в центъра на галактиката Сейферт NGC 4258, която издърпа 35 милиона Мс. По всяка вероятност ядрата на много галактики съдържат дупки с маси от един милион до няколко милиарда Ms.

Засега няма начин да се определи наистина уникален подпис на черна дупка от Земята - наличието на хоризонт на събитията. Ние обаче вече знаем как да се убедим в липсата му. Радиусът на неутронната звезда е 10 километра; със същия порядък и радиусът на дупките, родени в резултат на звезден колапс. Неутронната звезда обаче има твърда повърхност, докато дупката няма. Падането на материята върху повърхността на неутронна звезда води до термоядрени експлозии, които генерират периодични рентгенови изблици с втора продължителност. И когато газът достигне хоризонта на черната дупка, той отива под нея и не се проявява в никаква радиация. Следователно, липсата на къси рентгенови изблици е мощно потвърждение на дупкоподобния характер на обекта. Всичките две дузини двоични системи, предполагаемо съдържащи черни дупки, не излъчват такива ракети.

Трябва да се признае, че сега сме принудени да се задоволим с отрицателни доказателства за съществуването на черни дупки. Обектите, които обявяваме за дупки, не могат да бъдат нищо друго от гледна точка на общоприетите теоретични модели. С други думи, ние ги разглеждаме като дупки единствено защото не можем разумно да ги считаме за нещо друго. Надяваме се следващите поколения астрономи да имат малко повече късмет. "

Към думите на професор Нараян може да се добави, че астрономите отдавна вярват в реалността на съществуването на черни дупки. В исторически план първият надежден кандидат за тази позиция беше тъмният спътник на много ярко синия свръхгигант HDE 226868, на 6500 светлинни години от нас. Открит е в началото на 70-те години в рентгеновата двоична система Cygnus X-1. Според последните данни масата му е около 20 M s. Заслужава да се отбележи, че на 20 септември тази година бяха публикувани данни, които почти напълно разсеяха съмненията за реалността на друга дупка в галактически мащаб, за чието съществуване астрономите подозираха преди 17 години. Намира се в центъра на галактиката M31, по -известна като мъглявината Андромеда. Galaxy M31 е много стар, на около 12 милиарда години. Дупката също е доста голяма - 140 милиона слънчеви маси. До есента на 2005 г. астрономите и астрофизиците най -накрая бяха убедени в съществуването на три свръхмасивни черни дупки и още няколко дузини от техните по -скромни спътници.

Присъдата на теоретиците

Popular Mechanics също успя да разговаря с двама от най -авторитетните експерти по теорията на гравитацията, които са посветили десетилетия на изследвания в областта на черните дупки. Помолихме ги да изброят най -важните постижения в тази област. Ето какво ни каза Кип Торн, професор по теоретична физика в Калифорнийския технологичен институт:

„Ако говорим за макроскопични черни дупки, които са добре описани от уравненията на общата теория на относителността, тогава в областта на тяхната теория основните резултати са получени през 60-80-те години на ХХ век. По отношение на последните работи, най -интересните от тях позволиха по -добро разбиране на процесите, протичащи в черна дупка с остаряването. През последните години се отделя значително внимание на модели на черни дупки в многоизмерни пространства, които естествено се появяват в теорията на струните. Но тези изследвания вече не са свързани с класическите, а с квантовите дупки, които все още не са открити. Основният резултат от последните години е много убедително астрофизично потвърждение на реалността за съществуването на дупки с маса от няколко слънчеви маси, както и свръхмасивни дупки в центровете на галактиките. Днес вече няма съмнение, че тези дупки наистина съществуват и че ние разбираме добре процесите на тяхното образуване. "

На същия въпрос отговори студентът на академик Марков, професор в университета на канадската провинция Алберт Валери Фролов:

„На първо място, бих нарекъл откриването на черна дупка в центъра на нашата Галактика. Теоретичните изследвания на дупки в пространства с допълнителни размери също са много интересни, от които следва възможността за създаване на дупки в експерименти с ускорители на колайдера и в процесите на взаимодействие на космическите лъчи със земната материя. Наскоро Стивън Хокинг изпрати предпечат на творбата, от който следва, че топлинното излъчване от черна дупка напълно връща във външния свят информация за състоянието на обекти, паднали под хоризонта му. Преди това той вярваше, че тази информация необратимо изчезва, но сега стигна до обратното заключение. Независимо от това, трябва да се подчертае, че този проблем може да бъде решен окончателно само въз основа на квантовата теория на гравитацията, която все още не е изградена. "

Работата на Хокинг заслужава отделен коментар. От общите принципи на квантовата механика следва, че никоя информация не изчезва без следа, а може би преминава в по -малко "четлива" форма. Черните дупки обаче необратимо унищожават материята и очевидно се справят с информацията също толкова жестоко. През 1976 г. Хокинг публикува статия, в която това заключение е подкрепено от математически апарат. Някои теоретици са съгласни с него, други не; по -специално, теоретиците на струните смятат, че информацията е неразрушима. Хокинг каза на конференция в Дъблин миналото лято, че информацията все още се съхранява и напуска повърхността на изпарителния отвор заедно с топлинното излъчване. На тази среща Хокинг представи само диаграма на новите си изчисления, обещавайки да ги публикува изцяло във времето. И сега, както каза Валери Фролов, тази работа стана достъпна като предпечат.

Накрая помолихме професор Фролов да обясни защо смята черните дупки за едно от най -фантастичните изобретения на човешкия интелект.

