Astronomer black hole discoverer 6 na letrang crossword clue Kasaysayan ng mga black hole. Napakababaw na entropy

Black hole, dark matter, dark matter ... Walang alinlangang ito ang pinakakakaiba at pinaka mahiwagang bagay sa kalawakan. Ang kanilang mga kakaibang katangian ay maaaring hamunin ang mga batas ng pisika ng Uniberso at maging ang likas na katangian ng umiiral na katotohanan. Upang maunawaan kung ano ang mga black hole, iminungkahi ng mga siyentipiko na "baguhin ang mga landmark", matutong mag-isip sa labas ng kahon at maglapat ng kaunting imahinasyon. Ang mga itim na butas ay nabuo mula sa mga core ng napakalaking bituin, na maaaring mailalarawan bilang isang rehiyon ng kalawakan kung saan ang isang malaking masa ay puro sa kawalan, at wala, kahit na liwanag, ay maaaring makatakas sa gravity attraction doon. Ito ang lugar kung saan ang pangalawang bilis ng kosmiko ay lumampas sa bilis ng liwanag: At kung mas malaki ang bagay ng paggalaw, mas mabilis itong dapat gumalaw upang maalis ang gravity nito. Ito ay kilala bilang pangalawang bilis ng espasyo.

Tinatawag ng encyclopedia ni Collier ang mga itim na butas na isang rehiyon sa kalawakan na lumitaw bilang resulta ng kumpletong pagbagsak ng gravitational ng matter, kung saan napakalaki ng atraksyon ng gravitational na hindi maaaring umalis dito ang matter, o light, o iba pang mga carrier ng impormasyon. Samakatuwid, ang loob ng black hole ay hindi nauugnay sa iba pang bahagi ng uniberso; ang mga pisikal na prosesong nagaganap sa loob ng black hole ay hindi makakaimpluwensya sa mga proseso sa labas nito. Ang itim na butas ay napapalibutan ng isang ibabaw na may pag-aari ng isang unidirectional na lamad: ang bagay at radiation ay malayang nahuhulog dito sa black hole, ngunit walang makakatakas mula doon. Ang ibabaw na ito ay tinatawag na "horizon ng kaganapan".

Kasaysayan ng pagtuklas

Ang mga black hole na hinulaang sa pamamagitan ng pangkalahatang relativity (ang teorya ng gravity na iminungkahi ni Einstein noong 1915) at iba pang mas modernong mga teorya ng grabitasyon ay mathematically na pinatunayan ni R. Oppenheimer at H. Snyder noong 1939. Ngunit ang mga katangian ng espasyo at oras sa paligid ng mga ito ang mga bagay ay naging napakabihirang, na ang mga astronomo at pisiko ay hindi nagseryoso sa kanila sa loob ng 25 taon. Gayunpaman, ang mga pagtuklas sa astronomya noong kalagitnaan ng 1960s ay ginawang ang mga black hole ay parang isang posibleng pisikal na katotohanan. Maaaring baguhin ng mga bagong pagtuklas at paggalugad ang ating pag-unawa sa espasyo at oras, na nagbibigay-liwanag sa bilyun-bilyong mga lihim ng kosmiko.

Pagbuo ng mga black hole

Habang nagaganap ang mga reaksiyong thermonuclear sa loob ng bituin, pinapanatili nila ang mataas na temperatura at presyon, na pumipigil sa pagkontrata ng bituin sa ilalim ng impluwensya ng sarili nitong gravity. Sa paglipas ng panahon, gayunpaman, ang nuclear fuel ay naubos at ang bituin ay nagsisimulang lumiit. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na kung ang masa ng isang bituin ay hindi lalampas sa tatlong solar na masa, kung gayon ito ay mananalo sa "labanan na may grabidad": ang gravitational collapse nito ay titigil sa pamamagitan ng presyon ng "degenerate" na bagay, at ang bituin ay magpakailanman magiging isang puting dwarf o neutron star. Ngunit kung ang masa ng isang bituin ay higit sa tatlong solar mass, kung gayon walang makakapigil sa sakuna nitong pagbagsak at ito ay mabilis na mapupunta sa ilalim ng abot-tanaw ng kaganapan, at magiging isang black hole.

Ang black hole ba ay isang donut hole?

Hindi madaling mapansin ang hindi naglalabas ng liwanag. Ang isang paraan upang makahanap ng black hole ay ang paghahanap ng mga lugar sa outer space na napakalaki at nasa madilim na espasyo. Habang naghahanap ng mga ganitong uri ng mga bagay, natagpuan ng mga astronomo ang mga ito sa dalawang pangunahing rehiyon: sa mga sentro ng mga kalawakan at sa mga binary star system sa ating Galaxy. Sa kabuuan, tulad ng iminumungkahi ng mga siyentipiko, mayroong sampu-sampung milyon ng mga naturang bagay.

Kasaysayan ng mga black hole

Alexey Levin

Kung minsan, ang pag-iisip ng siyentipiko ay gumagawa ng mga bagay na may kabalintunaan na mga katangian na kahit na ang pinaka matalinong mga siyentipiko sa una ay tumangging kilalanin ang mga ito. Ang pinaka-graphic na halimbawa sa kasaysayan ng modernong pisika ay ang pangmatagalang kawalan ng interes sa mga black hole, matinding estado ng gravitational field, na hinulaang halos 90 taon na ang nakalilipas. Sa loob ng mahabang panahon sila ay itinuturing na isang purong teoretikal na abstraction, at noong 1960s at 70s lamang sila naniwala sa kanilang realidad. Gayunpaman, ang pangunahing equation ng teorya ng black hole ay nakuha mahigit dalawang daang taon na ang nakalilipas.

Ang inspirasyon ni John Michell

Pangalan ni John Michell, physicist, astronomer at geologist, propesor Unibersidad ng Cambridge at ang pastor ng Church of England, ganap na hindi nararapat na nawala sa mga bituin ng English science noong ika-18 siglo. Inilatag ni Michell ang mga pundasyon ng seismology, ang agham ng mga lindol, nagsagawa ng isang mahusay na pag-aaral ng magnetism, at bago pa naimbento ni Coulomb ang balanse ng pamamaluktot, na ginamit niya para sa mga sukat ng gravimetric. Noong 1783 sinubukan niyang pagsamahin ang dalawa sa mga dakilang likha ni Newton - mekanika at optika. Itinuring ni Newton ang liwanag bilang isang stream ng maliliit na particle. Iminungkahi ni Michell na ang mga light corpuscle, tulad ng ordinaryong bagay, ay sumunod sa mga batas ng mekanika. Ang kinahinatnan ng hypothesis na ito ay naging napaka hindi mahalaga - ang mga celestial na katawan ay maaaring maging mga bitag para sa liwanag.

Paano nangatuwiran si Michell? Ang isang cannonball na pinaputok mula sa ibabaw ng planeta ay ganap na malalampasan ang pagkahumaling nito kung ang paunang bilis nito ay lumampas sa halaga na tinatawag na ngayong pangalawang cosmic velocity at escape velocity. Kung ang gravity ng planeta ay napakalakas na ang bilis ng pagtakas ay lumampas sa bilis ng liwanag, ang mga light corpuscle na inilabas sa zenith ay hindi maaaring pumunta sa infinity. Ganoon din ang mangyayari sa naaaninag na liwanag. Dahil dito, para sa isang napakalayo na tagamasid, ang planeta ay hindi makikita. Kinakalkula ni Michell ang kritikal na halaga ng radius ng naturang planeta R cr depende sa mass nito M, na nabawasan sa masa ng ating Sun M s: R cr = 3 km x M / M s.

