Астроном, откривач на црна дупка, 6 букви, поим за крстозбор Историја на црни дупки. Многу површна ентропија

Црни дупки, темна материја, темна материја ... Ова се несомнено најчудните и најмистериозните објекти во вселената. Нивните бизарни својства можат да ги оспорат законите на физиката на Универзумот, па дури и природата на постоечката реалност. За да разберат што се црни дупки, научниците предлагаат „да ги сменат знаменитостите“, да научат да размислуваат надвор од кутијата и да применат малку фантазија. Црните дупки се формираат од јадрата на супер масивни starsвезди, кои можат да се карактеризираат како регион на вселената каде огромна маса е концентрирана во празнина, и ништо, дури ни светлината, не може да избега од гравитационата привлечност таму. Ова е областа каде што втората космичка брзина ја надминува брзината на светлината: И колку е помасивен објектот на движење, толку побрзо мора да се движи за да се ослободи од неговата гравитација. Ова е познато како втора вселенска брзина.

Енциклопедијата на Колиер ги нарекува црните дупки регион во вселената што настанал како резултат на целосниот гравитациски колапс на материјата, во кој гравитационата привлечност е толку голема што ниту материја, ниту светлина, ниту други носители на информации не можат да ја напуштат. Затоа, внатрешноста на црната дупка не е каузално поврзана со остатокот од универзумот; физичките процеси што се случуваат во црната дупка не можат да влијаат врз процесите надвор од неа. Црната дупка е опкружена со површина со својство на еднонасочна мембрана: материјата и зрачењето слободно паѓаат низ неа во црната дупка, но ништо не може да избега од таму. Оваа површина се нарекува „хоризонт на настани“.

Историја на откривање

Црните дупки предвидени со општата теорија за релативност (теоријата за гравитација предложена од Ајнштајн во 1915 година) и други помодерни теории за гравитација беа математички поткрепени од Р. Опенхајмер и Х. Снајдер во 1939 година. Но, својствата на просторот и времето во Околината на овие објекти се покажа толку невообичаена, што астрономите и физичарите не ги сфатија сериозно веќе 25 години. Сепак, астрономските откритија во средината на 1960-тите направија црните дупки да изгледаат како можна физичка реалност. Новите откритија и истражувања можат фундаментално да го променат нашето разбирање за просторот и времето, расветлувајќи милијарди космички тајни.

Формирање на црни дупки

Додека термонуклеарните реакции се случуваат во внатрешноста на starвездата, тие одржуваат висока температура и притисок, спречувајќи ја contractвездата да се контрахира под влијание на сопствената гравитација. Меѓутоа, со текот на времето, нуклеарното гориво се троши и starвездата почнува да се намалува. Пресметките покажуваат дека ако масата на starвезда не надминува три сончеви маси, тогаш ќе ја добие „битката со гравитацијата“: нејзиниот гравитациски колапс ќе биде запрен со притисокот на „дегенерираната“ материја и starвездата засекогаш ќе се претвори во бело џуџе или неутронска везда. Но, ако масата на starвезда е повеќе од три сончеви маси, тогаш ништо не може да го спречи неговиот катастрофален колапс и таа брзо ќе помине под хоризонтот на настаните, станувајќи црна дупка.

Дали црната дупка е дупка за крофни?

Не е лесно да се забележи она што не емитува светлина. Еден начин да се најде црна дупка е да се бараат области во вселената што се масивни и во темна вселена. Додека трагаа по овие видови објекти, астрономите ги најдоа во два главни региона: во центрите на галаксиите и во бинарните starвездени системи на нашата Галаксија. Севкупно, како што сугерираат научниците, има десетици милиони такви објекти.

Историја на црни дупки

Алексеј Левин

Научното размислување понекогаш гради објекти со такви парадоксални својства што дури и најостроумните научници на почетокот одбиваат да ги препознаат. Највпечатливиот пример во историјата на модерната физика е долгорочниот недостаток на интерес за црни дупки, екстремни состојби на гравитационото поле, предвидени пред речиси 90 години. Долго време тие се сметаа за чисто теоретска апстракција, и само во 1960 -тите и 70 -тите години веруваа во нивната реалност. Сепак, основната равенка на теоријата за црни дупки е изведена пред повеќе од двесте години.

Инспирација на Johnон Мишел

Името на Johnон Мишел, физичар, астроном и геолог, професор на Универзитетот Кембриџ и свештеник на Англиската црква, беше сосема незаслужено изгубено меѓу starsвездите на англиската наука од 18 век. Мишел ги постави темелите на сеизмологијата, науката за земјотреси, изврши одлична студија за магнетизмот и долго пред Кулон да го измисли торзиониот биланс, кој го користеше за гравиметриски мерења. Во 1783 година тој се обиде да комбинира две одлични креации на tonутн - механика и оптика. Newутн сметал дека светлината е поток од ситни честички. Мишел сугерираше дека светлосните тела, како и обичната материја, ги почитуваат законите на механиката. Последицата од оваа хипотеза се покажа како многу нетривијална - небесните тела можат да се претворат во стапици за светлина.

Како размислуваше Мишел? Топовско оружје испукано од површината на планетата целосно ќе ја надмине својата привлечност само ако неговата почетна брзина ја надмине вредноста што сега се нарекува втора космичка брзина и брзина на бегство. Ако гравитацијата на планетата е толку силна што брзината на бегство ја надминува брзината на светлината, светлосните тела ослободени во зенитот не можат да одат до бесконечност. Истото ќе се случи и со рефлектираната светлина. Следствено, за многу далечен набудувач, планетата ќе биде невидлива. Мишел ја пресмета критичната вредност на радиусот на таква планета R cr во зависност од нејзината маса M, сведена на масата на нашето Сонце M s: R cr = 3 km x M / M s.

Johnон Мишел веруваше во неговите формули и претпоставуваше дека длабочините на вселената кријат многу starsвезди што не можат да се видат од Земјата преку кој било телескоп. Подоцна, големиот француски математичар, астроном и физичар Пјер Симон Лаплас дојде до истиот заклучок, вклучувајќи го и во првото (1796) и второто (1799) издание на неговата Изложба на системот на светот. Но, третото издание беше објавено во 1808 година, кога повеќето физичари веќе ја сметаа светлината за осцилации на етерот. Постоењето на „невидливи“ starsвезди е во спротивност со теоријата за бранови на светлина, а Лаплас смета дека е најдобро да не ги споменува. Во следните времиња, оваа идеја се сметаше за curубопитност, достојна за презентација само во делата за историјата на физиката.

Модел на Шварцшилд

Во ноември 1915 година, Алберт Ајнштајн објави теорија за гравитација, која ја нарече општа теорија на релативноста (ГТР). Ова дело веднаш најде благодарен читател во ликот на неговиот колега од Берлинската академија на науките Карл Шварцшилд. Шварцшилд беше првиот во светот што користеше општа релативност за решавање на специфичен астрофизички проблем, пресметување на метриката простор-време надвор и внатре во не-ротирачко сферично тело (заради конкретност, ќе го наречеме starвезда) На

Од пресметките на Шварцшилд произлегува дека гравитацијата на starвездата не ја нарушува премногу theутновата структура на просторот и времето само ако нејзиниот радиус е многу поголем од истата вредност што ја пресмета Johnон Мишел! Овој параметар прво беше наречен радиус Шварцшилд, а сега се нарекува гравитационен радиус. Според општата релативност, гравитацијата не влијае на брзината на светлината, туку ја намалува фреквенцијата на осцилациите на светлината во ист сооднос како што го забавува времето. Ако радиусот на starвезда е 4 пати поголем од гравитациониот радиус, тогаш протокот на време на неговата површина се забавува за 15%, а просторот добива опиплива искривување. Со двојно вишок, тој се наведнува посилно, а времето го забавува неговото движење за 41%. Кога ќе се достигне гравитациониот радиус, времето на површината на theвездата целосно запира (сите фреквенции се нула, зрачењето е замрзнато, а starвездата згаснува), но искривувањето на просторот таму е с fin уште конечно. Далеку од starвездата, геометријата с still уште останува Евклидова, а времето не ја менува нејзината брзина.

И покрај фактот дека вредностите на гравитациониот радиус за Мишел и Шварцшилд се исти, самите модели немаат ништо заедничко. Во Мишел, просторот и времето не се менуваат, но светлината се забавува. Theвездата, чија големина е помала од нејзиниот гравитационен радиус, продолжува да сјае, но е видлива само за не толку далечен набудувач. За Шварцшилд, брзината на светлината е апсолутна, но структурата на просторот и времето зависи од гравитацијата. Starвезда што паѓа под гравитациониот радиус исчезнува за секој набудувач, каде и да е (поточно, може да се открие со гравитациони ефекти, но во никој случај со зрачење).

Од неверување до афирмација

Шварцшилд и неговите современици веруваа дека такви чудни вселенски објекти не постојат во природата. Самиот Ајнштајн не само што го имаше овој став, туку и погрешно веруваше дека успеал математички да го поткрепи своето мислење.

Во триесеттите години од минатиот век, младиот индиски астрофизичар Чандрасехар докажа дека starвездата што го потрошила нуклеарното гориво ја испушта својата обвивка и се претвора во бело џуџе што полека се лади само ако неговата маса е помала од 1,4 пати поголема од масата на Сонцето. Наскоро Американецот Фриц Цвики претпостави дека експлозиите од супернова произведуваат исклучително густи тела на неутронска материја; подоцна Лев Ландау дојде до истиот заклучок. По работата на Чандрасехар, беше очигледно дека само starsвездите со маса од повеќе од 1,4 сончеви маси можат да подлежат на таква еволуција. Затоа, се наметна природно прашање - дали има горна граница за маса за суперновите што оставаат зад себе неутронски starsвезди?

Кон крајот на 1930 -тите, идниот татко на американската атомска бомба, Роберт Опенхајмер, утврди дека таква граница навистина постои и не надминува неколку сончеви маси. Во тоа време не беше можно да се даде поточна проценка; сега е познато дека масите на неутронските starsвезди мора да бидат во опсег од 1,5-3 M s. Но, дури и од приближните пресметки на Опенхајмер и неговиот дипломиран студент Georgeорџ Волков, следеше дека најмасовните потомци на суперновите не стануваат неутронски starsвезди, туку одат во некоја друга состојба. Во 1939 година, Опенхајмер и Хартланд Снајдер, користејќи идеализиран модел, докажаа дека масивна колапсана starвезда се стега до нејзиниот гравитационен радиус. Од нивните формули, всушност следува дека starвездата не застанува тука, туку коавторите се воздржаа од таков радикален заклучок.