„Астрономите отдавна откриват обекти, които не изискват съществено нови физически идеи, за да бъдат разбрани. Това се отнася не само за планети, звезди и галактики, но и за екзотични тела като бели джуджета и неутронни звезди. Но черна дупка е нещо съвсем различно, това е пробив в неизвестното. Някой каза, че вътрешностите й са най -доброто място за настаняване на подземния свят. Изучаването на дупки, особено особености, просто принуждава използването на такива нестандартни концепции и модели, които доскоро практически не се обсъждаха във физиката - например квантова гравитация и теория на струните. Тук възникват много проблеми, които са необичайни за физиката, дори болезнени, но, както вече е ясно, са абсолютно реални. Следователно изучаването на дупки постоянно изисква фундаментално нови теоретични подходи, включително тези, които са на ръба на познанията ни за физическия свят. "

Между французите и британците понякога има полу -шега, а понякога и сериозен спор: кой трябва да се счита за откривател на възможността за съществуване на невидими звезди - французинът П. Лаплас или англичанинът Ж. Мишел? През 1973 г. известните британски теоретични физици С. Хокинг и Г. Елис в книга, посветена на съвременните специални математически въпроси за структурата на пространството и времето, цитират работата на французина П. Лаплас с доказателство за възможността наличие на черни звезди; тогава работата на J. Michell все още не е била известна. През есента на 1984 г. известният английски астрофизик М. Райс, говорейки на конференция в Тулуза, каза, че макар да не е много удобно да се говори във Франция, той трябва да подчертае, че англичанинът J. Michell е първият, който предсказва невидими звезди, и показа моментна снимка на първата страница от съответното му произведение. Тази историческа забележка беше посрещната с аплодисменти и усмивки от публиката.

Как да не си припомним дискусиите между французите и британците относно това кой е предвидил положението на планетата Нептун въз основа на смущенията в движението на Уран: французинът У. Льо Верие или англичанинът Дж. Адамс? Както знаете, и двамата учени независимо правилно посочиха позицията на новата планета. Тогава французинът W. Le Verrier имаше по -голям късмет. Това е съдбата на много открития. Често те се извършват почти едновременно и независимо от различни хора. Обикновено се дава приоритет на тези, които проникват по -дълбоко в същността на проблема, но понякога това са просто капризи на късмета.

Но предвидливостта на П. Лаплас и Дж. Мичил все още не беше истинска прогноза за черна дупка. Защо?

Факт е, че по времето на Лаплас все още не е било известно, че нищо не може да се движи по -бързо от светлината в природата. Невъзможно е да се изпревари светлината в празнотата! Това е установено от Айнщайн в специалната теория на относителността още в нашия век. Следователно, за П. Лаплас, звездата, която обмисляше, беше само черна (несветеща) и той не можеше да знае, че такава звезда изобщо губи способността си да „общува“ с външния свят, да „съобщава“ всичко на далечни светове за събитията, които се случват на него. ... С други думи, той все още не знаеше, че това е не само „черна“, но и „дупка“, в която човек може да попадне, но е невъзможно да излезе. Сега знаем, че ако светлината не може да излезе от някаква област на пространството, това означава, че изобщо нищо не може да излезе и ние наричаме такъв обект черна дупка.

Друга причина, поради която разсъжденията на Лаплас не могат да се считат за строги, е, че той счита за полезни полета с огромна сила, при които падащите тела се ускоряват до скоростта на светлината, а самата изходяща светлина може да се забави и в същото време той прилага закона на гравитацията Нютон.

А. Айнщайн показа „че за такива полета теорията на гравитацията на Нютон е неприложима и създаде нова теория, валидна за свръхсилни, както и за бързо променящи се полета (за които теорията на Нютон също е неприложима!), И. го нарича обща теория на относителността. Изводите на тази теория трябва да бъдат използвани, за да се докаже възможността за съществуване на черни дупки и да се изследват техните свойства.

Общата теория на относителността е невероятна теория. То е толкова дълбоко и стройно, че предизвиква усещане за естетическо удоволствие у всеки, който го опознае. Съветските физици Л. Ландау и Е. Лифшиц в учебника си „Теория на полето“ го наричат ​​„най -красивата от всички съществуващи физически теории“. Германският физик Макс Борн каза за откритието на теорията на относителността: „Възхищавам му се като произведение на изкуството“. А съветският физик В. Гинзбург пише, че предизвиква „... чувство ... подобно на това, преживяно при разглеждане на най -забележителните шедьоври на живописта, скулптурата или архитектурата“.

Многобройните опити за популярно изложение на теорията на Айнщайн могат, разбира се, да дадат общо впечатление за нея. Но, за да бъда честен, това е също толкова малко като възторг от познаването на самата теория, тъй като запознаването с възпроизвеждането на „Сикстинската мадона“ се различава от преживяването, което възниква при разглеждането на оригинала, създаден от гения на Рафаел .

И въпреки това, когато няма възможност да се любувате на оригинала, е възможно (и необходимо!) Да се ​​запознаете с наличните репродукции, по -добри добри (а има и всякакви).

Новиков И.Д.

На 10 април група астрофизици от проекта Event Horizon Telescope публикува първата снимка на черна дупка. Тези гигантски, но невидими космически обекти все още са едни от най -загадъчните и интригуващи в нашата вселена.

Прочетете по -долу

Какво е черна дупка?

Черната дупка е обект (област в пространството-време), чиято гравитация е толкова голяма, че привлича всички известни обекти, включително тези, които се движат със скоростта на светлината. Квантите на самата светлина също не могат да напуснат тази област, така че черната дупка е невидима. Можете да наблюдавате само електромагнитни вълни, радиация и изкривяване на пространството около черната дупка. Публикуваният телескоп Event Horizon изобразява хоризонта на събитията на черната дупка - ръба на област на свръхгравитация, рамкирана от акреционен диск - светеща материя, която е „засмукана“ от дупката.

Терминът "черна дупка" се появява в средата на XX век, въведен е от американския физик -теоретик Джон Арчибалд Уилър. За първи път той използва термина на научна конференция през 1967 г.