Naniniwala si John Michell sa kanyang mga formula at ipinapalagay na ang kalaliman ng kalawakan ay nagtatago ng maraming bituin na hindi makikita mula sa Earth sa anumang teleskopyo. Nang maglaon, ang mahusay na Pranses na matematiko, astronomo at pisisista na si Pierre Simon Laplace ay dumating sa parehong konklusyon, kasama ito sa parehong una (1796) at pangalawang (1799) na mga edisyon ng kanyang Exposition of the System of the World. Ngunit ang ikatlong edisyon ay nai-publish noong 1808, nang ang karamihan sa mga physicist ay itinuturing na ang liwanag bilang mga oscillations ng eter. Ang pagkakaroon ng "invisible" na mga bituin ay sumasalungat sa wave theory ng liwanag, at naisip ni Laplace na pinakamahusay na huwag banggitin ang mga ito. Sa kasunod na mga panahon, ang ideyang ito ay itinuturing na isang pag-usisa, na karapat-dapat sa pagtatanghal lamang sa mga gawa sa kasaysayan ng pisika.

modelo ng Schwarzschild

Noong Nobyembre 1915, inilathala ni Albert Einstein ang isang teorya ng grabidad, na tinawag niyang pangkalahatang teorya ng relativity (GTR). Ang gawaing ito ay agad na nakahanap ng isang nagpapasalamat na mambabasa sa katauhan ng kanyang kasamahan sa Berlin Academy of Sciences na si Karl Schwarzschild. Si Schwarzschild ang una sa mundo na gumamit ng pangkalahatang relativity para sa paglutas ng isang partikular na problema sa astropisiko, pagkalkula ng sukatan ng espasyo-oras sa labas at sa loob ng isang hindi umiikot na spherical na katawan (para sa kapakanan ng pagiging konkreto, tatawagin natin itong bituin) .

Ito ay sumusunod mula sa mga kalkulasyon ni Schwarzschild na ang gravity ng isang bituin ay hindi labis na nakakasira sa Newtonian na istraktura ng espasyo at oras lamang kung ang radius nito ay mas malaki kaysa sa parehong halaga na kinakalkula ni John Michell! Ang parameter na ito ay unang tinawag na Schwarzschild radius, at ngayon ay tinatawag na gravitational radius. Ayon sa pangkalahatang relativity, ang gravity ay hindi nakakaapekto sa bilis ng liwanag, ngunit binabawasan ang dalas ng mga pag-vibrate ng liwanag sa parehong proporsyon habang pinapabagal nito ang oras. Kung ang radius ng isang bituin ay 4 na beses ang gravitational radius, kung gayon ang daloy ng oras sa ibabaw nito ay bumagal ng 15%, at ang espasyo ay nakakakuha ng isang tangible curvature. Sa pamamagitan ng dalawang beses na labis, ito ay yumuko nang higit, at ang oras ay nagpapabagal sa pagtakbo nito ng 41%. Kapag naabot ang gravitational radius, ang oras sa ibabaw ng bituin ay ganap na humihinto (lahat ng mga frequency ay zero, ang radiation ay nagyelo, at ang bituin ay lumalabas), ngunit ang kurbada ng espasyo doon ay may hangganan pa rin. Malayo sa bituin, ang geometry ay nananatiling Euclidean, at hindi nagbabago ang bilis ng panahon.

Sa kabila ng katotohanan na ang mga halaga ng gravitational radius para sa Michell at Schwarzschild ay pareho, ang mga modelo mismo ay walang pagkakatulad. Sa Michell, hindi nagbabago ang espasyo at oras, ngunit bumagal ang liwanag. Ang bituin, na ang laki nito ay mas mababa sa gravitational radius nito, ay patuloy na kumikinang, ngunit ito ay nakikita lamang ng isang hindi masyadong malayong tagamasid. Para sa Schwarzschild, ang bilis ng liwanag ay ganap, ngunit ang istraktura ng espasyo at oras ay nakasalalay sa gravity. Ang isang bituin na bumabagsak sa ilalim ng gravitational radius ay nawawala para sa sinumang tagamasid, nasaan man siya (mas tiyak, maaari itong matukoy ng mga epekto ng gravitational, ngunit hindi sa pamamagitan ng radiation).

Mula sa hindi paniniwala hanggang sa paninindigan

Naniniwala si Schwarzschild at ang kanyang mga kontemporaryo na ang mga kakaibang bagay sa kalawakan ay hindi umiiral sa kalikasan. Si Einstein mismo ay hindi lamang humawak sa puntong ito ng pananaw, ngunit nagkamali din na naniniwala na siya ay nagtagumpay sa pagpapatunay ng kanyang opinyon sa matematika.

Noong 1930s, pinatunayan ng batang Indian na astrophysicist na si Chandrasekhar na ang isang bituin na gumugol ng nuclear fuel ay naglalabas ng shell nito at nagiging isang mabagal na paglamig na puting dwarf lamang kung ang masa nito ay mas mababa sa 1.4 beses ang masa ng Araw. Di-nagtagal, napagtanto ng Amerikanong si Fritz Zwicky na ang mga pagsabog ng supernova ay nagbubunga ng lubhang siksik na mga katawan ng neutron matter; kalaunan ay dumating si Lev Landau sa parehong konklusyon. Matapos ang gawain ni Chandrasekhar, malinaw na ang mga bituin lamang na may mass na higit sa 1.4 solar masa ang maaaring sumailalim sa naturang ebolusyon. Samakatuwid, lumitaw ang isang natural na tanong - mayroon bang pinakamataas na limitasyon sa masa para sa mga supernova na nag-iiwan ng mga neutron na bituin?

Noong huling bahagi ng 1930s, ang magiging ama ng American atomic bomb, si Robert Oppenheimer, ay itinatag na ang gayong limitasyon ay umiiral at hindi lalampas sa ilang solar mass. Sa oras na iyon ay hindi posible na magbigay ng isang mas tumpak na pagtatasa; alam na ngayon na ang masa ng mga neutron na bituin ay dapat nasa hanay na 1.5–3 M s. Ngunit kahit na mula sa tinatayang mga kalkulasyon ni Oppenheimer at ng kanyang nagtapos na estudyante na si George Volkov, sinundan nito na ang pinakamalalaking inapo ng supernovae ay hindi nagiging mga neutron na bituin, ngunit napupunta sa ibang estado. Noong 1939, pinatunayan nina Oppenheimer at Hartland Snyder, gamit ang isang idealized na modelo, na ang isang napakalaking collapsing star ay kumukuha sa gravitational radius nito. Mula sa kanilang mga pormula, talagang sumusunod na ang bituin ay hindi titigil doon, ngunit ang mga kapwa may-akda ay umiwas sa gayong radikal na konklusyon.

Ang huling sagot ay natagpuan sa ikalawang kalahati ng ika-20 siglo sa pamamagitan ng mga pagsisikap ng isang buong kalawakan ng makikinang na theoretical physicist, kabilang ang mga Sobyet. Ito ay naka-out na ang isang katulad na pagbagsak palagi pinipiga ang bituin "sa lahat ng paraan", ganap na sinisira ang sangkap nito. Bilang resulta, lumitaw ang isang singularity, isang "superconcentrate" ng gravitational field, sarado sa isang walang katapusang maliit na volume. Para sa isang nakatigil na butas, ito ay isang punto, para sa isang umiikot, isang singsing. Ang curvature ng space-time at, dahil dito, ang gravitational force na malapit sa singularity ay may posibilidad na infinity. Sa pagtatapos ng 1967, ang American physicist na si John Archibald Wheeler ang unang tumawag sa naturang pagwawakas sa isang stellar collapse bilang isang black hole. Ang bagong termino ay umibig sa mga physicist at natuwa sa mga mamamahayag na nagpakalat nito sa buong mundo (bagaman hindi ito nagustuhan ng mga Pranses noong una, dahil ang expression na trou noir ay nagmungkahi ng mga kahina-hinalang asosasyon).