Конечниот одговор беше пронајден во втората половина на 20 век преку напорите на цела галаксија брилијантни теоретски физичари, вклучувајќи ги и советските. Се испостави дека сличен колапс секогашја компресира starвездата "до крај", целосно уништувајќи ја нејзината супстанција. Како резултат на тоа, се јавува сингуларност, „суперконцентрат“ на гравитационото поле, затворен во бескрајно мал волумен. За неподвижна дупка, ова е точка, за ротирачка, прстен. Закривеноста на просторот-време и, следствено, гравитационата сила во близина на сингуларноста тежнее кон бесконечност. На крајот на 1967 година, американскиот физичар Johnон Архибалд Вилер беше првиот што го нарече таков конечен collapseвезден колапс црна дупка. Новиот термин се за inуби во физичарите и ги воодушеви новинарите што го ширеа низ целиот свет (иако на Французите не им се допадна на почетокот, бидејќи изразот trou noir предложи сомнителни асоцијации).

Таму, надвор од хоризонтот

Црна дупка не е материја или зрачење. Со одреден степен на фигуративност, можеме да кажеме дека ова е самоодржливо гравитационо поле, концентрирано во силно искривен регион на просторот-време. Неговата надворешна граница е дефинирана со затворена површина, хоризонт на настани. Ако starвездата не ротирала пред колапсот, оваа површина излегува дека е редовна сфера, чиј радиус се совпаѓа со радиусот на Шварцшилд.

Физичкото значење на хоризонтот е многу јасно. Светлосен сигнал испратен од неговата надворешна околина може да помине бескрајно далеку. Но, сигналите испратени од внатрешниот регион, не само што нема да го преминат хоризонтот, туку неизбежно ќе „паднат“ во сингуларноста. Хоризонтот е просторна граница помеѓу настани што можат да им станат познати на земните (и сите други) астрономи и настани, информации за кои нема да излезат под никакви околности.

Како што треба да биде „според Шварцшилд“, далеку од хоризонтот, привлечноста на дупката е обратно пропорционална со квадратот на растојанието, така што за далечен набудувач се манифестира како обично тешко тело. Покрај масата, дупката го наследува моментот на инерција на срушената starвезда и нејзиниот електричен полнеж. И сите други карактеристики на претходната starвезда (структура, состав, спектрален тип, итн.) Заминуваат во заборав.

Ајде да испратиме сонда до дупката со радио станица, која испраќа сигнал еднаш во секунда за време на одборот. За далечен набудувач, додека сондата се приближува кон хоризонтот, временските интервали помеѓу сигналите ќе се зголемат - во принцип, на неодредено време. Штом бродот ќе го помине невидливиот хоризонт, тој целосно ќе замолчи за светот на „над-дупката“. Сепак, ова исчезнување нема да биде без трага, бидејќи сондата ќе ја даде својата маса, полнење и вртежен момент на дупката.

Зрачење од црна дупка

Сите претходни модели беа изградени исклучиво врз основа на општата релативност. Сепак, нашиот свет е регулиран со законите на квантната механика, кои исто така не ги игнорираат црните дупки. Овие закони ја спречуваат централната сингуларност да се смета за математичка точка. Во квантен контекст, неговиот дијаметар е даден од должината на Планк -Вилер, приближно еднаква на 10 -33 сантиметри. Во оваа област, обичниот простор престанува да постои. Општо е прифатено дека центарот на дупката е исполнет со разновидни тополошки структури кои се појавуваат и умираат во согласност со квантните веројатни закони. Својствата на таквиот квазиран простор што клокоти, кој Вилер го нарече квантна пена, с still уште се слабо разбрани.

Присуството на квантна сингуларност е директно поврзано со судбината на материјалните тела што паѓаат длабоко во црната дупка. Кога се приближувате до центарот на дупката, секој предмет направен од моментално познати материјали ќе биде смачкан и распарчен од приливите сили. Меѓутоа, дури и ако идните инженери и технолози создадат некој вид ултра-силни легури и композити со невидени својства, сите тие се исти осудени да исчезнат: на крајот на краиштата, во зоната на сингуларност нема ниту вообичаено време, ниту вообичаен простор.

Сега размислете за хоризонтот на дупка во квантно механичка лупа. Празниот простор - физичкиот вакуум - всушност воопшто не е празен. Поради квантните флуктуации на различни полиња во вакуум, многу виртуелни честички постојано се раѓаат и уништуваат. Бидејќи гравитацијата е многу силна во близина на хоризонтот, нејзините флуктуации создаваат исклучително силни гравитациони рафали. Кога се забрзуваат во такви полиња, новородените „виртуели“ добиваат дополнителна енергија и понекогаш стануваат нормални честички со долг животен век.

Виртуелните честички секогаш се раѓаат во парови кои се движат во спротивни насоки (ова го бара законот за зачувување на моментумот). Ако гравитационата флуктуација извлече пар честички од вакуумот, може да се случи една од нив да се материјализира надвор од хоризонтот, а втората (античестичката на првата) - внатре. „Внатрешната“ честичка ќе падне во дупката, додека „надворешната“ честичка може да избега под поволни услови. Како резултат на тоа, дупката се претвора во извор на зрачење и затоа ја губи својата енергија и, следствено, маса. Затоа, црните дупки се во основа нестабилни.

Овој феномен се нарекува Хокинг ефект, по извонредниот англиски теоретски физичар кој го откри во средината на 1970-тите. Стивен Хокинг, особено, докажа дека хоризонтот на црна дупка емитува фотони на ист начин како апсолутно црно тело загреано на температура од T = 0,5 x 10 –7 x M s / M. Од ова следува дека како што дупката станува потенка, нејзината температура се зголемува и „испарувањето“ природно се зголемува. Овој процес е исклучително бавен, а животниот век на дупката со маса М е околу 10 65 x (M / M s) 3 години. Кога нејзината големина станува еднаква на должината на Планк-Вилер, дупката станува нестабилна и експлодира, ослободувајќи ја истата енергија како и истовремената експлозија на милион водородни бомби од десет мегатони. Необично, масата на дупката во времето на нејзиното исчезнување е с quite уште доста голема, 22 микрограми. Според некои модели, дупката не исчезнува без трага, туку остава зад себе стабилна реликвија со иста маса, таканаречен максимон.

Максимоне роден пред 40 години - како термин и како физичка идеја. Во 1965 година, академик М.А. Марков сугерираше дека постои горна граница за масата на елементарни честички. Тој предложи да се разгледа оваа ограничувачка вредност димензионалноста на масата, која може да се комбинира од три основни физички константи - константата h на Планк, брзината на светлината C и гравитационата константа G (за оние кои сакаат детали: за да го направите ова, треба да помножете ги h и C, поделете го резултатот со G и извлечете го квадратниот корен). Ова се истите 22 микрограми споменати во статијата, оваа вредност се нарекува Планк -маса. Истите константи може да се искористат за конструирање количина со димензија на должина (ќе излезе планк -Вилер должина, 10 -33 см) и со димензија на време (10 -43 сек).
Марков отиде подалеку во своето расудување. Според неговите хипотези д, испарувањето на црната дупка доведува до формирање на "сув остаток" - максимон. Марков таквите структури ги нарече елементарни црни дупки. До кој степен оваа теорија одговара на реалноста, с still уште е отворено прашање. Во секој случај, аналози на Маркови максимони се оживеани во некои модели на црни дупки базирани на теоријата за супер -жици.

Длабочини на просторот

Црните дупки не се забранети со физичките закони, но дали постојат во природата? Апсолутно ригорозни докази за присуство на барем еден таков објект во вселената с yet уште не се пронајдени. Сепак, многу е веројатно дека blackвездените црни дупки се извори на Х-зраци во некои бинарни. Ова зрачење треба да настане поради вшмукување на атмосферата на обична starвезда од гравитационото поле на соседната дупка. Додека гасот се движи кон хоризонтот на настаните, тој силно се загрева и емитува кванти на Х-зраци. Не помалку од дваесетина извори на Х-зраци сега се сметаат за соодветни кандидати за улогата на црните дупки. Покрај тоа, податоците од statisticsвездената статистика сугерираат дека има околу десет милиони дупки од larвездено потекло само во нашата Галаксија.

Црни дупки може да се формираат и во процесот на гравитационо задебелување на материјата во галактичките јадра. Така се појавуваат гигантски дупки со маса од милиони и милијарди сончеви маси, кои, по секоја веројатност, постојат во многу галаксии. Очигледно, во центарот на Млечниот Пат, покриен со облаци од прашина, има дупка со маса од 3-4 милиони сончеви маси.

Стивен Хокинг дојде до заклучок дека црните дупки со произволна маса може да се родат веднаш по Големата експлозија, што го создаде нашиот Универзум. Основните дупки со тежина до милијарда тони веќе испарија, но потешките сега можат да се сокријат во длабочините на вселената и, во догледно време, да организираат космички огномет во форма на моќни рафали на гама зрачење. Меѓутоа, такви експлозии досега не биле забележани.

Фабрика за црни дупки

Дали е можно честичките во забрзувачот да се забрзаат до толку висока енергија и дека нивниот судир ќе создаде црна дупка? На прв поглед, оваа идеја е едноставно луда - експлозијата на дупката ќе го уништи целиот живот на Земјата. Покрај тоа, тоа не е технички изводливо. Ако минималната маса на дупката е навистина еднаква на 22 микрограми, тогаш во енергетските единици е 10 28 електрони-волти. Овој праг е за 15 реда по големина поголем од можностите на најмоќниот забрзувач во светот, Големиот хадронски судирач (LHC), кој ќе биде лансиран во ЦЕРН во 2007 година.