Предположенията за съществуването на толкова масивни обекти, че дори светлината не може да преодолее силата на тяхното привличане, бяха изказани още през 18 век. Съвременната теория за черните дупки започва да се формира в рамките на общата теория на относителността. Интересното е, че самият Алберт Айнщайн не вярва в съществуването на черни дупки.

Откъде идват черните дупки?

Учените смятат, че черните дупки са с различен произход. Масивните звезди се превръщат в черна дупка в края на живота си: в продължение на милиарди години съставът на газовете и температурата в тях се променят, което води до дисбаланс между гравитацията на звездата и налягането на горещите газове. Тогава звездата се срутва: обемът й намалява, но тъй като масата не се променя, плътността се увеличава. Типична черна дупка със звездна маса има радиус 30 километра и плътност над 200 милиона тона на кубичен сантиметър. За сравнение: за да стане Земята черна дупка, нейният радиус трябва да бъде 9 милиметра.

Има и друг вид черна дупка - супермасивни черни дупки, които образуват ядрата на повечето галактики. Тяхната маса е милиард пъти масата на звездните черни дупки. Произходът на свръхмасивните черни дупки е неизвестен, предполага се, че те някога са били звездна маса черни дупки, които са нараствали, поглъщайки други звезди.

Съществува и противоречива идея за съществуването на първични черни дупки, които биха могли да възникнат от компресирането на всяка маса в началото на Вселената. Освен това има предположение, че при Големия адронен колайдер се образуват много малки черни дупки с маса, близка до масата на елементарните частици. Все още обаче няма потвърждение на тази версия.

Ще погълне ли черната дупка нашата галактика?

В центъра на галактиката Млечен път има черна дупка - Стрелец А *. Масата му е четири милиона пъти по -голяма от масата на Слънцето, а размерът му - 25 милиона километра - е приблизително равен на диаметъра на 18 слънца. Подобен мащаб накара някои да се запитат: не е ли черна дупка заплашва цялата ни галактика? Не само писателите на научна фантастика имат основания за подобни предположения: преди няколко години учените съобщават за галактиката W2246-0526, която се намира на 12,5 милиарда светлинни години от нашата планета. Според описанието на астрономите, разположено в центъра на W2246-0526, свръхмасивна черна дупка постепенно я разкъсва и получената радиация се ускорява във всички посоки с нажежаема гигантска облачност от газ. Разкъсана от черна дупка, галактиката свети по -ярко от 300 трилиона слънца.

Нашата родна галактика обаче не е застрашена от нищо подобно (поне в краткосрочен план). Повечето обекти в Млечния път, включително Слънчевата система, са твърде далеч от черна дупка, за да усетят нейното привличане. Освен това „нашата“ черна дупка не засмуква целия материал, като прахосмукачка, а действа само като гравитационна котва за група звезди в орбита около нея - като Слънцето за планети.

Въпреки това, дори ако някога излезем извън хоризонта на събитията на черна дупка, тогава най -вероятно дори няма да го забележим.

Какво се случва, ако "паднете" в черна дупка?

Обект, привлечен от черна дупка, най -вероятно няма да може да се върне оттам. За да преодолеете гравитацията на черна дупка, трябва да развиете скорост, по -висока от скоростта на светлината, но човечеството все още не знае как да направи това.

Гравитационното поле около черната дупка е много силно и нехомогенно, така че всички обекти в близост до нея променят формата и структурата си. Страната на обекта, която е по -близо до хоризонта на събитията, се привлича с по -голяма сила и пада с по -голямо ускорение, така че целият обект се разтяга, като става като макарони. Това явление е описано в книгата му „Кратка история на времето“ от известния физик -теоретик Стивън Хокинг. Още преди Хокинг астрофизиците наричат ​​това явление спагетиране.

Ако опишете спагетирането от гледна точка на астронавт, който е излетял първо до краката на черна дупка, тогава гравитационното поле ще стегне краката му, а след това ще разтегне и разкъса тялото, превръщайки го в поток от субатомни частици.

Невъзможно е да се види падане в черна дупка отвън, тъй като поглъща светлината. Един външен наблюдател ще види само, че обект, приближаващ се към черна дупка, постепенно се забавя и след това спира напълно. След това силуетът на обекта ще става все по -неясен, ще придобие червен цвят и накрая просто ще изчезне завинаги.

Според предположението на Стивън Хокинг всички обекти, които са привлечени от черната дупка, остават в хоризонта на събитията. От теорията на относителността следва, че близо до черна дупка времето се забавя, докато спре, така че за някой, който падне, падането в самата черна дупка може никога да не се случи.

Какво има вътре?

По очевидни причини сега няма надежден отговор на този въпрос. Учените обаче са съгласни, че в черна дупка законите на физиката, с които сме свикнали, вече не работят. Според една от най-вълнуващите и екзотични хипотези пространствено-времевият континуум около черната дупка е толкова изкривен, че в самата реалност се образува дупка, която би могла да бъде портал към друга вселена-или така наречената червейна дупка.

Черни дупки: най -мистериозните обекти във Вселената

Поради сравнително наскоро увеличения интерес към създаването на научно -популярни филми по темата за изследването на космоса, съвременният зрител е чувал много за такива явления като особеността или черната дупка. Очевидно обаче филмите не разкриват цялата природа на тези явления, а понякога дори изкривяват изградените научни теории за по -голяма ефективност. Поради тази причина представата на много съвременни хора за тези явления е или напълно повърхностна, или напълно погрешна. Едно от решенията на този проблем е тази статия, в която ще се опитаме да разберем съществуващите резултати от изследванията и да отговорим на въпроса - какво е черна дупка?