Doon, sa kabila ng abot-tanaw

Ang black hole ay hindi bagay o radiation. Sa ilang antas ng figurativeness, maaari nating sabihin na ito ay isang self-sustaining gravitational field, na puro sa isang malakas na hubog na rehiyon ng space-time. Ang panlabas na hangganan nito ay tinukoy ng isang saradong ibabaw, isang horizon ng kaganapan. Kung ang bituin ay hindi umiikot bago ang pagbagsak, ang ibabaw na ito ay lumalabas na isang regular na globo, na ang radius ay tumutugma sa radius ng Schwarzschild.

Ang pisikal na kahulugan ng abot-tanaw ay napakalinaw. Ang isang liwanag na signal na ipinadala mula sa panlabas na kapaligiran nito ay maaaring maglakbay sa isang walang katapusang malayong distansya. Ngunit ang mga signal na ipinadala mula sa panloob na rehiyon, hindi lamang ay hindi tatawid sa abot-tanaw, ngunit hindi maaaring hindi "mahulog" sa singularity. Ang abot-tanaw ay ang spatial na hangganan sa pagitan ng mga kaganapan na maaaring malaman ng mga makalupang (at anumang iba pang) astronomo, at mga kaganapan, ang impormasyon tungkol sa kung saan ay hindi lalabas sa ilalim ng anumang mga pangyayari.

Tulad ng dapat na "ayon kay Schwarzschild," malayo sa abot-tanaw, ang pagkahumaling ng isang butas ay inversely proportional sa parisukat ng distansya, kaya para sa isang malayong tagamasid ito ay nagpapakita ng sarili bilang isang ordinaryong mabigat na katawan. Bilang karagdagan sa masa, ang butas ay nagmamana ng sandali ng pagkawalang-galaw ng gumuhong bituin at ang singil ng kuryente nito. At lahat ng iba pang mga katangian ng hinalinhan na bituin (istraktura, komposisyon, uri ng parang multo, atbp.) Napupunta sa limot.

Magpadala tayo ng probe sa butas na may istasyon ng radyo, na nagpapadala ng signal minsan sa isang segundo sa oras ng pagsakay. Para sa isang malayong tagamasid, habang ang probe ay lumalapit sa abot-tanaw, ang mga agwat ng oras sa pagitan ng mga signal ay tataas - sa prinsipyo, walang katiyakan. Sa sandaling tumawid ang barko sa hindi nakikitang abot-tanaw, ito ay ganap na magsasara para sa "supra-hole" na mundo. Gayunpaman, ang pagkawala na ito ay hindi magiging walang bakas, dahil ibibigay ng probe ang masa, singil at metalikang kuwintas nito sa butas.

Radiation ng black hole

Ang lahat ng mga nakaraang modelo ay binuo ng eksklusibo batay sa pangkalahatang kapamanggitan. Gayunpaman, ang ating mundo ay pinamamahalaan ng mga batas ng quantum mechanics, na hindi rin binabalewala ang mga black hole. Pinipigilan ng mga batas na ito ang sentral na singularidad na ituring na isang punto sa matematika. Sa konteksto ng quantum, ang diameter nito ay ibinibigay ng haba ng Planck-Wheeler, humigit-kumulang katumbas ng 10 -33 sentimetro. Sa lugar na ito, ang ordinaryong espasyo ay hindi na umiral. Karaniwang tinatanggap na ang gitna ng butas ay pinalamanan ng iba't ibang mga topological na istruktura na lumilitaw at namamatay alinsunod sa mga quantum probabilistic na batas. Ang mga katangian ng naturang bubbling quasispace, na tinawag ni Wheeler na quantum foam, ay hindi pa rin gaanong naiintindihan.

Ang pagkakaroon ng isang quantum singularity ay direktang nauugnay sa kapalaran ng mga materyal na katawan na bumabagsak nang malalim sa black hole. Kapag papalapit sa gitna ng butas, anumang bagay na ginawa mula sa kasalukuyang kilalang mga materyales ay madudurog at mapupunit ng tidal forces. Gayunpaman, kahit na ang hinaharap na mga inhinyero at technologist ay lumikha ng ilang uri ng napakalakas na mga haluang metal at mga composite na may mga hindi pa nagagawang pag-aari, lahat sila ay parehong napapahamak na mawala: pagkatapos ng lahat, sa singularity zone ay wala ang karaniwang oras, o ang karaniwang espasyo.

Ngayon isaalang-alang ang hole horizon sa isang quantum mechanical magnifier. Ang walang laman na espasyo - ang pisikal na vacuum - ay talagang hindi walang laman. Dahil sa mga pagbabago sa dami ng iba't ibang larangan sa isang vacuum, maraming mga virtual na particle ang patuloy na ipinanganak at nawasak. Dahil napakalakas ng gravity malapit sa abot-tanaw, ang mga pagbabagu-bago nito ay lumilikha ng napakalakas na pagsabog ng gravitational. Kapag pinabilis sa gayong mga larangan, ang mga bagong panganak na "virtual" ay nakakakuha ng karagdagang enerhiya at kung minsan ay nagiging mga normal na pangmatagalang particle.

Ang mga virtual na particle ay palaging ipinanganak sa mga pares na gumagalaw sa magkasalungat na direksyon (ito ay kinakailangan ng batas ng konserbasyon ng momentum). Kung ang pagbabagu-bago ng gravitational ay kumukuha ng isang pares ng mga particle mula sa vacuum, maaaring mangyari na ang isa sa kanila ay materializes sa labas ng abot-tanaw, at ang pangalawa (ang antiparticle ng una) - sa loob. Ang "panloob" na butil ay mahuhulog sa butas, ngunit ang "panlabas" na butil ay maaaring makatakas sa ilalim ng paborableng mga kondisyon. Bilang isang resulta, ang butas ay nagiging isang mapagkukunan ng radiation at samakatuwid ay nawawalan ng enerhiya at, dahil dito, ang masa. Samakatuwid, ang mga itim na butas ay, sa prinsipyo, hindi matatag.

Ang kababalaghang ito ay tinatawag na Hawking effect, pagkatapos ng kahanga-hangang English theoretical physicist na natuklasan ito noong kalagitnaan ng 1970s. Si Stephen Hawking, sa partikular, ay nagpatunay na ang abot-tanaw ng isang black hole ay naglalabas ng mga photon sa parehong paraan tulad ng isang ganap na itim na katawan na pinainit sa temperatura na T = 0.5 x 10 –7 x M s / M. Mula dito ay sumusunod na habang ang butas ay nagiging manipis, ang temperatura nito ay tumataas, at ang "pagsingaw" ay natural na tumataas. Ang prosesong ito ay napakabagal, at ang buhay ng isang butas ng mass M ay humigit-kumulang 10 65 x (M / M s) 3 taon. Kapag ang laki nito ay naging katumbas ng haba ng Planck-Wheeler, ang butas ay nagiging hindi matatag at sumasabog, na naglalabas ng parehong enerhiya tulad ng sabay-sabay na pagsabog ng isang milyong sampung-megaton na bomba ng hydrogen. Nakakagulat, ang masa ng butas sa oras ng pagkawala nito ay medyo malaki pa rin, 22 micrograms. Ayon sa ilang mga modelo, ang butas ay hindi nawawala nang walang bakas, ngunit nag-iiwan ng isang matatag na relic ng parehong masa, ang tinatawag na maximon.