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

Сепак, можно е стандардната проценка на минималната маса на дупката да е значително преценета. Во секој случај, тоа го велат физичарите кои ја развиваат теоријата за супер -жици, која ја вклучува квантната теорија за гравитација (иако далеку од целосна). Според оваа теорија, просторот нема три димензии, туку најмалку девет. Не ги забележуваме дополнителните димензии, бидејќи тие се враќаат назад во толку мали размери што нашите инструменти не можат да ги согледаат. Меѓутоа, гравитацијата е сеприсутна и таа продира во скриените димензии. Во тродимензионален простор, силата на гравитацијата е обратно пропорционална со квадратот на растојанието, а во деветдимензионалниот простор-до осмиот степен. Затоа, во мултидимензионален свет, силата на гравитационото поле со намалување на растојанието се зголемува многу побрзо отколку во тродимензионалното. Во овој случај, должината на Планк се зголемува многу пати, а минималната маса на дупката нагло опаѓа.

Теоријата на жици предвидува дека црна дупка со маса од само 10-20 g може да се роди во деветдимензионален простор. Пресметаната релативистичка маса на протони забрзана во супер акцелераторот ЦЕРН е приближно иста. Според најоптимистичкото сценарио, ќе може да произведува по една дупка секоја секунда, која ќе живее околу 10-26 секунди. Во процесот на неговото испарување, ќе се родат сите видови елементарни честички, што ќе биде лесно да се регистрираат. Исчезнувањето на дупката ќе доведе до ослободување на енергија и, што не е доволно дури и да се загрее еден микрограм вода по илјадити степен. Затоа, постои надеж дека LHC ќе се претвори во фабрика за безопасни црни дупки. Ако овие модели се точни, тогаш таквите дупки ќе можат да регистрираат нова генерација орбитални детектори за космички зраци.

Сето погоре се однесува на стационарни црни дупки. Во меѓувреме, има ротирачки дупки со еден куп интересни својства. Резултатите од теоретската анализа на зрачењето на црните дупки, исто така, доведоа до сериозно преиспитување на концептот на ентропија, што исто така заслужува посебна дискусија.

Вселенски супер замаец

Статичките електрично неутрални црни дупки, за кои зборувавме, воопшто не се типични за реалниот свет. Starsвездите што се распаѓаат имаат тенденција да се вртат и исто така може да бидат електрично наполнети.

Теорема за ќелава глава

Gиновски дупки во галактичките јадра, по секоја веројатност, се формираат од примарните центри за гравитациона кондензација - единствена „пост stвездена“ дупка или неколку дупки што се споиле како резултат на судири. Ваквите микробни дупки ги проголтуваат блиските starsвезди и меѓуelвездениот гас и со тоа ја размножуваат нивната маса. Материјата што паѓа под хоризонтот, повторно, има и електрично полнење (честичките од вселенскиот гас и прашината лесно се јонизираат) и ротационен момент (падот се случува со пресврт, во спирала). Во секој физички процес, моментот на инерција и полнење се зачувани, и затоа е природно да се претпостави дека формирањето на црни дупки не е исклучок.

Но, точно е и уште посилна изјава, чиј конкретен случај беше формулиран во првиот дел од статијата (види А. Левин, Неверојатна историја на црни дупки, „Популарна механика“ бр. 11, 2005). Какви и да биле предците на макроскопската црна дупка, таа добива од нив само маса, момент на ротација и електрично полнење. Според Johnон Вилер, „црната дупка нема коса“. Би било поправилно да се каже дека не повеќе од три „влакна“ висат од хоризонтот на која било дупка, што беше докажано со комбинираните напори на неколку теоретски физичари во 1970 -тите. Точно, во дупката мора да се зачува и магнетно полнење, чии хипотетички носители, магнетни монополи, ги предвиде Пол Дирак во 1931 година. Сепак, овие честички с yet уште не се пронајдени, и рано е да се зборува за четвртата „коса“. Во принцип, може да има дополнителни „влакна“ поврзани со квантни полиња, но во макроскопска дупка тие се целосно невидливи.

А сепак тие се вртат

Ако се наполни статична starвезда, метриката за просторно време ќе се промени, но хоризонтот на настаните сепак ќе остане сферичен. Сепак, elвездените и галактичките црни дупки, од повеќе причини, не можат да носат големо полнење, затоа, од гледна точка на астрофизиката, овој случај не е многу интересен. Но, ротацијата на дупката повлекува посериозни последици. Прво, обликот на хоризонтот се менува. Центрифугалните сили го притискаат по должината на оската на ротација и го истегнуваат во екваторијалната рамнина, така што сферата се трансформира во нешто како елипсоид. Во суштина, истото се случува со хоризонтот како и со секое ротирачко тело, особено со нашата планета - на крајот на краиштата, екваторијалниот радиус на Земјата е 21,5 километри подолг од поларниот. Второ, ротацијата ги намалува линеарните димензии на хоризонтот. Потсетете се дека хоризонтот е интерфејс помеѓу настани што можат или не смеат да испраќаат сигнали до далечните светови. Ако гравитацијата на дупката плени светлосни кванти, тогаш центрифугалните сили, напротив, придонесуваат за нивно бегство во вселената. Затоа, хоризонтот на ротирачка дупка треба да се наоѓа поблиску до неговиот центар отколку хоризонтот на статична starвезда со иста маса.

Но, тоа не е се. Дупката во нејзината ротација го носи околниот простор. Во непосредна близина на дупката, привлечноста е завршена; на периферијата, постепено слабее. Затоа, хоризонтот на дупката е потопен во посебен регион на просторот - ергосферата. Границата на ергосферата го допира хоризонтот на половите и се движи најдалеку од него во екваторијалната рамнина. На оваа површина, брзината на влечење на просторот е еднаква на брзината на светлината; внатре во него, таа е поголема од брзината на светлината, а надвор е помала. Затоа, секое материјално тело, било да е молекула на гас, честичка космичка прашина или извидничка сонда, кога ќе влезе во ергосферата, неизбежно почнува да ротира околу дупката, и во иста насока како и самата.

Starвездени генератори

Присуството на ергосферата, во принцип, овозможува дупката да се користи како извор на енергија и. Нека некој предмет навлезе во ергосферата и таму да се распадне на два фрагменти. Можеби ќе испадне дека еден од нив ќе падне под хоризонтот, а другиот ќе ја напушти ергосферата, а неговата кинетичка енергија ќе ја надминам почетната енергија на целото тело! Ергосферата, исто така, има способност да го засили електромагнетното зрачење што паѓа врз него и се расфрла назад во вселената (овој феномен се нарекува суперрадијација).

Сепак, законот за зачувување на енергија и непоколебливи - машини за вечно движење не постојат. Кога дупката ја храни честичката или енергијата на зрачење, сопствената ротациона енергија се намалува. Вселенскиот супер замаец постепено се забавува, па дури и може да застане на крајот. Се пресметува дека на овој начин е можно да се претвори во енергија до 29% од масата на дупката. Само уништувањето на материјата и антиматеријата е поефикасно од овој процес, бидејќи во овој случај масата е целосно претворена во зрачење. Но, сончевото термонуклеарно гориво изгорува со многу помала ефикасност - околу 0,6%.

Следствено, црната дупка која брзо ротира е речиси идеален генератор на енергија за космички суперцивилизации (доколку, се разбира, постојат такви). Во секој случај, природата го користи овој ресурс од памтивек. Квазарите, најмоќните вселенски „радио станици“ (извори на електромагнетни бранови), се хранат со енергија на џиновски ротирачки дупки лоцирани во јадрата на галаксиите. Оваа хипотеза беше изнесена од Едвин Салпетер и Јаков Зелдович уште во 1964 година, и оттогаш стана општо прифатена. Материјалот што се приближува до дупката формира структура слична на прстен, таканаречен диск за аккреција. Бидејќи просторот во близина на дупката е силно извртен со неговата ротација, внатрешната зона на дискот се држи во екваторијалната рамнина и полека се населува кон хоризонтот на настанот. Гасот во оваа зона е силно загреан со внатрешно триење и генерира инфрацрвени зраци, светлина, ултравиолетови и Х-зраци, а понекогаш дури и гама кванти. Квазарите исто така емитуваат не-термичка радио емисија, што главно се должи на синхротронскиот ефект.

Многу површна ентропија

Теоремата за ќелави дупки крие многу подмолна замка. Starвезда што се распаѓа е топка од претопол гас компресирана од гравитационите сили. Колку е поголема густината и температурата на plasmaвездената плазма, толку е помал ред и поголем хаос во неа. Степенот на хаос се изразува со многу специфична физичка количина - ентропија. Со текот на времето, ентропијата на секој изолиран објект се зголемува - ова е суштината на вториот закон за термодинамика. Ентропијата на theвездата пред почетокот на колапсот е забрането висока, а ентропијата на дупката се чини дека е исклучително мала, бидејќи се потребни само три параметри за недвосмислен опис на дупката. Дали е прекршен вториот закон за термодинамика за време на гравитациониот колапс?

Зарем не може да се претпостави дека кога aвездата се претвора во супернова, нејзината ентропија се занесува заедно со исфрлената школка? За жал не. Прво, масата на пликот не може да се спореди со масата на theвездата, затоа, загубата на ентропија ќе биде мала. Второ, лесно е да се дојде до уште поубедливо ментално „побивање“ на вториот закон за термодинамика. Нека телото со нула температура и некој вид ентропија падне во зоната на привлекување на готова дупка. Откако падна под хоризонтот на настани, ќе исчезне заедно со резервите за ентропија, а ентропијата на дупката, најверојатно, воопшто нема да се зголеми. Постои искушение да се тврди дека ентропијата на вонземјанинот не исчезнува, туку се пренесува во внатрешноста на дупката, но ова е само вербален трик. Законите на физиката се исполнети во свет достапен за нас и нашите инструменти, а областа под хоризонтот на настани за секој надворешен набудувач е terra incognita.

Овој парадокс го реши дипломираниот студент на Вилер, Јаков Бекенштајн. Термодинамиката има многу моќен интелектуален ресурс - теоретска студија за идеални топлински мотори. Бекенштајн излезе со ментален уред кој ја претвора топлината во корисна работа користејќи црна дупка како грејач. Користејќи го овој модел, тој ја пресмета ентропијата на црната дупка, што се покажа како пропорционално со областа на хоризонтот на настани... Оваа област е пропорционална со квадратот на радиусот на дупката, што, потсетиме, е пропорционално со неговата маса. Кога ќе се фати некој надворешен објект, масата на дупката се зголемува, радиусот се продолжува, површината на хоризонтот се зголемува и, соодветно, се зголемува ентропијата. Пресметките покажаа дека ентропијата на дупката што проголтала туѓ објект ја надминува вкупната ентропија на овој објект и дупката пред да се сретнат. Слично на тоа, ентропијата на starвездата што се распаѓа е многу поредок помала од ентропијата на наследничката дупка. Всушност, од образложението на Бекенштајн следува дека површината на дупката има нула температура и затоа мора едноставно да испушта топлински фотони (и, доколку се загреат доволно, и други честички, исто така). Сепак, Бекенштајн не се осмели да оди толку далеку (овој чекор го направи Стивен Хокинг).