През 1784 г. английският свещеник и натуралист Джон Мишел за първи път споменава в писмо до Кралското общество някакво хипотетично масивно тяло, което има толкова силно гравитационно привличане, че втората космическа скорост за него ще надвиши скоростта на светлината. Втората космическа скорост е скоростта, която ще е необходима на относително малък обект, за да преодолее гравитационното привличане на небесно тяло и да излезе извън затворената орбита около това тяло. Според неговите изчисления тяло с плътност на Слънцето и радиус от 500 слънчеви радиуса ще има на повърхността си втора космическа скорост, равна на скоростта на светлината. В този случай дори светлината няма да напусне повърхността на такова тяло и следователно това тяло само ще абсорбира входящата светлина и ще остане невидимо за наблюдателя - един вид черно петно ​​на фона на тъмното пространство.

Концепцията на Мишел за свръхмасивно тяло обаче не предизвиква голям интерес, чак до работата на Айнщайн. Нека припомним, че последните определят скоростта на светлината като ограничаваща скорост на предаване на информация. Освен това Айнщайн разширява теорията на гравитацията за скорости, близки до скоростта на светлината (). В резултат на това вече не беше актуално прилагането на нютоновата теория към черните дупки.

Уравнение на Айнщайн

В резултат на прилагането на обща теория на относителността към черните дупки и решаването на уравненията на Айнщайн бяха разкрити основните параметри на черна дупка, от които има само три: маса, електрически заряд и ъглов импулс. Трябва да се отбележи значителният принос на индийския астрофизик Субраманиан Чандрасекхар, който създава фундаменталната монография: „Математическата теория на черните дупки“.

По този начин решението на уравненията на Айнщайн е представено от четири варианта за четири възможни типа черни дупки:

• BH без въртене и без зареждане - решение на Schwarzschild. Едно от първите описания на черна дупка (1916), използващо уравненията на Айнщайн, но без да се вземат предвид два от трите параметри на тялото. Решението на немския физик Карл Шварцшилд дава възможност да се изчисли външното гравитационно поле на сферично масивно тяло. Особеността на концепцията за БХ от немския учен е наличието на хоризонт на събитията и този, скрит зад него. Също така, Шварцшилд е първият, който изчислява гравитационния радиус, който получава неговото име, което определя радиуса на сферата, върху която ще се намира хоризонтът на събитията за тяло с дадена маса.
• BH без въртене със заряд - решение на Reisner -Nordström. Решение, предложено през 1916-1918 г., отчитащо възможния електрически заряд на черната дупка. Този заряд не може да бъде толкова голям, колкото желаете, и е ограничен поради полученото електрическо отблъскване. Последното трябва да бъде компенсирано от гравитационното привличане.
• BH с въртене и без заряд - решение на Kerr (1963). Въртящата се черна дупка на Kerr се различава от статичната с наличието на така наречената ергосфера (прочетете за тази и други компоненти на черната дупка по-долу).
• BH с въртене и зареждане - решение на Кер - Нюман. Това решение е изчислено през 1965 г. и понастоящем е най -пълно, тъй като отчита и трите параметри на BH. Все пак се приема, че в природата черните дупки имат незначителен заряд.

Образуване на черна дупка

Има няколко теории за това как се образува и появява черна дупка, най -известната от които е образуването на звезда с достатъчна маса в резултат на гравитационен колапс. Това компресиране може да сложи край на еволюцията на звезди с маса над три слънчеви маси. След завършване на термоядрените реакции в такива звезди, те започват бързо да се срутват в свръх плътни. Ако налягането на газа на неутронната звезда не може да компенсира гравитационните сили, тоест масата на звездата преодолява т.нар. границата на Опенхаймер - Волков, след което колапсът продължава, в резултат на което материята се компресира в черна дупка.

Вторият сценарий, описващ раждането на черна дупка, е компресирането на протогалактически газ, тоест междузвезден газ, който е на етап трансформация в галактика или някакъв куп. Ако няма достатъчно вътрешно налягане, за да компенсира същите гравитационни сили, може да се появи черна дупка.

Други два сценария остават хипотетични:

• Появата на БХ в резултат на това - т.нар. първични черни дупки.
• Възникване в резултат на ядрени реакции при високи енергии. Пример за такива реакции са експериментите с коллайдер.

Структура и физика на черните дупки

Структурата на Шварцшилд на черна дупка включва само два елемента, споменати по -рано: особеността и хоризонта на събитията на черната дупка. Накратко говорим за особеността, може да се отбележи, че е невъзможно да се направи права линия през нея, както и че в нея повечето от съществуващите физически теории не работят. По този начин физиката на сингулярността остава загадка за учените днес. черна дупка е вид граница, пресичаща която, физически обект губи способността да се връща обратно извън своите граници и определено ще „попадне“ в особеността на черната дупка.

Структурата на черна дупка става малко по -сложна в случая на решението на Kerr, а именно, при наличието на въртене на BH. Решението на Кер приема, че дупката има ергосфера. Ергосферата е определена област извън хоризонта на събитията, вътре в която всички тела се движат по посока на въртене на черната дупка. Тази област все още не е вълнуваща и е възможно да я напуснете, за разлика от хоризонта на събитията. Ергосферата вероятно е вид аналог на акреционния диск, който върти материята около масивни тела. Ако статичната черна дупка на Шварцшилд е представена като черна сфера, тогава Kerry BH, поради наличието на ергосфера, има формата на сплетен елипсоид, под формата на който често сме виждали BH на рисунки, в стари филми или видео игри.