Maximon ay ipinanganak 40 taon na ang nakakaraan - bilang isang termino at bilang isang pisikal na ideya. Noong 1965, iminungkahi ng Academician M.A. Markov na mayroong pinakamataas na limitasyon sa masa ng elementarya na mga particle. Iminungkahi niyang isaalang-alang ang paglilimita ng halaga na ito ang dimensionality ng masa, na maaaring pagsamahin mula sa tatlong pangunahing pisikal na constants - Planck's constant h, ang bilis ng liwanag C at ang gravitational constant G (para sa mga gusto ng mga detalye: upang gawin ito, kailangan mong multiply h at C, hatiin ang resulta sa G at i-extract Kuwadrado na ugat). Ito ang parehong 22 micrograms na binanggit sa artikulo, ang halagang ito ay tinatawag na Planck mass. Ang parehong mga constant ay maaaring gamitin upang bumuo ng isang dami na may dimensyon ng haba (ang haba ng Planck-Wheeler, 10 -33 cm, ay lalabas) at may sukat ng oras (10 -43 sec).
Nagpatuloy si Markov sa kanyang pangangatwiran. Ayon sa kanyang mga hypotheses e, ang pagsingaw ng isang black hole ay humahantong sa pagbuo ng isang "dry residue" - isang maximon. Tinawag ni Markov ang gayong mga istruktura na elementarya na mga black hole. Hanggang saan ang teoryang ito ay tumutugma sa katotohanan ay isang bukas na tanong pa rin. Sa anumang kaso, ang mga analogue ng Markov maximons ay nabuhay muli sa ilang mga modelo ng black hole batay sa superstring theory.

Kalaliman ng espasyo

Ang mga black hole ay hindi ipinagbabawal ng mga batas ng pisika, ngunit mayroon ba sila sa kalikasan? Ang ganap na mahigpit na katibayan ng pagkakaroon ng hindi bababa sa isang ganoong bagay sa kalawakan ay hindi pa natagpuan. Gayunpaman, malaki ang posibilidad na ang mga stellar black hole ay pinagmumulan ng X-ray sa ilang binary. Ang radiation na ito ay dapat lumabas dahil sa pagsipsip ng kapaligiran ng isang ordinaryong bituin ng gravitational field ng kalapit na butas. Habang gumagalaw ang gas patungo sa horizon ng kaganapan, malakas itong uminit at naglalabas ng X-ray quanta. Hindi kukulangin sa dalawang dosenang X-ray source ang itinuturing na ngayon na angkop na mga kandidato para sa papel ng mga black hole. Bukod dito, ang data ng mga stellar statistics ay nagmumungkahi na mayroong humigit-kumulang sampung milyong butas ng stellar na pinagmulan sa ating Galaxy lamang.

Ang mga black hole ay maaari ding mabuo sa proseso ng gravitational thickening ng matter sa galactic nuclei. Ito ay kung paano lumilitaw ang mga naglalakihang butas na may masa na milyun-milyon at bilyun-bilyong solar mass, na, sa lahat ng posibilidad, ay umiiral sa maraming mga kalawakan. Tila, sa gitna ng Milky Way, na natatakpan ng mga ulap ng alikabok, mayroong isang butas na may masa na 3-4 milyong solar masa.

Si Stephen Hawking ay dumating sa konklusyon na ang mga itim na butas ng arbitrary na masa ay maaaring ipanganak kaagad pagkatapos ng Big Bang, na nagbunga ng ating Uniberso. Ang mga pangunahing butas na tumitimbang ng hanggang isang bilyong tonelada ay sumingaw na, ngunit ang mas mabibigat ay maaari na ngayong magtago sa kalaliman ng kalawakan at, sa takdang panahon, ayusin ang mga cosmic fireworks sa anyo ng malalakas na pagsabog ng gamma radiation. Gayunpaman, ang mga naturang pagsabog ay hindi pa naobserbahan sa ngayon.

Pabrika ng black hole

Posible bang mapabilis ang mga particle sa accelerator sa napakataas na enerhiya at ang kanilang banggaan ay magbubunga ng isang itim na butas? Sa unang sulyap, ang ideyang ito ay simpleng nakakabaliw - ang pagsabog ng butas ay sisira sa lahat ng buhay sa Earth. Bukod dito, hindi ito magagawa sa teknikal. Kung ang pinakamababang masa ng isang butas ay talagang katumbas ng 22 micrograms, kung gayon sa mga yunit ng enerhiya ito ay 10 28 electron-volts. Ang threshold na ito ay 15 order ng magnitude na mas malaki kaysa sa mga kakayahan ng pinakamakapangyarihang accelerator sa mundo, ang Large Hadron Collider (LHC), na ilulunsad sa CERN noong 2007.

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

Gayunpaman, posible na ang karaniwang pagtatantya ng pinakamababang masa ng butas ay labis na na-overestimated. Sa anumang kaso, ito ang sinasabi ng mga physicist, ang pagbuo ng superstring theory, na kinabibilangan ng quantum theory of gravity (bagaman malayo sa kumpleto). Ayon sa teoryang ito, ang espasyo ay walang tatlong dimensyon, ngunit hindi bababa sa siyam. Hindi namin napapansin ang mga karagdagang dimensyon, dahil ang mga ito ay naka-loop sa napakaliit na sukat na hindi sila nakikita ng aming mga instrumento. Gayunpaman, ang gravity ay nasa lahat ng dako, at ito ay tumagos sa mga nakatagong sukat. Sa tatlong-dimensional na espasyo, ang puwersa ng grabidad ay inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya, at sa siyam na dimensional na espasyo - sa ikawalong antas. Samakatuwid, sa isang multidimensional na mundo, ang lakas ng gravitational field na may pagbaba ng distansya ay tumataas nang mas mabilis kaysa sa isang three-dimensional. Sa kasong ito, ang haba ng Planck ay tumataas nang maraming beses, at ang pinakamababang masa ng butas ay bumaba nang husto.

Ang teorya ng string ay hinuhulaan na ang isang black hole na may mass na 10-20 g lamang ay maaaring ipanganak sa siyam na dimensyon na espasyo. Ang kinakalkula na relativistic mass ng mga proton na pinabilis sa CERN super accelerator ay humigit-kumulang pareho. Ayon sa pinaka-optimistikong senaryo, makakagawa ito ng isang butas bawat segundo, na mabubuhay nang mga 10–26 segundo. Sa proseso ng pagsingaw nito, ang lahat ng uri ng elementarya na mga particle ay ipanganak, na magiging madaling irehistro. Ang paglaho ng butas ay hahantong sa pagpapakawala ng enerhiya at, na hindi sapat kahit na magpainit ng isang microgram ng tubig sa bawat ikalibo ng isang degree. Samakatuwid, may pag-asa na ang LHC ay magiging isang pabrika ng hindi nakakapinsalang mga black hole. Kung tama ang mga modelong ito, ang mga butas na ito ay makakapagrehistro ng mga bagong henerasyong orbital cosmic ray detector.

Nalalapat ang lahat ng nasa itaas sa mga nakatigil na black hole. Samantala, may mga umiikot na butas na may isang bungkos ng mga kagiliw-giliw na katangian. Ang mga resulta ng theoretical analysis ng black hole radiation ay humantong din sa isang seryosong muling pag-iisip ng konsepto ng entropy, na nararapat din sa isang hiwalay na talakayan.

Space super flywheels

Ang mga static na neutral na black hole, na pinag-usapan natin, ay hindi pangkaraniwan ang totoong mundo... Ang mga nag-collapse na bituin ay may posibilidad na umiikot at maaari ding naka-charge sa kuryente.