До што дојдовме? Рефлексиите за црните дупки не само што го оставаат непоколеблив вториот закон за термодинамика, туку и овозможуваат збогатување на концептот на ентропија. Ентропијата на обичното физичко тело е повеќе или помалку пропорционална со нејзиниот волумен, а ентропијата на дупката е пропорционална со површината на хоризонтот. Може ригорозно да се докаже дека е поголема од ентропијата на кој било материјален објект со исти линеарни димензии. Тоа значи дека максимументропијата на затворената област на просторот е одредена исклучиво од површината на нејзината надворешна граница! Како што можеме да видиме, теоретската анализа на својствата на црните дупки овозможува да се извлечат многу длабоки заклучоци од општа физичка природа.

Гледајќи во длабочините на универзумот

Како се спроведува потрагата по црни дупки во длабочините на вселената? Ова прашање Популарната механика му го постави на познатиот астрофизичар, професорот на Универзитетот Харвард, Рамеш Нарајан.

„Откривањето на црните дупки треба да се смета за едно од најголемите достигнувања на модерната астрономија и астрофизика. Во последните децении, илјадници извори на Х-зраци се идентификувани во вселената, од кои секоја се состои од нормална starвезда и многу мал неосветлен објект опкружен со акреционен диск. Темните тела, со маси кои се движат од една и пол до три сончеви маси, најверојатно се неутронски starsвезди. Меѓутоа, меѓу овие невидливи објекти има најмалку дваесетина практично сто проценти кандидати за улогата на црна дупка. Покрај тоа, научниците постигнаа консензус дека има најмалку две гигантски црни дупки што демнат во галактичките јадра. Еден од нив се наоѓа во центарот на нашата Галаксија; според минатогодишното објавување на астрономи од САД и Германија, неговата маса е 3,7 милиони сончеви маси (М). Пред неколку години, моите колеги од астрофизичкиот центар Харвард-Смитсонијан Jamesејмс Моран и Линколн Гринхил дадоа голем придонес за мерење на дупката во центарот на галаксијата Сејферт NGC 4258, која повлече 35 милиони метри с. По голема веројатност, јадрата на многу галаксии содржат дупки со маса од милион до неколку милијарди М с.

Досега, не постои начин да се поправи навистина уникатен потпис на црна дупка од Земјата - присуство на хоризонт на настани. Сепак, ние веќе знаеме како да се увериме во неговото отсуство. Радиусот на неутронската starвезда е 10 километри; ист ред на големина и радиус на дупки родени како резултат на collapseвезден колапс. Сепак, неутронска starвезда има тврда површина, додека дупката ја нема. Падот на материјата на површината на неутронска starвезда повлекува термонуклеарни експлозии, кои генерираат периодични експлозии на Х-зраци од второ времетраење. И кога гасот ќе стигне до хоризонтот на црната дупка, тој оди под неа и не се манифестира во никакво зрачење. Затоа, отсуството на кратки блесоци на Х-зраци е моќна потврда за природата на дупката на објектот. Сите дваесетина бинарни системи, најверојатно содржат црни дупки, не испуштаат такви ракети.

Мора да се признае дека сега сме принудени да се задоволиме со негативни докази за постоење на црни дупки. Објектите што ги прогласуваме за дупки не можат да бидат ништо друго од гледна точка на општо прифатените теоретски модели. Со други зборови, ние ги сметаме за дупки само затоа што не можеме разумно да ги сметаме за нешто друго. Се надеваме дека следните генерации астрономи ќе бидат малку повеќе среќни “.

На зборовите на професорот Нарајан, можеме да додадеме дека астрономите одамна веруваат во реалноста за постоење на црни дупки. Историски гледано, првиот сигурен кандидат за оваа позиција беше темниот сателит на многу светлиот сино суперџин HDE 226868, оддалечен 6500 светлосни години од нас. Откриено е во раните 1970-ти во бинарниот систем на Х-зраци Cygnus X-1. Според најновите податоци, неговата маса е околу 20 M s. Вреди да се напомене дека на 20 септември оваа година беа објавени податоци кои речиси целосно ги отфрлија сомнежите за реалноста на друга дупка од галактички размери, за чие постоење астрономите првпат се посомневаа пред 17 години. Се наоѓа во центарот на галаксијата М31, попозната како маглина Андромеда. Галакси М31 е многу стар, стар околу 12 милијарди години. Дупката е исто така прилично голема - 140 милиони сончеви маси. До есента 2005 година, астрономите и астрофизичарите конечно беа убедени во постоењето на три супермасивни црни дупки и уште десетина нивни поскромни придружници.

Пресуда на теоретичарите

Популарната механика, исто така, успеа да разговара со двајца од најавторитетните експерти за теоријата на гравитацијата, кои посветиле децении истражувања во областа на црните дупки. Ги замоливме да ги наведат најважните достигнувања во оваа област. Еве што ни кажа Кип Торн, професор по теоретска физика на Технолошкиот институт во Калифорнија:

„Ако зборуваме за макроскопски црни дупки, кои се добро опишани со равенките на општата релативност, тогаш во областа на нивната теорија, главните резултати се добиени во 60-80-тите години на XX век. Во однос на неодамнешната работа, најинтересното од нив овозможи подобро разбирање на процесите што се случуваат во црната дупка како што старее. Во последниве години, значително внимание се посветува на моделите на црни дупки во повеќедимензионални простори, кои природно се појавуваат во теоријата на жици. Но, овие студии веќе не се поврзани со класичните, туку со квантните дупки кои с yet уште не се откриени. Главниот резултат на последните години е многу убедлива астрофизичка потврда за реалноста за постоење дупки со маса од неколку сончеви маси, како и супермасивни дупки во центрите на галаксиите. Денес веќе нема сомневање дека овие дупки навистина постојат и дека добро ги разбираме процесите на нивното формирање “.

На истото прашање одговори студент на академик Марков, професор на Универзитетот во канадската провинција Алберт Валери Фролов:

„Како прво, би го нарекол откривањето на црна дупка во центарот на нашата галаксија. Исто така, многу се интересни теоретски студии за дупки во простори со дополнителни димензии, од кои следи можноста за раѓање на дупки во експериментите на забрзувачи на судири и во процесите на интеракција на космичките зраци со копнената материја. Неодамна, Стивен Хокинг испрати препечаток на делото, од кое произлегува дека термичкото зрачење од црна дупка целосно враќа информации за надворешниот свет за состојбата на објектите што паднале под нејзиниот хоризонт. Претходно, тој веруваше дека оваа информација неповратно исчезнува, но сега дојде до спротивен заклучок. Како и да е, мора да се нагласи дека овој проблем конечно може да се реши само врз основа на квантната теорија за гравитација, која с yet уште не е изградена “.

Работата на Хокинг заслужува посебен коментар. Од општите принципи на квантната механика, произлегува дека ниту една информација не исчезнува без трага, туку можеби преминува во помалку „читлива“ форма. Сепак, црните дупки неповратно ја уништуваат материјата и, очигледно, исто толку грубо се справуваат со информациите. Во 1976 година Хокинг објави напис каде овој заклучок беше поддржан од математички апарат. Некои теоретичари се согласија со него, некои не; особено, теоретичарите на жици веруваа дека информациите се неуништливи. Хокинг минатото лето на конференција во Даблин рече дека информациите се уште се чуваат и ја напуштаат површината на испарувачката дупка заедно со топлинското зрачење. На оваа средба, Хокинг презентираше само дијаграм за неговите нови пресметки, ветувајќи дека ќе ги објави во целост со текот на времето. И сега, како што рече Валери Фролов, ова дело стана достапно како предпечат.

Конечно, побаравме од професорот Фролов да објасни зошто смета дека црните дупки се еден од најфантастичните пронајдоци на човечката интелигенција.

„Астрономите долго време откриваат објекти за кои не беа потребни суштински нови физички идеи за да се разберат. Ова се однесува не само за планетите, starsвездите и галаксиите, туку и за егзотичните тела како што се белите џуџиња и неутронските starsвезди. Но, црната дупка е нешто сосема поинакво, таа е пробив во непознатото. Некој рече дека нејзината внатрешност е најдоброто место за сместување на подземјето. Проучувањето на дупките, особено сингуларитетите, едноставно ја принудува употребата на такви нестандардни концепти и модели за кои, до неодамна, практично не се зборуваше во физиката - на пример, квантната гравитација и теоријата на жици. Тука се појавуваат многу проблеми кои се невообичаени за физиката, дури и болни, но, како што сега е јасно, се апсолутно реални. Затоа, проучувањето на дупките постојано бара фундаментално нови теоретски пристапи, вклучително и оние што се на работ на нашето знаење за физичкиот свет “.

Помеѓу Французите и Британците, понекогаш постои полу -шега, а понекогаш и сериозна полемика: кој треба да се смета за откривач на можноста за постоење на невидливи starsвезди - Французинот П.Лаплас или Англичанецот Ј.Мишел? Во 1973 година, познатите британски теоретски физичари С. Хокинг и Г. Елис, во книга посветена на современите специјални математички прашања за структурата на просторот и времето, ја наведоа работата на Французинот П. Лаплас со доказ за можноста за постоење на црни starsвезди; тогаш работата на Micеј Мишел с yet уште не беше позната. Во есента 1984 година, познатиот англиски астрофизичар М Рајс, зборувајќи на конференција во Тулуз, рече дека иако не е многу погодно да се зборува на територијата на Франција, тој мора да нагласи дека Англичанецот J.еј Мишел беше првиот што предвиде невидливи starsвезди и покажа слика од првата страница од неговата соодветна работа. Оваа историска забелешка беше поздравена со аплауз и насмевки од публиката.