• Колко тежи черна дупка? - Най -големият теоретичен материал за произхода на черна дупка е наличен за сценария на нейната поява в резултат на колапса на звезда. В този случай максималната маса на неутронна звезда и минималната маса на черна дупка се определят от границата на Опенхаймер - Волков, според която долната граница на масата на ВН е 2,5 - 3 слънчеви маси. Най -тежката черна дупка, открита някога (в галактиката NGC 4889), има маса от 21 милиарда слънчеви маси. Не бива обаче да се забравят за ВН, хипотетично възникнали в резултат на ядрени реакции при високи енергии, като тези при сблъсъци. Масата на такива квантови черни дупки, с други думи, "черни дупки на Планк", има порядък, а именно 2 · 10 −5 g.
• Размерът на черната дупка. Минималният радиус на ВХ може да се изчисли от минималната маса (2,5 - 3 слънчеви маси). Ако гравитационният радиус на Слънцето, тоест зоната, където ще се намира хоризонтът на събитията, е около 2,95 км, тогава минималният радиус на ВН на 3 слънчеви маси ще бъде около девет километра. Такъв относително малък размер не се вписва в главата, когато става въпрос за масивни предмети, които привличат всичко наоколо. За квантовите черни дупки обаче радиусът е - 10 −35 m.
• Средната плътност на черна дупка зависи от два параметъра: маса и радиус. Плътността на черна дупка с маса от порядъка на три слънчеви маси е около 6 · 10 26 kg / m³, докато плътността на водата е 1000 kg / m³. Такива черни дупки обаче не са открити от учените. Повечето от откритите BHs имат маса над 10 5 слънчеви маси. Има интересен модел, според който колкото по -масивна е черна дупка, толкова по -ниска е нейната плътност. В този случай промяната в масата с 11 порядъка води до промяна в плътността с 22 порядъка. Така черна дупка с маса 1 · 10 9 слънчеви маси има плътност 18,5 кг / м³, което е с една единица по -малко от плътността на златото. А ДХ с маса над 10 10 слънчеви маси могат да имат средна плътност по -малка от плътността на въздуха. Въз основа на тези изчисления е логично да се предположи, че образуването на черна дупка се случва не поради компресията на материята, а в резултат на натрупването на голямо количество материя в определен обем. В случай на квантови ДН, тяхната плътност може да бъде около 1094 кг / м³.
• Температурата на черна дупка също е обратно пропорционална на нейната маса. Тази температура е пряко свързана с. Спектърът на това излъчване съвпада със спектъра на абсолютно черно тяло, тоест тяло, което поглъща цялото падащо лъчение. Спектърът на излъчване на абсолютно черно тяло зависи само от неговата температура, тогава температурата на ВН може да се определи от спектъра на радиацията на Хокинг. Както бе споменато по -горе, колкото по -малка е черната дупка, толкова по -мощна е тази радиация. В същото време радиацията на Хокинг остава хипотетична, тъй като все още не е наблюдавана от астрономите. От това следва, че ако съществува радиация на Хокинг, тогава температурата на наблюдаваните ВН е толкова ниска, че не позволява регистрирането на посочената радиация. Според изчисленията дори температурата на дупка с маса от порядъка на масата на Слънцето е пренебрежимо малка (1 · 10 -7 K или -272 ° C). Температурата на квантовите черни дупки може да достигне около 10 12 K, а с бързото им изпаряване (около 1,5 минути) такива BHs могат да излъчват енергия от порядъка на десет милиона атомни бомби. Но, за щастие, създаването на такива хипотетични обекти ще изисква енергия 10 14 пъти по -голяма от тази, постигната днес при Големия адронен колайдер. Освен това подобни явления никога не са били наблюдавани от астрономите.

От какво се състои черна дупка?

Друг въпрос тревожи, както учените, така и тези, които просто обичат астрофизиката - от какво се състои черна дупка? Няма еднозначен отговор на този въпрос, тъй като не е възможно да се погледне отвъд хоризонта на събитията, обграждащи всяка черна дупка. Освен това, както бе споменато по -рано, теоретичните модели на черна дупка предвиждат само 3 от нейните компоненти: ергосферата, хоризонтът на събитията и особеността. Логично е да се предположи, че в ергосферата има само онези обекти, които са привлечени от черната дупка и които сега се въртят около нея - различни видове космически тела и космически газ. Хоризонтът на събитията е само тънка имплицитна граница, след като излезе извън нея, същите космически тела са безвъзвратно привлечени към последния основен компонент на БХ - особеността. Природата на особеността не е проучена днес и е твърде рано да се говори за нейния състав.

Според някои предположения черната дупка може да се състои от неутрони. Ако следваме сценария на черна дупка в резултат на компресията на звезда до неутронна звезда с последващото й свиване, тогава вероятно основната част на черната дупка се състои от неутрони, от които се състои самата неутронна звезда. С прости думи: когато една звезда се срути, нейните атоми се свиват по такъв начин, че електроните се комбинират с протони, като по този начин образуват неутрони. Подобна реакция действително протича в природата, докато емисията на неутрино възниква с образуването на неутрон. Това обаче са само предположения.

Какво се случва, ако попаднете в черна дупка?

Попадането в астрофизична черна дупка разтяга тялото. Помислете за хипотетичен самоубийствен астронавт, който влиза в черна дупка в нищо друго освен скафандър, първо с крака. Пресичайки хоризонта на събитията, астронавтът няма да забележи никакви промени, въпреки факта, че вече няма възможност да излезе. В един момент астронавтът ще достигне точка (малко зад хоризонта на събитията), където ще започне да се появява деформация на тялото му. Тъй като гравитационното поле на черна дупка е нехомогенно и е представено с нарастващ градиент на сила към центъра, краката на астронавта ще бъдат подложени на забележимо по -голям гравитационен ефект от, например, главата. Тогава, поради гравитацията, или по -скоро, приливните сили, краката ще "паднат" по -бързо. Така тялото започва постепенно да се разтяга по дължина. За да опишат това явление, астрофизиците са измислили доста креативен термин - спагетиране. По -нататъшното разтягане на тялото вероятно ще го разложи на атоми, които рано или късно ще достигнат особеност. Какво ще почувства човек в тази ситуация, може да се предположи. Заслужава да се отбележи, че ефектът на разтягане на тялото е обратно пропорционален на масата на черната дупка. Тоест, ако ВХ с маса от три Слънца незабавно разтегне / счупи тялото, тогава свръхмасивната черна дупка ще има по -ниски приливни сили и има предположения, че някои физически материали могат да „издържат“ на такава деформация, без да губят структурата си.