Bald head theorem

Ang mga higanteng butas sa mga galactic core, sa lahat ng posibilidad, ay nabuo mula sa mga pangunahing sentro ng gravitational condensation - isang solong "post-stellar" na butas o ilang mga butas na nagsanib bilang resulta ng mga banggaan. Ang gayong mga butas ng mikrobyo ay lumulunok sa kalapit na mga bituin at interstellar gas at sa gayon ay pinarami ang kanilang masa. Ang bagay na bumabagsak sa ilalim ng abot-tanaw, muli, ay may parehong electric charge (space gas at dust particle ay madaling ionized) at isang rotational moment (ang pagkahulog ay nangyayari na may twist, sa isang spiral). Sa anumang pisikal na proseso, ang sandali ng pagkawalang-galaw at singil ay pinananatili, at samakatuwid ay natural na ipalagay na ang pagbuo ng mga black hole ay walang pagbubukod.

Ngunit ang isang mas malakas na pahayag ay totoo rin, ang isang partikular na kaso ay nabuo sa unang bahagi ng artikulo (tingnan ang A. Levin, The Amazing History of Black Holes, Popular Mechanics, No. 11, 2005). Anuman ang mga ninuno ng macroscopic black hole, natatanggap lamang nito mula sa kanila ang masa, sandali ng pag-ikot at singil ng kuryente. Ayon kay John Wheeler, "isang black hole ay walang buhok." Mas tamang sabihin na hindi hihigit sa tatlong "buhok" ang nakasabit sa abot-tanaw ng anumang butas, na pinatunayan ng pinagsamang pagsisikap ng ilang teoretikal na pisiko noong 1970s. Totoo, ang butas ay dapat ding mapanatili ang isang magnetic charge, ang hypothetical carriers kung saan, magnetic monopoles, ay hinulaang ni Paul Dirac noong 1931. Gayunpaman, ang mga particle na ito ay hindi pa natagpuan, at ito ay masyadong maaga upang pag-usapan ang tungkol sa ika-apat na "buhok". Sa prinsipyo, maaaring may mga karagdagang "buhok" na nauugnay sa mga patlang ng quantum, ngunit sa isang macroscopic hole sila ay ganap na hindi nakikita.

At gayon pa man sila ay umiikot

Kung na-recharge ang isang static na star, magbabago ang sukatan ng spacetime, ngunit mananatiling spherical pa rin ang horizon ng kaganapan. Gayunpaman, ang mga stellar at galactic black hole, para sa isang bilang ng mga kadahilanan, ay hindi maaaring magdala ng isang malaking singil, samakatuwid, mula sa punto ng view ng astrophysics, ang kasong ito ay hindi masyadong kawili-wili. Ngunit ang pag-ikot ng butas ay nangangailangan ng mas malubhang kahihinatnan. Una, nagbabago ang hugis ng abot-tanaw. Ang mga puwersang sentripugal ay pinipiga ito sa kahabaan ng axis ng pag-ikot at iniunat ito sa equatorial plane, upang ang globo ay mag-transform sa isang bagay na parang isang ellipsoid. Sa esensya, ang parehong bagay ay nangyayari sa abot-tanaw tulad ng anumang umiikot na katawan, lalo na, sa ating planeta - pagkatapos ng lahat, ang equatorial radius ng Earth ay 21.5 km na mas mahaba kaysa sa polar. Pangalawa, binabawasan ng pag-ikot ang mga linear na sukat ng abot-tanaw. Alalahanin na ang abot-tanaw ay ang interface sa pagitan ng mga kaganapan na maaaring magpadala o hindi magpadala ng mga signal sa malalayong mundo. Kung ang gravity ng isang butas ay nakakaakit ng light quanta, kung gayon ang mga puwersa ng sentripugal, sa kabaligtaran, ay nag-aambag sa kanilang pagtakas sa kalawakan. Samakatuwid, ang abot-tanaw ng isang umiikot na butas ay dapat na mas malapit sa gitna nito kaysa sa abot-tanaw ng isang static na bituin na may parehong masa.

Ngunit hindi lang iyon. Dinadala ng butas sa pag-ikot nito ang nakapalibot na espasyo. Sa agarang paligid ng butas, ang entrainment ay kumpleto; sa paligid, ito ay unti-unting humina. Samakatuwid, ang abot-tanaw ng butas ay nahuhulog sa isang espesyal na rehiyon ng espasyo - ang ergosphere. Ang hangganan ng ergosphere ay dumadampi sa abot-tanaw sa mga pole at pinakamalayo mula dito sa equatorial plane. Sa ibabaw na ito, ang bilis ng pag-drag ng espasyo ay katumbas ng bilis ng liwanag; sa loob nito ay mas malaki kaysa sa bilis ng liwanag, at sa labas ay mas mababa. Samakatuwid, ang anumang materyal na katawan, maging ito ay isang molekula ng gas, isang particle ng cosmic dust o isang reconnaissance probe, kapag ito ay pumasok sa ergosphere, tiyak na nagsisimula itong umikot sa paligid ng butas, at sa parehong direksyon tulad nito mismo.

Mga Star Generator

Ang pagkakaroon ng ergosphere, sa prinsipyo, ay nagpapahintulot sa butas na magamit bilang isang mapagkukunan ng enerhiya at. Hayaang tumagos ang ilang bagay sa ergosphere at maghiwa-hiwalay doon sa dalawang fragment. Maaaring lumabas na ang isa sa kanila ay mahuhulog sa ilalim ng abot-tanaw, at ang isa ay aalis sa ergosphere, at ang kinetic energy nito ay lalampas ko sa paunang enerhiya ng buong katawan! Ang ergosphere ay mayroon ding kakayahan na palakasin ang electromagnetic radiation na bumabagsak dito at kumalat pabalik sa kalawakan (ang phenomenon na ito ay tinatawag na superradiation).

Gayunpaman, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay hindi rin matitinag - ang mga makinang panghabang-buhay ay hindi umiiral. Kapag ang isang butas ay nagpapakain ng butil o radiation na enerhiya dito, ang sarili nitong rotational energy ay bumababa. Ang space super flywheel ay unti-unting bumagal, at sa huli ay maaari pa itong huminto. Kinakalkula na sa ganitong paraan posible na mag-convert sa enerhiya hanggang sa 29% ng masa ng butas. Tanging ang pagpuksa ng bagay at antimatter ay mas epektibo kaysa sa prosesong ito, dahil sa kasong ito ang masa ay ganap na na-convert sa radiation. Ngunit ang solar thermonuclear fuel ay nasusunog na may mas mababang kahusayan - mga 0.6%.

Dahil dito, ang isang mabilis na umiikot na itim na butas ay halos isang perpektong generator ng enerhiya para sa kosmikong supercivilizations (kung, siyempre, umiiral ang ganyan). Sa anumang kaso, ang kalikasan ay gumagamit ng mapagkukunang ito mula pa noong unang panahon. Ang mga Quasar, ang pinakamakapangyarihang "mga istasyon ng radyo" sa espasyo (mga pinagmumulan ng mga electromagnetic wave), ay kumakain sa enerhiya ng higanteng mga butas na umiikot na matatagpuan sa mga core ng mga kalawakan. Ang hypothesis na ito ay iniharap ni Edwin Salpeter at Yakov Zeldovich noong 1964, at mula noon ito ay naging pangkalahatang tinatanggap. Ang materyal na papalapit sa butas ay bumubuo ng isang singsing na istraktura, ang tinatawag na accretion disk. Dahil ang puwang malapit sa butas ay malakas na baluktot sa pamamagitan ng pag-ikot nito, ang panloob na zone ng disk ay gaganapin sa equatorial plane at dahan-dahang tumira patungo sa horizon ng kaganapan. Ang gas sa zone na ito ay malakas na pinainit ng panloob na friction at bumubuo ng infrared, liwanag, ultraviolet at X-ray, at kung minsan ay gamma quanta. Ang mga Quasar ay naglalabas din ng non-thermal radio emission, na higit sa lahat ay dahil sa synchrotron effect.