Како да не се потсетиме на дискусиите меѓу Французите и Британците за тоа кој ја предвидел позицијата на планетата Нептун врз основа на нарушувањата во движењето на Уран: Французинот В. Ле Вериер или Англичанецот Ј. Адамс? Како што знаете, и двајцата научници независно правилно ја посочија позицијата на новата планета. Тогаш Французинот В. Ле Вериер имаше повеќе среќа. Ова е судбината на многу откритија. Честопати тие се прават скоро истовремено и независно од различни луѓе.Обично, приоритет им се дава на оние кои навлегле подлабоко во суштината на проблемот, но понекогаш ова се само каприц на богатство.

Но, предвидливоста на П. Лаплас и Ј.Мичил с yet уште не беше вистинско предвидување на црна дупка. Зошто?

Факт е дека во времето на Лаплас с yet уште не беше познато дека ништо не може да се движи побрзо од светлината во природата. Невозможно е да се престигне светлината во празнина! Ова е воспоставено од Ајнштајн во специјалната теорија на релативноста веќе во нашиот век. Затоа, за П. Лаплас, theвездата за која размислуваше беше само црна (не-светлечка) и не можеше да знае дека таквата starвезда ја губи способноста воопшто да „комуницира“ со надворешниот свет, да „комуницира“ с anything далечни светови за настаните што се случуваат на него. ... Со други зборови, тој с yet уште не знаеше дека тоа не е само „црна“, туку и „дупка“ во која може да падне, но беше невозможно да се излезе. Сега знаеме дека ако светлината не може да излезе од одредена област на просторот, тогаш тоа значи дека ништо воопшто не може да излезе, и ние таков објект го нарекуваме црна дупка.

Друга причина зошто расудувањето на Лаплас не може да се смета за ригорозно е тоа што тој ги сметаше гарвитационите полиња со огромна сила, во кои телата што паѓаат се забрзуваат до брзината на светлината, а самата светлина што излегува може да се одложи, и во исто време го примени законот на гравитацијата Newутн.

А. Ајнштајн покажа „дека за таквите полиња теоријата на гравитацијата на tonутн е неприменлива и создаде нова теорија која важи за суперсилни, како и за брзо менување полиња (за кои теоријата на tonутн исто така е неприменлива!), И. ја нарече општа теорија на релативноста. Заклучоците од оваа теорија мора да се искористат за да се докаже можноста за постоење на црни дупки и да се проучат нивните својства.

Општата релативност е неверојатна теорија. Тој е толку длабок и тенок што предизвикува чувство на естетско задоволство кај секој што се запознава со него. Советските физичари Л. Ландау и Е. Лифшитс во нивниот учебник „Теорија на поле“ го нарекоа „најубава од сите постоечки физички теории“. Германскиот физичар Макс Борн за откривањето на теоријата на релативноста рече: „Му се восхитувам како уметничко дело“. И советскиот физичар В. Гинзбург напиша дека предизвикува „... чувство ... слично на она што се доживува кога се гледаат најистакнатите ремек -дела на сликарството, скулптурата или архитектурата“.

Бројни обиди за популарна експозиција на теоријата на Ајнштајн, се разбира, можат да дадат општ впечаток за тоа. Но, да бидам искрен, тоа е исто како задоволството да се знае самата теорија, бидејќи запознавањето со репродукцијата на „Систинската мадона“ се разликува од искуството што произлегува кога се разгледува оригиналот создаден од генијалецот на Рафаел.

И покрај тоа, кога не постои можност да се восхитувате на оригиналот, можно е (и потребно!) Да се ​​запознаете со достапните репродукции, подобри добри (и ги има сите видови).

Новиков И.Д.

На 10 април, група астрофизичари од проектот „Телескоп Хоризонт на настани“ ја објавија првата слика од црна дупка. Овие гигантски, но невидливи вселенски објекти с still уште се едни од најмистериозните и најинтригантните во нашиот универзум.

Прочитајте подолу

Што е тоа црна дупка?

Црна дупка е објект (регион во просторот-време) чија гравитација е толку голема што ги привлекува сите познати објекти, вклучувајќи ги и оние што се движат со брзина на светлината. Квантите на самата светлина, исто така, не можат да го напуштат овој регион, така што црната дупка е невидлива. Можете да набудувате само електромагнетни бранови, зрачење и нарушувања на просторот околу црната дупка. Објавениот телескоп „Хоризонт на настани“ го прикажува хоризонтот на настаните на црната дупка - работ на регионот на супер -гравитација врамен со акреционен диск - прозрачна материја која е „вшмукана“ од дупката.

Терминот „црна дупка“ се појави во средината на XX век, воведен од американскиот теоретски физичар Johnон Архибалд Вилер. Тој првпат го употреби овој термин на научна конференција во 1967 година.

Сепак, претпоставките за постоењето на објекти толку масивни што дури и светлината не може да ја надмине силата на нивната гравитација, беа изнесени уште во 18 век. Современата теорија за црни дупки започна да се формира во рамките на општата релативност. Интересно е што самиот Алберт Ајнштајн не веруваше во постоењето на црни дупки.

Од каде потекнуваат црните дупки?

Научниците веруваат дека црните дупки се од различно потекло. Масивните starsвезди стануваат црна дупка на крајот од нивниот живот: во текот на милијарди години, составот на гасовите и температурата во нив се менуваат, што доведува до нерамнотежа помеѓу гравитацијата на starвездата и притисокот на топлите гасови. Тогаш theвездата се распаѓа: нејзиниот волумен се намалува, но, бидејќи масата не се менува, густината се зголемува. Типична blackвездена маса црна дупка има радиус од 30 километри и густина од повеќе од 200 милиони тони на кубен сантиметар. За споредба: за Земјата да стане црна дупка, нејзиниот радиус мора да биде 9 милиметри.

Постои и друг вид црна дупка - супермасивни црни дупки кои ги формираат јадрата на повеќето галаксии. Нивната маса е милијарда пати поголема од масата на elвездени црни дупки. Потеклото на супермасивните црни дупки е непознато, се претпоставува дека тие некогаш биле blackвездени маси црни дупки што растеле, проголтувајќи други starsвезди.

Исто така, постои контроверзна идеја за постоење на исконски црни дупки, што може да се појави од компресија на која било маса на почетокот на универзумот. Покрај тоа, постои претпоставка дека многу мали црни дупки со маса блиска до масата на елементарните честички се формираат кај Големиот хадронски судир. Сепак, сеуште нема потврда за оваа верзија.

Дали црната дупка ќе ја проголта нашата галаксија?

Во центарот на галаксијата Млечен Пат има црна дупка - Стрелец А *. Неговата маса е четири милиони пати поголема од масата на Сонцето, а нејзината големина - 25 милиони километри - е приближно еднаква на дијаметарот на 18 сонца. Таквата скала предизвикува чудење: дали црната дупка не ја загрозува целата наша галаксија? Не само писателите на научна фантастика имаат основа за такви претпоставки: пред неколку години, научниците објавија за галаксијата W2246-0526, која се наоѓа 12,5 милијарди светлосни години од нашата планета. Според описот на астрономите, лоциран во центарот на W2246-0526, супермасивна црна дупка постепено ја распарчува, а како резултат на зрачењето се забрзува во сите насоки блескаво џиновски облаци гас. Распарчена од црна дупка, галаксијата сјае посветла од 300 трилиони сонца.

Сепак, нашата домашна галаксија не е загрозена од ништо од овој вид (барем на краток рок). Повеќето предмети на Млечниот Пат, вклучувајќи го и Сончевиот систем, се премногу далеку од црна дупка за да го почувствуваат неговото повлекување. Покрај тоа, „нашата“ црна дупка не го вшмукува целиот материјал, како правосмукалка, туку делува само како гравитационо сидро за група starsвезди во орбитата околу неа - како Сонцето за планетите.

Меѓутоа, дури и ако некогаш излеземе од хоризонтот на настани на црна дупка, тогаш, најверојатно, нема ни да го забележиме.

Што се случува ако „паднете“ во црна дупка?

Објект привлечен од црна дупка, најверојатно, нема да може да се врати оттаму. За да ја надминете гравитацијата на црната дупка, треба да развиете брзина поголема од брзината на светлината, но човештвото с yet уште не знае како да го направи ова.

Гравитационото поле околу црната дупка е многу силно и нехомогено, така што сите објекти во негова близина ја менуваат формата и структурата. Страната на објектот што е поблиску до хоризонтот на настани се привлекува со поголема сила и паѓа со поголемо забрзување, па целиот објект се протега, станувајќи како макарони. Овој феномен е опишан во неговата книга „Кратка историја на времето“ од познатиот теоретски физичар Стивен Хокинг. Дури и пред Хокинг, астрофизичарите овој феномен го нарекоа шпагетификација.

Ако ја опишеме спагетизацијата од гледна точка на астронаут кој прво полетал до нозете на црна дупка, тогаш гравитационото поле ќе ги затегне нозете, а потоа ќе го истегне и искине телото, претворајќи го во поток на субатомски честички.

Невозможно е да се види пад во црна дупка однадвор, бидејќи апсорбира светлина. Надворешниот набудувач само ќе види дека објектот што се приближува до црна дупка постепено се забавува, а потоа целосно застанува. После тоа, силуетата на објектот ќе станува с and повеќе заматена, ќе добие црвена боја и конечно ќе исчезне засекогаш.

Според претпоставката на Стивен Хокинг, сите објекти што се привлечени од црната дупка остануваат во хоризонтот на настани. Од теоријата на релативноста, следува дека во близина на црна дупка времето забавува додека не застане, така што за некој што паѓа, падот во црна дупка самиот никогаш не може да се случи.

Што има внатре?

Од очигледни причини, сега нема сигурен одговор на ова прашање. Сепак, научниците се согласуваат дека законите на физиката на кои сме навикнати повеќе не важат во црната дупка. Според една од највозбудливите и најегзотични хипотези, континуумот простор-време околу црната дупка е толку искривен што во самата реалност се формира дупка, која би можела да биде портал кон друг универзум-или таканаречената црвја дупка.

Црни дупки: најмистериозните објекти во универзумот

Поради релативно неодамнешното зголемување на интересот за снимање на популарни научни филмови на тема истражување на вселената, модерниот гледач има слушнато многу за феномени како сингуларноста или црната дупка. Сепак, филмовите, очигледно, не ја откриваат целата природа на овие појави, а понекогаш дури и ги искривуваат конструираните научни теории за поголема ефикасност. Поради оваа причина, идејата на многу современи луѓе за овие феномени е или целосно површна или целосно погрешна. Едно од решенијата за проблемот е овој напис, во кој ќе се обидеме да ги разбереме постојните резултати од истражувањето и да одговориме на прашањето - што е тоа црна дупка?