Както е известно, времето тече по -бавно в близост до масивни обекти, което означава, че времето за самоубийствен астронавт ще тече много по -бавно, отколкото за земните жители. В този случай може би той ще надживее не само приятелите си, но и самата Земя. Ще са необходими изчисления, за да се определи колко време ще се забави за астронавта; но от гореизложеното може да се предположи, че астронавтът ще падне в БХ много бавно и може би просто няма да доживее момента, когато неговият тялото започва да се деформира.

Трябва да се отбележи, че за наблюдател отвън всички тела, които са излетели до хоризонта на събитията, ще останат на ръба на този хоризонт, докато изображението им изчезне. Причината за това явление е гравитационното червено изместване. Опростявайки донякъде, можем да кажем, че светлината, падаща върху тялото на самоубийствен космонавт, „замръзнал“ на хоризонта на събитията, ще промени честотата си поради забавеното време. С течение на времето по -бавно честотата на светлината ще намалява и дължината на вълната ще се увеличава. В резултат на това явление, на изхода, тоест за външен наблюдател, светлината постепенно ще се измести към нискочестотната - червена. Ще се извърши изместване на светлината по спектъра, тъй като самоубийственият астронавт се отдалечава все по -далеч от наблюдателя, макар и почти незабележимо, а времето му минава все по -бавно. Така светлината, отразена от тялото му, скоро ще излезе извън видимия спектър (изображението ще изчезне), а в бъдеще тялото на астронавта може да бъде уловено само в инфрачервената област, а по -късно - в радиочестотата и като в резултат на това радиацията ще бъде напълно неуловима.

Въпреки горното се приема, че при много големи свръхмасивни черни дупки приливните сили не се променят толкова с разстоянието и действат почти равномерно върху падащото тяло. В този случай падащият космически кораб ще запази структурата си. Възниква разумен въпрос - къде води черната дупка? На този въпрос може да се отговори с работата на някои учени, свързващи два такива явления като червееви дупки и черни дупки.

Още през 1935 г. Алберт Айнщайн и Нейтън Розен, като вземат предвид, излагат хипотеза за съществуването на така наречените червееви дупки, свързващи две точки от пространството-време по път на места със значителна кривина на последния-Айнщайн-Розен мост или червейна дупка. За такава мощна кривина на пространството биха били необходими тела с гигантска маса, с ролята на които черните дупки биха се справили перфектно.

Мостът Айнщайн-Росен се счита за непроходима червейна дупка, защото е малък и нестабилен.

В рамките на теорията за черно -белите дупки е възможна проходима червейна дупка. Където бялата дупка е изходът на информация, хваната в черна дупка. Бялата дупка е описана в рамките на общата теория на относителността, но днес тя остава хипотетична и не е открита. Друг модел на червейна дупка, предложен от американските учени Кип Торн и неговия студент Майк Морис, може да бъде проходим. Въпреки това, както в случая с червеевата дупка на Морис-Торн, така и в случай на черно-бели дупки, възможността за пътуване изисква съществуването на така наречената екзотична материя, която има отрицателна енергия и също остава хипотетична.

Черни дупки във Вселената

Съществуването на черни дупки беше потвърдено сравнително наскоро (септември 2015 г.), но по това време вече имаше значителен теоретичен материал за природата на BHs, както и много обекти кандидати за ролята на черна дупка. На първо място, трябва да се вземе предвид размерът на BH, тъй като самата природа на явлението зависи от тях:

• Черна дупка със звездна маса... Такива обекти се образуват в резултат на колапса на звезда. Както бе споменато по -рано, минималната маса на тяло, способно да образува такава черна дупка, е 2,5 - 3 слънчеви маси.
• Черни дупки със средна маса... Условен междинен тип черни дупки, които са се увеличили поради поглъщането на близки обекти, като например натрупване на газ, съседна звезда (в двузвездни системи) и други космически тела.
• Свръхмасивна черна дупка... Компактни обекти с 10 5 -10 10 слънчеви маси. Отличителните свойства на такива BHs са парадоксално ниската плътност, както и слабите приливни сили, които бяха споменати по -рано. Това е такава свръхмасивна черна дупка в центъра на нашата галактика Млечен път (Стрелец A *, Sgr A *), както и повечето други галактики.

Кандидати за Черната къща

Най -близката черна дупка, или по -скоро кандидат за ролята на ВХ, е обект (V616 Unicorn), който се намира на разстояние 3000 светлинни години от Слънцето (в нашата галактика). Състои се от два компонента: звезда с маса наполовина слънчева маса, както и невидимо малко тяло, чиято маса е 3 - 5 слънчеви маси. Ако този обект се окаже малка черна дупка със звездна маса, то по дясно ще бъде най -близката ВХ.

След този обект, втората най-близка черна дупка е обектът Cyg X-1, който беше първият кандидат за ролята на BH. Разстоянието до него е приблизително 6070 светлинни години. Той е добре проучен: има маса от 14,8 слънчеви маси и радиус на хоризонта на събитията от около 26 км.

Според някои източници друг най -близък кандидат за ролята на ВХ може да бъде тяло в звездната система V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), което според изчисленията от 1999 г. се е намирало на разстояние 1600 светлинни години. Последващите проучвания обаче увеличават това разстояние поне 15 пъти.

Колко черни дупки има в нашата галактика?