Napakababaw na entropy

Itinatago ng bald hole theorem ang isang napaka-insidious pitfall. Ang gumuho na bituin ay isang patak ng superhot na gas na na-compress ng gravitational forces. Kung mas mataas ang density at temperatura ng stellar plasma, mas mababa ang pagkakasunud-sunod at mas maraming kaguluhan sa loob nito. Ang antas ng kaguluhan ay ipinahayag ng isang napaka tiyak na pisikal na dami - entropy. Sa paglipas ng panahon, ang entropy ng anumang nakahiwalay na bagay ay tumataas - ito ang kakanyahan ng pangalawang batas ng thermodynamics. Ang entropy ng bituin bago ang simula ng pagbagsak ay napakataas, at ang entropy ng butas ay tila napakaliit, dahil tatlong mga parameter lamang ang kinakailangan para sa isang hindi malabo na paglalarawan ng butas. Ang pangalawang batas ba ng thermodynamics ay nilabag sa kurso ng gravitational collapse?

Maaari bang ipagpalagay na kapag ang isang bituin ay naging isang supernova, ang entropy nito ay dinadala kasama ng inilabas na shell? Sa kasamaang palad hindi. Una, ang masa ng sobre ay hindi maihahambing sa masa ng bituin, samakatuwid, ang pagkawala ng entropy ay magiging maliit. Pangalawa, madaling makabuo ng isang mas nakakumbinsi na mental na "pagpabulaanan" ng pangalawang batas ng thermodynamics. Hayaang mahulog ang katawan ng nonzero na temperatura, na nagtataglay ng ilang uri ng entropy, sa zone ng atraksyon ng isang yari na butas. Ang pagkakaroon ng nahulog sa ilalim ng abot-tanaw ng kaganapan, ito ay mawawala kasama ang mga reserbang entropy nito, at ang entropy ng butas, malamang, ay hindi na tataas. May isang tukso na magtaltalan na ang entropy ng dayuhan ay hindi nawawala, ngunit inilipat sa loob ng butas, ngunit ito ay isang pandiwang panlilinlang lamang. Ang mga batas ng pisika ay natutupad sa isang mundong naa-access sa amin at sa aming mga device, at ang lugar sa ilalim ng horizon ng kaganapan para sa sinumang tagamasid sa labas ay terra incognita.

Ang kabalintunaan na ito ay nalutas ng nagtapos na estudyante ni Wheeler na si Jacob Bekenstein. Ang Thermodynamics ay may napakalakas na mapagkukunang intelektwal - ang teoretikal na pag-aaral ng mga mainam na makina ng init. Gumawa si Bekenstein ng isang mental device na nagpapalit ng init sa isang kapaki-pakinabang na trabaho gamit ang black hole bilang pampainit. Gamit ang modelong ito, kinakalkula niya ang entropy ng black hole, na naging proporsyonal sa lugar ng horizon ng kaganapan... Ang lugar na ito ay proporsyonal sa parisukat ng radius ng butas, na kung saan, isipin, ay proporsyonal sa masa nito. Kapag ang anumang panlabas na bagay ay nakuha, ang masa ng butas ay tumataas, ang radius ay humahaba, ang lugar ng abot-tanaw ay tumataas at, nang naaayon, ang entropy ay tumataas. Ipinakita ng mga kalkulasyon na ang entropy ng isang butas na nakalunok ng isang dayuhang bagay ay lumampas sa kabuuang entropy ng bagay na ito at ang butas bago sila magkita. Katulad nito, ang entropy ng gumuho na bituin ay maraming mga order ng magnitude na mas mababa kaysa sa entropy ng butas ng tagapagmana. Sa katunayan, sumusunod ito mula sa pangangatwiran ni Bekenstein na ang ibabaw ng butas ay may nonzero na temperatura at samakatuwid ay dapat lamang na naglalabas ng mga thermal photon (at, kung sapat ang init, iba pang mga particle din). Gayunpaman, si Bekenstein ay hindi nangahas na pumunta nang ganoon kalayo (ang hakbang na ito ay ginawa ni Stephen Hawking).

Ano ang narating natin? Ang mga pagmumuni-muni sa mga itim na butas ay hindi lamang nag-iiwan sa pangalawang batas ng thermodynamics na hindi matitinag, ngunit ginagawang posible upang pagyamanin ang konsepto ng entropy. Entropy ng karaniwan pisikal na katawan ay higit pa o hindi gaanong proporsyonal sa dami nito, at ang entropy ng butas ay proporsyonal sa ibabaw ng horizon. Maaari itong mahigpit na patunayan na ito ay mas malaki kaysa sa entropy ng anumang materyal na bagay na may parehong mga linear na sukat. Ibig sabihin nito ay maximum Ang entropy ng isang saradong lugar ng espasyo ay natutukoy ng eksklusibo ng lugar ng panlabas na hangganan nito! Tulad ng nakikita natin, ang isang teoretikal na pagsusuri ng mga katangian ng mga itim na butas ay nagpapahintulot sa isa na gumuhit ng napakalalim na konklusyon ng isang pangkalahatang pisikal na kalikasan.

Tumitingin sa kailaliman ng sansinukob

Paano isinasagawa ang paghahanap ng mga black hole sa kailaliman ng kalawakan? Ang tanong na ito ay binanggit ng Popular Mechanics sa sikat na astrophysicist, propesor ng Harvard University na si Ramesh Narayan.

"Ang pagtuklas ng mga black hole ay dapat ituring na isa sa mga pinakadakilang tagumpay ng modernong astronomiya at astrophysics. Sa nakalipas na mga dekada, libu-libong X-ray source ang natukoy sa kalawakan, bawat isa ay binubuo ng isang normal na bituin at isang napakaliit na bagay na hindi maliwanag na napapalibutan ng isang accretion disk. Ang mga madilim na katawan, na may mga masa mula sa isa at kalahati hanggang tatlong solar mass, ay malamang na mga neutron star. Gayunpaman, kabilang sa mga hindi nakikitang bagay na ito ay mayroong hindi bababa sa dalawang dosenang halos isang daang porsyento na kandidato para sa papel ng isang black hole. Bilang karagdagan, napagkasunduan ng mga siyentipiko na mayroong hindi bababa sa dalawang higanteng black hole na nakatago sa mga galactic core. Ang isa sa kanila ay matatagpuan sa gitna ng ating Galaxy; ayon sa publikasyon noong nakaraang taon ng mga astronomo mula sa Estados Unidos at Alemanya, ang masa nito ay 3.7 milyong solar masa (M s). Ilang taon na ang nakalilipas, ang aking mga kasamahan sa Harvard-Smithsonian Astrophysical Center na sina James Moran at Lincoln Greenhill ay gumawa ng malaking kontribusyon sa pagtimbang ng butas sa gitna ng Seyfert galaxy NGC 4258, na nakakuha ng 35 milyong M s. Sa lahat ng posibilidad, ang mga core ng maraming galaxy ay naglalaman ng mga butas na may masa mula sa isang milyon hanggang ilang bilyong M s.

Sa ngayon, walang paraan upang ayusin ang isang tunay na natatanging lagda ng isang black hole mula sa Earth - ang pagkakaroon ng isang abot-tanaw ng kaganapan. Gayunpaman, alam na natin kung paano kumbinsido sa kawalan nito. Ang radius ng neutron star ay 10 kilometro; ang parehong pagkakasunud-sunod ng magnitude at ang radius ng mga butas na ipinanganak bilang resulta ng pagbagsak ng mga bituin. Gayunpaman, ang isang neutron star ay may matigas na ibabaw, habang ang isang butas ay hindi. Ang pagbagsak ng matter sa ibabaw ng isang neutron star ay nagsasangkot ng mga thermonuclear explosions, na bumubuo ng mga panaka-nakang pagsabog ng X-ray sa isang pangalawang tagal. At kapag ang gas ay umabot sa abot-tanaw ng black hole, ito ay napupunta sa ilalim nito at hindi nagpapakita ng sarili sa anumang radiation. Samakatuwid, ang kawalan ng maikling X-ray flare ay isang malakas na kumpirmasyon ng parang butas na katangian ng bagay. Ang lahat ng dalawang dosenang binary system, na malamang na naglalaman ng mga black hole, ay hindi naglalabas ng gayong mga flare.