Во 1784 година, англискиот свештеник и натуралист Johnон Мишел првпат спомна во писмо до Кралското друштво некои хипотетички масивни тела кои имаат толку силна гравитациона привлечност што втората космичка брзина за него ќе ја надмине брзината на светлината. Втората космичка брзина е брзината што ќе му треба на релативно мал објект за да ја надмине гравитационата привлечност на небесното тело и да ја надмине затворената орбита околу ова тело. Според неговите пресметки, тело со густина на Сонцето и радиус од 500 сончеви радиуси ќе има на својата површина втора космичка брзина еднаква на брзината на светлината. Во овој случај, дури и светлината нема да ја напушти површината на таквото тело, и затоа ова тело само ќе ја апсорбира влезната светлина и ќе остане невидливо за набудувачот - еден вид црна дамка наспроти позадината на темниот простор.

Сепак, концептот на Мишел за супермасивно тело не привлече голем интерес, с the до работата на Ајнштајн. Да потсетиме дека второто ја дефинираше брзината на светлината како ограничувачка брзина на пренос на информации. Покрај тоа, Ајнштајн ја прошири теоријата за гравитација за брзини блиски до брзината на светлината (). Како резултат на тоа, повеќе не беше релевантно да се примени Newутновата теорија за црните дупки.

Ајнштајновата равенка

Како резултат на примена на општата релативност на црните дупки и решавање на Ајнштајновите равенки, беа откриени главните параметри на црната дупка, од кои има само три: маса, електричен полнеж и аголен импулс. Треба да се забележи значајниот придонес на индискиот астрофизичар Субраманијан Чандрасехар, кој создаде фундаментална монографија: „Математичката теорија на црните дупки“.

Така, решението на Ајнштајновите равенки е претставено со четири опции за четири можни типови црни дупки:

• БХ без ротација и без полнење - решение на Шварцшилд. Еден од првите описи на црна дупка (1916) користејќи ги равенките на Ајнштајн, но без да се земат предвид два од трите параметри на телото. Решението на германскиот физичар Карл Шварцшилд овозможува да се пресмета надворешното гравитационо поле на сферично масивно тело. Особеноста на концептот на БХ од германскиот научник е присуството на хоризонт на настани и оној што се крие зад него. Исто така, Шварцшилд беше првиот што го пресмета гравитациониот радиус, кој го доби неговото име, што го одредува радиусот на сферата на која ќе се наоѓа хоризонтот на настани за тело со дадена маса.
• БХ без ротација со полнење - Рајснер -Нордстром решение. Решение изнесено во 1916-1918 година, земајќи го предвид можното електрично полнење на црната дупка. Ова полнење не може да биде големо колку што сакате и е ограничено поради електричната одбивност. Вториот треба да се компензира со гравитациона привлечност.
• БХ со ротација и без полнење - решение на Кер (1963). Црна ротирачка црна дупка од Кер се разликува од статичната со присуството на таканаречената ергосфера (за оваа и другите компоненти на црната дупка - читајте понатаму).
• БХ со ротација и полнење - решение Кер - manуман. Ова решение е пресметано во 1965 година и во моментов е најкомплетно, бидејќи ги зема предвид сите три параметри на БХ. Сепак, с still уште се претпоставува дека во природата црните дупки имаат незначителен полнеж.

Формирање на црна дупка

Постојат неколку теории за тоа како се формира и се појавува црна дупка, од кои најпозната е формирањето на starвезда со доволна маса како резултат на гравитациониот колапс. Оваа компресија може да стави крај на еволуцијата на starsвезди со маса од повеќе од три сончеви маси. По завршувањето на термонуклеарните реакции во таквите starsвезди, тие почнуваат брзо да пропаѓаат во супер -густини. Ако притисокот на гасот на неутронската starвезда не може да ги компензира гравитационите сили, односно масата на starвездата го надминува т.н. границата Опенхајмер - Волков, потоа колапсот продолжува, со резултат што материјата се компресира во црна дупка.

Второто сценарио, опишувајќи го раѓањето на црна дупка, е компресија на протогалактички гас, односно меѓу intвезден гас кој е во фаза на трансформација во галаксија или некој вид јато. Ако нема доволно внатрешен притисок за да се компензираат истите гравитациони сили, може да се појави црна дупка.

Две други сценарија остануваат хипотетички:

• Појавата на БХ како резултат - т.н. исконски црни дупки.
• Појава како резултат на нуклеарни реакции при висока енергија. Пример за такви реакции се експериментите со судир.

Структура и физика на црни дупки

Структурата Шварцшилд на црна дупка вклучува само два елементи, кои беа споменати порано: сингуларноста и хоризонтот на настани на црната дупка. Накратко зборувајќи за сингуларноста, може да се забележи дека е невозможно да се повлече права линија преку неа, а исто така и дека во неа повеќето од постојните физички теории не функционираат. Така, физиката на сингуларноста останува мистерија за научниците денес. црна дупка е еден вид граница, преку која физичкиот објект ја губи способноста да се врати надвор од своите граници и дефинитивно ќе „падне“ во сингуларноста на црната дупка.

Структурата на црната дупка станува нешто посложена во случај на решение на Кер, имено, во присуство на ротација на БХ. Решението на Кер претпоставува дека дупката има ергосфера. Ергосферата е одреден регион надвор од хоризонтот на настани, внатре во кој сите тела се движат во насока на ротација на црната дупка. Оваа област с yet уште не е возбудлива и можно е да ја напуштите, за разлика од хоризонтот на настани. Ергосферата најверојатно е еден вид аналог на диск за аккреција, кој ја ротира материјата околу масивни тела. Ако статичката црна дупка Шварцшилд е претставена како црна сфера, тогаш Кери БХ, поради присуството на ергосферата, има форма на долг елипсоид, во форма на кој често го гледавме БХ во цртежи, во стари филмови или Видео игри.

• Колку тежи црна дупка? - Најголемиот теоретски материјал за потеклото на црната дупка е достапен за сценариото за нејзиното појавување како резултат на колапсот на starвезда. Во овој случај, максималната маса на неутронска starвезда и минималната маса на црна дупка се одредуваат со границата Опенхајмер - Волков, според која долната граница на масата на БХ е 2,5 - 3 сончеви маси. Најтешката црна дупка досега откриена (во галаксијата NGC 4889) има маса од 21 милијарда соларни маси. Сепак, не треба да се заборави за БХ, хипотетички произлезени како резултат на нуклеарни реакции при висока енергија, како што се оние на судири. Масата на такви квантни црни дупки, со други зборови, „Планк црни дупки“, има ред на големина, имено 2 · 10 −5 g.
• Големината на црната дупка. Минималниот BH радиус може да се пресмета од минималната маса (2,5 - 3 сончеви маси). Ако гравитациониот радиус на Сонцето, односно областа каде што би се наоѓал хоризонтот на настани, е околу 2,95 километри, тогаш минималниот радиус на БХ од 3 сончеви маси ќе биде околу девет километри. Таквата релативно мала големина не се вклопува во главата кога станува збор за масивни објекти што привлекуваат с everything наоколу. Меѓутоа, за квантните црни дупки, радиусот е - 10 −35 m.
• Просечната густина на црна дупка зависи од два параметри: маса и радиус. Густината на црната дупка со маса од редот на три сончеви маси е околу 6 · 10 26 kg / m³, додека густината на водата е 1000 kg / m³. Сепак, такви мали црни дупки не се пронајдени од научниците. Повеќето од откриените БХ имаат маса од повеќе од 10 5 сончеви маси. Постои интересна шема според која колку е помасивна црната дупка, толку е помала нејзината густина. Во овој случај, промената на масата за 11 реда на големина доведува до промена на густината за 22 реда на големина. Така, црна дупка со маса 1 · 10 9 сончеви маси има густина од 18,5 kg / m³, што е за една единица помала од густината на златото. И БХ со маса поголема од 10 10 сончеви маси може да имаат просечна густина помала од густината на воздухот. Врз основа на овие пресметки, логично е да се претпостави дека формирањето на црна дупка се случува не поради компресија на материјата, туку како резултат на акумулација на голема количина на материја во одреден волумен. Во случај на квантни БХ, нивната густина може да биде околу 1094 кг / м³.
• Температурата на црната дупка е исто така обратно пропорционална со нејзината маса. Оваа температура е директно поврзана со. Спектарот на ова зрачење се совпаѓа со спектарот на апсолутно црно тело, односно тело што го апсорбира целото зрачење што настанува. Спектарот на зрачење на апсолутно црно тело зависи само од неговата температура, тогаш температурата на БХ може да се одреди од спектарот на зрачење на Хокинг. Како што споменавме погоре, колку е помала црната дупка, толку е помоќно ова зрачење. Во исто време, зрачењето на Хокинг останува хипотетичко, бидејќи с yet уште не е забележано од астрономите. Од ова произлегува дека ако постои зрачење на Хокинг, тогаш температурата на набудуваните БХ е толку ниска што не дозволува регистрирање на означеното зрачење. Според пресметките, дури и температурата на дупката со маса од редот на масата на Сонцето е занемарлива (1 · 10 -7 K или -272 ° C). Температурата на квантните црни дупки може да достигне околу 10 12 К, и со нивното брзо испарување (околу 1,5 минути), таквите БХ можат да емитуваат енергија од редот на десет милиони атомски бомби. Но, за среќа, за создавање вакви хипотетички објекти ќе биде потребна енергија 10 14 пати поголема од онаа што беше постигната денес на Големиот хадронски судирач. Покрај тоа, ваквите феномени никогаш не биле забележани од астрономите.

Од што се состои црната дупка?

Загрижува друго прашање, и научниците и оние кои едноставно се fondубители на астрофизиката - од што се состои црната дупка? Не постои недвосмислен одговор на ова прашање, бидејќи не е можно да се погледне подалеку од хоризонтот на настани околу секоја црна дупка. Покрај тоа, како што споменавме порано, теоретските модели на црна дупка обезбедуваат само 3 од нејзините компоненти: ергосферата, хоризонтот на настани и сингуларноста. Логично е да се претпостави дека во ергосферата има само оние објекти што ги привлече црната дупка, а кои сега се вртат околу неа - разни видови космички тела и космички гас. Хоризонтот на настани е само тенка имплицитна граница, откако ќе падне подалеку, истите космички тела неповратно се привлекуваат кон последната главна компонента на БХ - единственоста. Природата на сингуларноста денес не е проучена и рано е да се зборува за неговиот состав.