Няма точен отговор на този въпрос, тъй като е доста трудно да се наблюдават и през цялото време на изследването на небето учените са успели да открият около дузина черни дупки в Млечния път. Без да се занимаваме с изчисления, отбелязваме, че в нашата галактика има около 100 - 400 милиарда звезди и приблизително всяка хилядна звезда има достатъчно маса, за да образува черна дупка. Вероятно са съществували милиони черни дупки по време на съществуването на Млечния път. Тъй като е по -лесно да се регистрират огромни черни дупки, логично е да се предположи, че най -вероятно повечето ВЧ в нашата галактика не са свръхмасивни. Прави впечатление, че проучванията на НАСА от 2005 г. показват наличието на рояк черни дупки (10-20 хиляди), обикалящи около центъра на галактиката. Освен това през 2016 г. японски астрофизици откриха масивен спътник близо до обекта * - черна дупка, ядрото на Млечния път. Поради малкия радиус (0,15 светлинни години) на това тяло, както и огромната му маса (100 000 слънчеви маси), учените предполагат, че този обект също е свръхмасивна черна дупка.

Ядрото на нашата галактика, черната дупка на Млечния път (Стрелец A *, Sgr A *или Стрелец A *) е свръхмасивна и има маса от 4,31 10 6 слънчеви маси и радиус от 0,00071 светлинни години (6,25 светлинни години или 6,75 милиарда км). Температурата на Стрелец А * заедно с купчината около него е около 1 · 10 7 K.

Най -голямата черна дупка

Най -голямата черна дупка във Вселената, която учените са открили, е свръхмасивна черна дупка, FSRQ блазар, в центъра на галактиката S5 0014 + 81, на разстояние 1,2 10 10 светлинни години от Земята. Според предварителните резултати от наблюдението, използвайки космическата обсерватория Суифт, масата на ВХ е 40 милиарда (40 · 10 9) слънчеви маси, а радиусът на Шварцшилд на такава дупка е 118,35 милиарда километра (0,013 светлинни години). Смята се също, че е възникнал преди 12,1 милиарда години (1,6 милиарда години след Големия взрив). Ако тази гигантска черна дупка не абсорбира околната материя, тогава тя ще оцелее до ерата на черните дупки - една от епохите на развитието на Вселената, през която черните дупки ще доминират в нея. Ако ядрото на галактиката S5 0014 + 81 продължава да расте, то то ще се превърне в една от последните черни дупки, които ще съществуват във Вселената.

Другите две известни черни дупки, въпреки че нямат собствени имена, са от най -голямо значение за изследването на черните дупки, тъй като те потвърдиха съществуването си експериментално, а също така дадоха важни резултати за изследването на гравитацията. Говорим за събитието GW150914, което се нарича сблъсък на две черни дупки в една. Това събитие направи възможно регистрацията.

Откриване на черни дупки

Преди да се обмислят методи за откриване на ВХ, трябва да се отговори на въпроса - защо черна дупка е черна? - отговорът на него не изисква задълбочени познания по астрофизика и космология. Факт е, че черна дупка поглъща цялата радиация, падаща върху нея и изобщо не излъчва, ако не вземете предвид хипотетичното. Ако разгледаме това явление по -подробно, можем да приемем, че процеси, които водят до освобождаване на енергия под формата на електромагнитно излъчване, не се случват вътре в черните дупки. След това, ако ВЧ излъчва, то той е в спектъра на Хокинг (който съвпада със спектъра на нагрято, абсолютно черно тяло). Както бе споменато по -рано, тази радиация не беше открита, което предполага напълно ниска температура на черните дупки.

Друга общоприета теория казва, че електромагнитното излъчване изобщо не е в състояние да напусне хоризонта на събитията. Най -вероятно фотоните (леките частици) не са привлечени от масивни обекти, тъй като според теорията те самите нямат маса. Черната дупка обаче все още "привлича" фотони на светлината, като изкривява пространството-времето. Ако си представим черна дупка в пространството като вид депресия върху гладката повърхност на пространството-време, тогава има известно разстояние от центъра на черната дупка, приближавайки се към което светлината вече няма да може да се отдалечи. Тоест, грубо казано, светлината започва да „пада“ в „ямата“, която дори няма „дъно“.

В допълнение към това, ако вземем предвид ефекта на гравитационното червено изместване, тогава е възможно светлината в черна дупка да загуби своята честота, измествайки се по спектъра към областта на нискочестотно дълговолно излъчване, докато загуби енергия изобщо.

Така че, черна дупка е черна и поради това е трудна за откриване в космоса.

Методи за откриване

Помислете за методите, които астрономите използват за откриване на черна дупка:

В допълнение към споменатите по -горе методи, учените често свързват обекти като черни дупки и. Квазарите са вид купчини космически тела и газ, които са един от най -ярките астрономически обекти във Вселената. Тъй като те имат висока интензивност на луминисценция при относително малки размери, има основание да се предположи, че центърът на тези обекти е свръхмасивна черна дупка, която привлича околната материя. Поради такова мощно гравитационно привличане привлечената материя е толкова гореща, че излъчва интензивно. Откриването на такива обекти обикновено се сравнява с откриването на черна дупка. Понякога квазарите могат да излъчват в две посоки струи нагрята плазма - релативистични струи. Причините за появата на такива струи (джетове) не са напълно ясни, но те вероятно са причинени от взаимодействието на магнитните полета на ВХ и акреционния диск и не се излъчват от директната черна дупка.

Струя в галактиката M87, удряща от центъра на BH

Обобщавайки горното, човек може да си представи отблизо: това е сферичен черен обект, около който се върти силно нагрята материя, образувайки светещ акреционен диск.

Сливане и сблъскване на черни дупки

Един от най -интересните явления в астрофизиката е сблъсъкът на черни дупки, който също дава възможност за откриване на такива масивни астрономически тела. Подобни процеси представляват интерес не само за астрофизиците, тъй като явленията, слабо изучени от физиците, стават тяхно следствие. Най -яркият пример е споменатото по -рано събитие, наречено GW150914, когато две черни дупки се приближиха толкова много, че се сляха в една в резултат на взаимно гравитационно привличане. Важна последица от този сблъсък е появата на гравитационни вълни.