Dapat aminin na ngayon ay napipilitan tayong makuntento sa negatibong ebidensya ng pagkakaroon ng black hole. Ang mga bagay na idineklara naming mga butas ay hindi maaaring maging anumang bagay mula sa punto ng view ng pangkalahatang tinatanggap na mga teoretikal na modelo. Sa madaling salita, itinuturing namin ang mga ito bilang mga butas lamang dahil hindi namin makatwirang isaalang-alang ang mga ito bilang iba pa. Sana ang mga susunod na henerasyon ng mga astronomo ay maging mas mapalad.

Sa mga salita ni Propesor Narayan, maaari nating idagdag na ang mga astronomo ay matagal nang naniniwala sa katotohanan ng pagkakaroon ng mga black hole. Sa kasaysayan, ang unang mapagkakatiwalaang kandidato para sa posisyon na ito ay ang madilim na satellite ng napakaliwanag na asul na supergiant na HDE 226868, 6500 light-years ang layo mula sa amin. Natuklasan ito noong unang bahagi ng 1970s sa Cygnus X-1 X-ray binary system. Ayon sa pinakahuling data, ang masa nito ay humigit-kumulang 20 M s. Kapansin-pansin na noong Setyembre 20 sa taong ito, ang data ay nai-publish na halos ganap na nagtanggal ng mga pagdududa tungkol sa katotohanan ng isa pang galactic-scale hole, ang pagkakaroon kung saan unang pinaghihinalaan ng mga astronomo 17 taon na ang nakakaraan. Ito ay matatagpuan sa gitna ng galaxy M31, na mas kilala bilang Andromeda Nebula. Napakaluma na ng Galaxy M31, mga 12 bilyong taong gulang. Ang butas ay medyo malaki din - 140 milyong solar masa. Sa taglagas ng 2005, sa wakas ay kumbinsido ang mga astronomo at astrophysicist sa pagkakaroon ng tatlong napakalaking black hole at ilang dosenang higit pa sa kanilang mga mas katamtamang kasama.

Ang hatol ng mga teorista

Nagawa din ng Popular Mechanics na makipag-usap sa dalawa sa mga pinaka-makapangyarihang eksperto sa teorya ng grabitasyon, na nagtalaga ng mga dekada ng pananaliksik sa larangan ng black hole. Hiniling namin sa kanila na ilista ang pinakamahalagang tagumpay sa lugar na ito. Narito ang sinabi sa amin ni Kip Thorne, propesor ng teoretikal na pisika sa California Institute of Technology:

"Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga macroscopic black hole, na mahusay na inilarawan ng mga equation ng pangkalahatang relativity, kung gayon sa larangan ng kanilang teorya, ang mga pangunahing resulta ay nakuha noong 60-80s ng XX century. Tungkol sa kamakailang trabaho, ang pinaka-kawili-wili sa kanila ay nagbigay-daan sa isang mas mahusay na pag-unawa sa mga prosesong nagaganap sa loob ng isang black hole habang ito ay tumatanda. Sa mga nagdaang taon, ang malaking pansin ay binayaran sa mga modelo ng mga black hole sa mga multidimensional na espasyo, na natural na lumilitaw sa teorya ng string. Ngunit ang mga pag-aaral na ito ay hindi na nauugnay sa klasiko, ngunit sa mga butas ng kabuuan na hindi pa natuklasan. Ang pangunahing resulta ng mga nakaraang taon ay napakakumbinsi na astrophysical confirmation ng katotohanan ng pagkakaroon ng mga butas na may mass ng ilang solar mass, pati na rin ang mga supermassive na butas sa mga sentro ng mga kalawakan. Ngayon ay wala nang anumang pag-aalinlangan na ang mga butas na ito ay talagang umiiral at naiintindihan namin nang mabuti ang mga proseso ng kanilang pagbuo."

Si Valery Frolov, isang estudyante ng Academician Markov, isang propesor sa Unibersidad ng Canadian Province of Albert, ay sumagot sa parehong tanong:

"Una sa lahat, tatawagin ko ang pagtuklas ng isang black hole sa gitna ng ating Galaxy. Ang mga teoretikal na pag-aaral ng mga butas sa mga puwang na may karagdagang mga sukat ay napaka-interesante din, mula sa kung saan sinusunod nito ang posibilidad ng paglikha ng mga minhole sa mga eksperimento sa collider accelerators at sa mga proseso ng pakikipag-ugnayan ng mga cosmic ray na may terrestrial na bagay. Kamakailan lamang, nagpadala si Stephen Hawking ng isang preprint ng trabaho, kung saan sinusundan nito na ang thermal radiation mula sa isang black hole ay ganap na bumalik sa labas ng mundo ng impormasyon tungkol sa estado ng mga bagay na nahulog sa ilalim ng abot-tanaw nito. Dati, naniniwala siya na ang impormasyong ito ay hindi na maibabalik, ngunit ngayon ay dumating siya sa kabaligtaran na konklusyon. Gayunpaman, dapat itong bigyang-diin na ang problemang ito ay malulutas lamang sa wakas batay sa quantum theory of gravity, na hindi pa nabubuo.

Ang gawa ni Hawking ay nararapat sa isang hiwalay na komento. Mula sa pangkalahatang mga prinsipyo ng quantum mechanics, sumusunod na walang impormasyon ang nawawala nang walang bakas, ngunit marahil ay pumasa sa isang hindi gaanong "nababasa" na anyo. Gayunpaman, ang mga itim na butas ay hindi na mababawi na sumisira sa bagay at, tila, nakikitungo sa impormasyon nang kasing malupit. Noong 1976 inilathala ni Hawking ang isang artikulo kung saan ang konklusyong ito ay sinusuportahan ng isang mathematical apparatus. Ang ilang mga teorista ay sumang-ayon sa kanya, ang ilan ay hindi; sa partikular, ang mga string theorists ay naniniwala na ang impormasyon ay hindi masisira. Sa isang kumperensya sa Dublin noong nakaraang tag-araw, sinabi ni Hawking na ang impormasyon ay nakaimbak pa rin at umalis sa ibabaw ng evaporating hole kasama ng thermal radiation. Sa pulong na ito, ipinakita lamang ni Hawking ang isang diagram ng kanyang mga bagong kalkulasyon, na nangangako na mai-publish ang mga ito nang buo sa paglipas ng panahon. At ngayon, gaya ng sinabi ni Valery Frolov, ang gawaing ito ay naging available bilang preprint.

Sa wakas, tinanong namin si Propesor Frolov na ipaliwanag kung bakit itinuturing niyang ang mga black hole ay isa sa mga pinakakahanga-hangang imbensyon ng talino ng tao.

"Ang mga astronomo ay nakatuklas ng mga bagay sa mahabang panahon na hindi nangangailangan ng malaking bagong pisikal na ideya upang maunawaan. Nalalapat ito hindi lamang sa mga planeta, bituin at kalawakan, kundi pati na rin sa mga kakaibang katawan gaya ng mga white dwarf at neutron star. Ngunit ang isang black hole ay isang bagay na ganap na naiiba, ito ay isang pambihirang tagumpay sa hindi alam. May nagsabi na nasa loob niya pinakamagandang lugar upang mapaunlakan ang underworld. Ang pag-aaral ng mga butas, lalo na ang mga singularidad, ay pinipilit lamang ang paggamit ng mga di-karaniwang konsepto at modelo na, hanggang kamakailan, ay halos hindi tinalakay sa pisika - halimbawa, quantum gravity at string theory. Narito ang maraming mga problema na lumitaw na hindi pangkaraniwan para sa pisika, kahit na masakit, ngunit, tulad ng malinaw na ngayon, ay ganap na totoo. Samakatuwid, ang pag-aaral ng mga butas ay patuloy na nangangailangan ng panimula ng mga bagong teoretikal na diskarte, kabilang ang mga nasa gilid ng ating kaalaman sa pisikal na mundo.