Според некои претпоставки, црната дупка може да биде составена од неутрони. Ако го следиме сценариото за црна дупка како резултат на компресија на aвезда до неутронска starвезда со нејзина последователна контракција, тогаш, веројатно, главниот дел од црната дупка се состои од неутрони, од кои се состои самата неутронска starвезда. Со едноставни зборови: кога starвезда се распаѓа, нејзините атоми се собираат на таков начин што електроните се комбинираат со протоните, со што се формираат неутрони. Слична реакција всушност се случува во природата, додека емисијата на неутрино се јавува со формирање на неутрон. Сепак, ова се само претпоставки.

Што се случува ако влезете во црна дупка?

Паѓањето во астрофизичка црна дупка го истегнува телото. Размислете за хипотетички астронаут за самоубиство што влегува во црна дупка во ништо друго освен вселенско одело, прво нозе. Преминувајќи го хоризонтот на настани, астронаутот нема да забележи никакви промени, и покрај фактот дека веќе нема можност да излезе. Во одреден момент, астронаутот ќе достигне точка (малку зад хоризонтот на настанот) во која ќе почне да се јавува деформација на неговото тело. Бидејќи гравитационото поле на црната дупка е нехомогено и е претставено со градиент на сила што се зголемува кон центарот, нозете на астронаутот ќе бидат подложени на значително поголем гравитациски ефект отколку, на пример, главата. Потоа, поради гравитацијата, поточно плимните сили, нозете ќе „паднат“ побрзо. Така, телото почнува постепено да се протега во должина. За да го опишат овој феномен, астрофизичарите измислија прилично креативен термин - шпагетификација. Понатамошното истегнување на телото најверојатно ќе го разложи на атоми, кои, порано или подоцна, ќе достигнат сингуларност. Што ќе почувствува човек во оваа ситуација е нечија претпоставка. Вреди да се напомене дека ефектот на истегнување на телото е обратно пропорционален со масата на црната дупка. Односно, ако БХ со маса од три Сонца веднаш го истегне / скрши телото, тогаш супермасивната црна дупка ќе има помали плимни сили и, постојат сугестии дека некои физички материјали би можеле да „издржат“ таква деформација без да ја загубат својата структура.

Како што е познато, времето тече побавно во близина на масивни објекти, што значи дека времето за самоубиствен астронаут ќе тече многу побавно отколку за земните. Во овој случај, можеби тој ќе ги надживее не само неговите пријатели, туку и самата Земја. Calcе бидат потребни пресметки за да се утврди колку време ќе забави за астронаутот; меѓутоа, од горенаведеното, може да се претпостави дека астронаутот ќе падне во БХ многу бавно и, можеби, едноставно нема да живее за да го види моментот кога неговиот телото почнува да се деформира.

Вреди да се одбележи дека за набудувач надвор, сите тела што се качиле до хоризонтот на настаните ќе останат на работ од овој хоризонт додека не исчезне нивната слика. Причината за ова е гравитационото поместување на црвено. Нешто поедноставувајќи, можеме да кажеме дека светлината што паѓа врз телото на астронаут -самоубиец „замрзната“ на хоризонтот на настанот, ќе ја промени фреквенцијата поради забавеното време. Како што времето поминува побавно, фреквенцијата на светлината ќе се намалува, а брановата должина ќе се зголемува. Како резултат на овој феномен, на излезот, односно за надворешен набудувач, светлината постепено ќе се префрли кон нискофреквентната - црвена. Shiftе се случи промена на светлината долж спектарот, бидејќи астронаутот -самоубиец се оддалечува с further подалеку од набудувачот, иако речиси незабележливо, и неговото време поминува с and побавно. Така, светлината што ја рефлектира неговото тело наскоро ќе оди подалеку од видливиот спектар (сликата ќе исчезне), а во иднина, телото на астронаутот може да се фати само во инфрацрвениот регион, а подоцна - во радиофреквенцијата, и како како резултат, зрачењето ќе биде целосно неостварливо.

И покрај горенаведеното, се претпоставува дека во многу големи супермасивни црни дупки, приливите сили не се менуваат толку со растојанието и дејствуваат речиси униформно врз телото што паѓа. Во овој случај, вселенскиот брод што паѓа ќе ја задржи својата структура. Се поставува разумно прашање - каде води црната дупка? На ова прашање може да се одговори со работата на некои научници кои поврзуваат два такви феномени како црви дупки и црни дупки.

Во далечната 1935 година, Алберт Ајнштајн и Натан Розен, земајќи ги предвид, изложија хипотеза за постоење на таканаречени дупки за црви, поврзувајќи две точки од просторот-времето со патека во места со значајна искривување на последното-Ајнштајн-Розен мост или црвја дупка. За таква моќна искривување на просторот, ќе бидат потребни тела со огромна маса, со чија улога црните дупки совршено ќе се справат.

Мостот Ајнштајн-Розен се смета за непроодна дупка за црви, бидејќи е мал и нестабилен.

Можна е минлива дупка за црви во рамките на теоријата за црно -бели дупки. Онаму каде што белата дупка е излез на информации заробени во црна дупка. Белата дупка е опишана во рамките на општата релативност, но денес таа останува хипотетичка и не е откриена. Друг модел на црвја дупка, предложен од американските научници Кип Торн и неговиот дипломиран студент, Мајк Морис, може да се оди. Меѓутоа, како и во случајот со црвената дупка Морис-Торн, така и со црно-белите дупки, можноста за патување бара постоење на таканаречена егзотична материја, која има негативна енергија, а исто така останува хипотетичка.

Црни дупки во универзумот

Постоењето на црни дупки беше потврдено релативно неодамна (септември 2015 година), но во тоа време веќе имаше значителен теоретски материјал за природата на БХ, како и многу кандидатски објекти за улога на црна дупка. Пред с all, треба да се земе предвид големината на БХ, бидејќи самата природа на феноменот зависи од нив:

• Blackвездена маса црна дупка... Таквите објекти се формираат како резултат на колапс на везда. Како што споменавме порано, минималната маса на тело способно да формира таква црна дупка е 2,5 - 3 сончеви маси.
• Црни дупки со средна маса... Условен среден тип на црни дупки кои се зголемија поради апсорпција на блиските објекти, како што е акумулација на гас, соседна starвезда (во системи со две starвезди) и други космички тела.
• Супермасивна црна дупка... Компактни објекти со 10 5 -10 10 сончеви маси. Карактеристичните својства на таквите БХ се парадоксално ниската густина, како и слабите плимни сили, кои беа споменати порано. Тоа е толку супермасивна црна дупка во центарот на нашата галаксија Млечен Пат (Стрелец А *, Сгр А *), како и повеќето други галаксии.

Кандидати за Црна куќа

Најблиската црна дупка, поточно кандидат за улогата на БХ, е објект (V616 еднорог), кој се наоѓа на растојание од 3000 светлосни години од Сонцето (во нашата галаксија). Се состои од две компоненти: starвезда со маса од половина сончева маса, како и невидливо мало тело, чија маса е 3 - 5 сончеви маси. Ако овој објект се покаже како мала црна дупка со elвездена маса, тогаш десно ќе биде најблиската БХ.

По овој објект, втората најблиска црна дупка е објектот Cyg X-1, кој беше првиот кандидат за улогата на БХ. Растојанието до него е приближно 6070 светлосни години. Добро е проучен: има маса од 14,8 сончеви маси и радиус на хоризонт на настани од околу 26 км.

Според некои извори, друг најблизок кандидат за улогата на БХ може да биде тело во theвездениот систем V4641 Стрелец (V4641 Sgr), кое, според проценките од 1999 година, се наоѓало на растојание од 1600 светлосни години. Сепак, последователните студии го зголемија ова растојание за најмалку 15 пати.

Колку црни дупки има во нашата галаксија?

Нема точен одговор на ова прашање, бидејќи е прилично тешко да се набудуваат, и за цело време на проучувањето на небото, научниците успеаја да најдат околу десетина црни дупки во рамките на Млечниот Пат. Без препуштање на пресметките, забележуваме дека во нашата галаксија има околу 100 - 400 милијарди starsвезди, а приближно секоја илјада starвезда има доволно маса за да формира црна дупка. Најверојатно, милиони црни дупки може да се формираат за време на постоењето на Млечниот Пат. Бидејќи е полесно да се регистрираат огромни црни дупки, логично е да се претпостави дека повеќето од БХ во нашата галаксија најверојатно не се супермасивни. Вреди да се одбележи дека студиите на НАСА од 2005 година сугерираат присуство на рој црни дупки (10-20 илјади) кои орбитираат околу центарот на галаксијата. Покрај тоа, во 2016 година, јапонските астрофизичари открија масивен сателит во близина на објектот * - црна дупка, јадрото на Млечниот Пат. Поради малиот радиус (0,15 светлосни години) на ова тело, како и неговата огромна маса (100.000 сончеви маси), научниците сугерираат дека овој објект е и супермасивна црна дупка.

Јадрото на нашата галаксија, црната дупка на Млечниот Пат (Стрелец А *, Сгр А *или Стрелец А *) е супермасивна и има маса од 4,31 10 6 сончеви маси, и радиус од 0,00071 светлосни години (6,25 светлосни години или 6,75 милијарди километри). Температурата на Стрелец А * заедно со кластерот околу него е околу 1 · 10 7 К.

Најголемата црна дупка

Најголемата црна дупка во Универзумот што научниците успеаја да ја откријат е супермасивна црна дупка, FSRQ blazar, во центарот на галаксијата S5 0014 + 81, на растојание од 1,2 · 10 10 светлосни години од Земјата. Според првичните резултати од набудувањето, користејќи ја вселенската опсерваторија Свифт, масата на БХ беше 40 милијарди (40 · 10 9) сончеви маси, а радиусот на Шварцшилд од таква дупка беше 118,35 милијарди километри (0,013 светлосни години). Исто така, се проценува дека настанал пред 12,1 милијарди години (1,6 милијарди години по Големата експлозија). Ако оваа џиновска црна дупка не ја апсорбира околната материја, тогаш ќе преживее до ерата на црни дупки - една од епохите на развојот на Универзумот, за време на која ќе доминираат црни дупки во неа. Ако јадрото на галаксијата S5 0014 + 81 продолжи да расте, тогаш ќе стане една од последните црни дупки што ќе постојат во Универзумот.