Според дефиницията на гравитационните вълни, това са промени в гравитационното поле, които се разпространяват по вълнообразен начин от масивни движещи се обекти. Когато два такива обекта се доближат един до друг, те започват да се въртят около общ център на тежестта. С приближаването си един към друг въртенето им около собствената им ос се увеличава. Такива променливи колебания на гравитационното поле в даден момент могат да образуват една мощна гравитационна вълна, която може да се разпространява в космоса в продължение на милиони светлинни години. Така на разстояние 1,3 милиарда светлинни години две черни дупки се сблъскаха, образувайки мощна гравитационна вълна, която достигна Земята на 14 септември 2015 г. и беше записана от детекторите LIGO и VIRGO.

Как умират черните дупки?

Очевидно, за да престане да съществува черна дупка, тя ще трябва да загуби цялата си маса. Според неговото определение обаче нищо не може да напусне границите на черна дупка, ако тя е преминала хоризонта на събитията си. Известно е, че съветският физик -теоретик Владимир Грибов пръв споменава възможността за излъчване на частици от черна дупка в дискусията си с друг съветски учен Яков Зелдович. Той твърди, че от гледна точка на квантовата механика, черна дупка е способна да излъчва частици чрез тунелния ефект. По -късно с помощта на квантовата механика английският физик -теоретик Стивън Хокинг изгражда своя собствена, малко по -различна теория. Можете да прочетете повече за това явление. Накратко, във вакуум има така наречените виртуални частици, които постоянно се раждат по двойки и се унищожават помежду си, като същевременно не взаимодействат с външния свят. Но ако такива двойки се появят на хоризонта на събитията на черна дупка, тогава силната гравитация хипотетично е способна да ги раздели, като едната частица попада вътре в ЧХ, а другата се отдалечава от черната дупка. И тъй като частицата, избягала от дупката, може да се наблюдава и следователно има положителни енергии, тогава частицата, попадаща в дупката, трябва да има отрицателни енергии. По този начин черната дупка ще загуби своята енергия и ще има ефект, наречен изпаряване на черната дупка.

Според наличните модели на черна дупка, както бе споменато по -рано, с намаляването на масата, излъчването й става все по -интензивно. След това, на последния етап от съществуването на ВХ, когато тя може да намалее до размера на квантова черна дупка, тя ще освободи огромно количество енергия под формата на радиация, което може да бъде еквивалентно на хиляди или дори милиони атомни бомби. Това събитие донякъде напомня за експлозията на черна дупка, подобно на същата бомба. Според изчисленията в резултат на Големия взрив може да са възникнали първични черни дупки, а тези от тях, чиято маса е около 10 12 кг, е трябвало да се изпарят и експлодират около нашето време. Както и да е, подобни експлозии никога не са били забелязани от астрономите.

Въпреки предложения от Хокинг механизъм за унищожаване на черни дупки, свойствата на радиацията на Хокинг предизвикват парадокс в рамките на квантовата механика. Ако черна дупка поглъща тяло и след това губи масата в резултат на усвояването на това тяло, тогава независимо от естеството на тялото, черната дупка няма да се различава от това, което е било преди поглъщането на тялото. В този случай информацията за тялото се губи завинаги. От гледна точка на теоретичните изчисления, преобразуването на първоначалното чисто състояние в полученото смесено („термично“) състояние не съответства на настоящата теория на квантовата механика. Този парадокс понякога се нарича изчезване на информация в черна дупка. Окончателно решение на този парадокс никога не е намерено. Известни опции за решаване на парадокса:

• Несъответствие на теорията на Хокинг. Това води до невъзможността да се унищожи черната дупка и нейният постоянен растеж.
• Наличието на бели дупки. В този случай усвоената информация не изчезва, а просто се изхвърля в друга Вселена.
• Несъответствие на общоприетата теория на квантовата механика.

Нерешени проблеми на физиката на черните дупки

Очевидно това, което беше описано по -рано, въпреки че черните дупки са изследвани сравнително дълго време, те все още имат много характеристики, механизмите на които все още не са известни на учените.

• През 1970 г. английски учен формулира т.нар. „Принципът на космическата цензура“ - „Природата се гнуси от гола особеност“. Това означава, че особеността се формира само на места, скрити от погледа, като центъра на черна дупка. Този принцип обаче все още не е доказан. Съществуват и теоретични изчисления, според които може да възникне „гола“ особеност.
• Не е доказана и „теоремата без коса“, според която черните дупки имат само три параметъра.
• Пълна теория за магнитосферата на черните дупки не е разработена.
• Природата и физиката на гравитационната особеност не са проучени.
• Не е известно със сигурност какво се случва в последния етап от съществуването на черна дупка и какво остава след нейното квантово разпадане.

Интересни факти за черните дупки

Обобщавайки горното, има няколко интересни и необичайни характеристики на природата на черните дупки:

• ДВ имат само три параметъра: маса, електрически заряд и ъглова импулс. В резултат на толкова малък брой характеристики на това тяло, теоремата, която твърди това, се нарича "теорема без коса". Това също породи израза „черна дупка няма коса“, което означава, че две черни дупки са абсолютно еднакви, трите споменати параметри са еднакви.
• Плътността на ВН може да бъде по -малка от плътността на въздуха, а температурата е близка до абсолютната нула. От това може да се предположи, че образуването на черна дупка не се дължи на компресията на материята, а в резултат на натрупването на голямо количество материя в определен обем.
• Времето за тела, погълнати от БХ, тече много по -бавно, отколкото за външен наблюдател. Освен това погълнатите тела са значително опънати вътре в черната дупка, която учените нарекоха - спагетиране.
• В нашата галактика може да има около милион черни дупки.
• Вероятно в центъра на всяка галактика има свръхмасивна черна дупка.
• В бъдеще, според теоретичния модел, Вселената ще достигне т. Нар. Ера на черните дупки, когато черните дупки ще станат доминиращите тела във Вселената.