Другите две познати црни дупки, иако немаат свои имиња, се од најголемо значење за проучување на црните дупки, бидејќи тие експериментално го потврдија своето постоење, а исто така дадоа важни резултати за проучување на гравитацијата. Зборуваме за настанот GW150914, кој се нарекува судир на две црни дупки во една. Овој настан овозможи да се регистрирате.

Откривање на црни дупки

Пред да ги разгледате методите за откривање на БХ, треба да одговорите на прашањето - зошто црната дупка е црна? - одговорот на тоа не бара длабоко познавање во астрофизиката и космологијата. Факт е дека црната дупка го апсорбира целото зрачење што се случува на неа и воопшто не испушта, ако не ги земете предвид хипотетичките. Ако го разгледаме овој феномен подетално, може да се претпостави дека процесите што доведуваат до ослободување на енергија во форма на електромагнетно зрачење не се случуваат во црните дупки. Потоа, ако БХ зрачи, тогаш тој е во Хокинговиот спектар (што се совпаѓа со спектарот на загреано, апсолутно црно тело). Сепак, како што споменавме порано, ова зрачење не беше откриено, што укажува на сосема ниска температура на црните дупки.

Друга општо прифатена теорија вели дека електромагнетното зрачење воопшто не е способно да го напушти хоризонтот на настани. Најверојатно фотоните (светли честички) не се привлечени од масивни објекти, бидејќи, според теоријата, тие самите немаат маса. Сепак, црна дупка с still уште „привлекува“ фотони на светлина со искривување на просторот-времето. Ако замислиме БХ во вселената како еден вид депресија на мазната површина на просторот-време, тогаш постои одредено растојание од центарот на црната дупка, приближувајќи се до кое светлината повеќе нема да може да се оддалечи. Тоа е, грубо кажано, светлината почнува да „паѓа“ во „јамата“, која нема ни „дно“.

Во прилог на ова, ако го земеме предвид ефектот на гравитационото поместување на црвено, тогаш можеби во црна дупка светлината ја губи својата фреквенција, префрлајќи се по должината на спектарот во регионот на зрачење со мала фреквенција со долга бранова должина, додека воопшто не ја загуби енергијата.

Значи, црна дупка е црна и затоа е тешко да се открие во вселената.

Методи за откривање

Размислете за методите што ги користат астрономите за откривање на црна дупка:

Покрај методите споменати погоре, научниците често поврзуваат објекти како што се црните дупки и. Квазарите се еден вид групи на космички тела и гасови, кои се еден од најсветлите астрономски објекти во Универзумот. Бидејќи тие имаат висок интензитет на луминисценција со релативно мала големина, постои причина да се верува дека центарот на овие објекти е супермасивна црна дупка, која ја привлекува околната материја. Поради таквата моќна гравитациона привлечност, привлечената материја е толку жешка што интензивно зрачи. Откривањето на таквите објекти обично се споредува со откривање на црна дупка. Понекогаш квазарите можат да зрачат во две насоки млазници со загреана плазма - релативистички авиони. Причините за појава на такви млазници (млазници) не се целосно јасни, сепак, тие најверојатно се предизвикани од интеракцијата на магнетните полиња на БХ и акрекциониот диск и не се емитирани од директната црна дупка.

Авион во галаксијата М87 удира од центарот на БХ

Сумирајќи го горе наведеното, може да се замисли, одблизу: тоа е сферичен црн објект, околу кој се врти силно загреана материја, формирајќи прозрачен дискретен диск.

Спојување и судир на црни дупки

Еден од најинтересните појави во астрофизиката е судирот на црни дупки, што исто така овозможува да се откријат такви масивни астрономски тела. Ваквите процеси се од интерес не само за астрофизичарите, бидејќи тие резултираат со феномени слабо проучени од физичарите. Најјасен пример е претходно споменатиот настан наречен GW150914, кога две црни дупки се приближија толку многу што се споија во една како резултат на взаемната гравитациона привлечност. Важна последица од овој судир беше појавата на гравитациони бранови.

Според дефиницијата за гравитациони бранови, ова се промени во гравитационото поле кои се шират на начин како бранови од масивни објекти што се движат. Кога два такви објекти се приближуваат еден до друг, тие почнуваат да се вртат околу заедничкиот центар на гравитација. Како што се приближуваат едни кон други, нивната ротација околу сопствената оска се зголемува. Ваквите променливи флуктуации на гравитационото поле во одреден момент можат да формираат еден моќен гравитациски бран, кој може да се пропагира во вселената милиони светлосни години. Така, на растојание од 1,3 милијарди светлосни години, се судрија две црни дупки, формирајќи моќен гравитациски бран кој стигна до Земјата на 14 септември 2015 година и беше снимен од детекторите ЛИГО и ДЕВИЦА.

Како умираат црните дупки?

Очигледно, за да престане да постои црна дупка, ќе треба да ја изгуби целата своја маса. Меѓутоа, според неговата дефиниција, ништо не може да ги напушти границите на црната дупка ако го преминала хоризонтот на настани. Познато е дека советскиот теоретски физичар Владимир Грибов беше првиот што ја спомена можноста за емисија на честички од црна дупка во неговата дискусија со друг советски научник Јаков Зелдович. Тој тврди дека од гледна точка на квантната механика, црна дупка е способна да испушта честички преку тунелскиот ефект. Подоцна, со помош на квантната механика, англискиот теоретски физичар Стивен Хокинг изгради своја, малку поинаква теорија. Можете да прочитате повеќе за овој феномен. Накратко, во вакуум постојат таканаречени виртуелни честички, кои постојано се раѓаат во парови и се уништуваат едни со други, додека не комуницираат со околниот свет. Но, ако таквите парови се појават на хоризонтот на настани на црна дупка, тогаш силната гравитација е хипотетички способна да ги раздели, при што едната честичка паѓа во внатрешноста на БХ, а другата оди подалеку од црната дупка. И бидејќи честичката што излегува од дупката може да се набудува, и затоа има позитивни енергии, честичката што паѓа во дупката мора да има негативни енергии. Така, црната дупка ќе ја загуби својата енергија и ќе има ефект наречен испарување на црната дупка.

Според достапните модели на црна дупка, како што споменавме порано, со намалување на нејзината маса, нејзиното зрачење станува с and поинтензивно. Потоа, во последната фаза од постоењето на БХ, кога може да се намали до големината на квантната црна дупка, ќе ослободи огромна количина енергија во форма на зрачење, што може да биде еквивалентно на илјадници, па дури и милиони атомски бомби. Овој настан донекаде потсетува на експлозија на црна дупка, како истата бомба. Според пресметките, како резултат на Големата експлозија, може да се појават исконски црни дупки, а оние од нив, чија маса е околу 10 12 кг, требаше да испарат и да експлодираат околу нашето време. Како и да е, ваквите експлозии никогаш не биле забележани од астрономите.

И покрај предложениот механизам на Хокинг за уништување на црните дупки, својствата на зрачењето на Хокинг предизвикуваат парадокс во рамките на квантната механика. Ако црна дупка апсорбира некое тело, а потоа ја губи масата што произлегува од апсорпцијата на ова тело, тогаш без оглед на природата на телото, црната дупка нема да се разликува од она што беше пред апсорпцијата на телото. Во овој случај, информациите за телото засекогаш се губат. Од гледна точка на теоретските пресметки, трансформацијата на почетната чиста состојба во добиената мешана („термичка“) состојба не соодветствува со сегашната теорија на квантната механика. Овој парадокс понекогаш се нарекува исчезнување на информации во црна дупка. Дефинитивно решение за овој парадокс никогаш не е најдено. Познати опции за решавање на парадоксот:

• Неконзистентност на теоријата на Хокинг. Ова повлекува невозможност да се уништи црната дупка и нејзиниот постојан раст.
• Присуство на бели дупки. Во овој случај, апсорбираната информација не исчезнува, туку едноставно се исфрла во друг Универзум.
• Неконзистентност на општо прифатената теорија за квантната механика.

Нерешени проблеми на физиката на црните дупки

Очигледно, она што беше опишано порано, иако црните дупки беа проучувани релативно долго време, тие с have уште имаат многу карактеристики, чии механизми с still уште не се познати за научниците.

• Во 1970 година, англиски научник го формулира т.н. „Принципот на космичка цензура“ - „Природата се гади од голата сингуларност“. Ова значи дека сингуларноста се формира само на места скриени од погледот, како центарот на црната дупка. Сепак, овој принцип с yet уште не е докажан. Постојат и теоретски пресметки според кои може да настане „гола“ сингуларност.
• Ниту, пак, е докажана „теорема без коса“, според која црните дупки имаат само три параметри.
• Не е развиена целосна теорија за магнетосферата на црната дупка.
• Природата и физиката на гравитационата сингуларност не се проучени.
• Не е сигурно познато што се случува во последната фаза од постоењето на црна дупка, и што останува по нејзиното квантно распаѓање.

Интересни факти за црните дупки

Сумирајќи го погоре, има неколку интересни и необични карактеристики на природата на црните дупки:

• БХ имаат само три параметри: маса, електрично полнење и аголен импулс. Како резултат на толку мал број карактеристики на ова тело, теоремата што го тврди ова се нарекува „теорема без коса“. Ова, исто така, доведе до изразот „црна дупка нема коса“, што значи дека две црни дупки се апсолутно идентични, нивните три споменати параметри се исти.
• Густината на БХ може да биде помала од густината на воздухот, а температурата е близу до апсолутната нула. Од ова, може да се претпостави дека формирањето на црна дупка се случува не поради компресија на материјата, туку како резултат на акумулација на голема количина на материја во одреден волумен.
• Времето за тела апсорбирани од БХ тече многу побавно отколку за надворешен набудувач. Покрај тоа, апсорбираните тела се значително испружени во внатрешноста на црната дупка, која научниците ја нарекоа - шпагетификација.
• Може да има околу милион црни дупки во нашата галаксија.
• Веројатно има супермасивна црна дупка во центарот на секоја галаксија.
• Во иднина, според теоретскиот модел, универзумот ќе достигне таканаречена ера на црни дупки, кога црните дупки ќе станат доминантни тела во универзумот.