Sa pagitan ng Pranses at British, minsan ay may kalahating biro, at kung minsan ay isang seryosong kontrobersya: sino ang dapat ituring na tumutuklas ng posibilidad ng pagkakaroon ng mga hindi nakikitang bituin - ang Pranses na si P. Laplace o ang Ingles na si J. Michell? Noong 1973, binanggit ng sikat na English theoretical physicist na sina S. Hawking at G. Ellis, sa isang aklat na nakatuon sa modernong mga espesyal na problema sa matematika ng istraktura ng espasyo at oras, ang gawain ng Pranses na si P. Laplace na may patunay ng posibilidad ng pagkakaroon ng mga itim na bituin; noon ay hindi pa alam ang gawa ni J. Michell. Noong taglagas ng 1984, ang sikat na English astrophysicist na si M Rice, na nagsasalita sa isang kumperensya sa Toulouse, ay nagsabi na kahit na hindi masyadong maginhawang magsalita sa teritoryo ng France, dapat niyang bigyang-diin na ang Englishman na si J. Michell ang unang nanghula. hindi nakikitang mga bituin, at nagpakita ng isang snapshot ng unang pahina ng kanyang kaukulang gawain. Ang makasaysayang pahayag na ito ay sinalubong ng palakpakan at ngiti ng mga naroroon.

Paano natin hindi maaalala ang mga talakayan sa pagitan ng mga Pranses at British tungkol sa kung sino ang hinulaang ang posisyon ng planetang Neptune batay sa mga kaguluhan sa paggalaw ng Uranus: ang Pranses na si W. Le Verrier o ang Ingles na si J. Adams? Tulad ng alam mo, ang parehong mga siyentipiko ay nakapag-iisa nang wastong ipinahiwatig ang posisyon ng bagong planeta. Pagkatapos ay mas mapalad ang Pranses na si W. Le Verrier. Ito ang kapalaran ng maraming pagtuklas. Kadalasan ang mga ito ay halos sabay-sabay at independiyenteng ginagawa ng iba't ibang tao.Kadalasan, ang priyoridad ay ibinibigay sa mga mas malalim na napasok sa esensya ng problema, ngunit kung minsan ito ay mga kapritso lamang ng kapalaran.

Ngunit ang hula ni P. Laplace at J. Michill ay hindi pa isang tunay na hula ng isang black hole. Bakit?

Ang katotohanan ay na sa panahon ng Laplace ay hindi pa alam na walang maaaring gumalaw nang mas mabilis kaysa sa liwanag sa kalikasan. Imposibleng maabutan ang liwanag sa kawalan! Ito ay itinatag ni A Einstein sa espesyal na teorya ng relativity na nasa ating siglo na. Samakatuwid, para kay P. Laplace, ang bituin na kanyang isinasaalang-alang ay itim lamang (hindi maliwanag), at hindi niya malalaman na ang naturang bituin ay nawawalan ng kakayahan sa pangkalahatan na "makipag-usap" sa labas ng mundo, upang "makipag-usap" sa anumang bagay. malayong mundo tungkol sa mga pangyayaring nagaganap dito. ... Sa madaling salita, hindi pa niya alam na ito ay hindi lamang isang "itim", kundi isang "butas" kung saan maaaring mahulog ang isa, ngunit imposibleng makalabas. Ngayon alam natin na kung ang ilaw ay hindi maaaring lumabas sa isang tiyak na lugar ng espasyo, nangangahulugan ito na walang maaaring lumabas, at tinatawag natin ang isang bagay na isang black hole.

Ang isa pang dahilan kung bakit hindi maituturing na mahigpit ang pangangatwiran ni Laplace ay ang pag-iisip niya sa mga garvitational field ng napakalaking lakas, kung saan ang pagbagsak ng mga katawan ay pinabilis sa bilis ng liwanag, at ang papalabas na liwanag mismo ay maaaring maantala, at sa parehong oras ay inilapat niya ang batas. ng grabitasyon Newton.

Ipinakita ni A. Einstein ”na para sa gayong mga larangan ang teorya ng grabitasyon ni Newton ay hindi naaangkop, at lumikha ng isang bagong teorya na wasto para sa superstrong, gayundin para sa mabilis na pagbabago ng mga patlang (kung saan ang teorya ni Newton ay hindi rin naaangkop!), At. tinawag itong pangkalahatang teorya ng relativity. Ang mga konklusyon ng teoryang ito ang dapat gamitin upang patunayan ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga black hole at pag-aralan ang kanilang mga katangian.

Ang pangkalahatang relativity ay isang kamangha-manghang teorya. Ito ay napakalalim at balingkinitan na ito ay nagdudulot ng isang pakiramdam ng aesthetic na kasiyahan sa lahat ng nakakakilala dito. Tinawag ito ng mga pisikong Sobyet na sina L. Landau at E. Lifshits sa kanilang aklat-aralin na "Field Theory" na "pinakamaganda sa lahat ng umiiral na pisikal na teorya." Sinabi ng German physicist na si Max Born tungkol sa pagtuklas ng teorya ng relativity: "Hinahangaan ko siya bilang isang gawa ng sining." A Sobyet na pisiko Isinulat ni V. Ginzburg na ito ay nagbubunga ng "... isang pakiramdam ... katulad ng naranasan kapag tumitingin sa mga pinaka-natitirang obra maestra ng pagpipinta, eskultura o arkitektura."

Maraming mga pagtatangka sa isang tanyag na paglalahad ng teorya ni Einstein, siyempre, ay maaaring magbigay ng pangkalahatang impresyon dito. Ngunit, sa totoo lang, ito ay kasing liit ng rapture ng pag-alam sa teorya mismo, dahil ang kakilala sa isang pagpaparami ng "Sistine Madonna" ay naiiba sa karanasan na lumitaw kapag isinasaalang-alang ang orihinal na nilikha ng henyo ni Raphael.

At gayunpaman, kapag walang posibilidad na humanga sa orihinal, posible (at kinakailangan!) Upang maging pamilyar sa mga magagamit na reproductions, mas mahusay na mga mahusay (at mayroong lahat ng mga uri).

Novikov I.D.

Noong Abril 10, isang grupo ng mga astrophysicist mula sa Event Horizon Telescope project ang naglabas ng kauna-unahang snapshot ng isang black hole. Ang mga naglalakihang ngunit hindi nakikitang mga bagay sa kalawakan ay ilan pa rin sa mga pinakamisteryoso at nakakaintriga sa ating Uniberso.

Basahin sa ibaba

Ano ang black hole?

Ang black hole ay isang bagay (rehiyon sa space-time) na ang gravity ay napakalakas na nakakaakit ng lahat ng kilalang bagay, kabilang ang mga gumagalaw sa bilis ng liwanag. Ang quanta ng liwanag mismo ay hindi rin makaalis sa rehiyong ito, kaya hindi nakikita ang black hole. Maaari mo lamang obserbahan ang mga electromagnetic wave, radiation at pagbaluktot ng espasyo sa paligid ng black hole. Ang na-publish na Event Horizon Telescope ay naglalarawan sa horizon ng kaganapan ng black hole - ang gilid ng isang rehiyon ng super-gravity na na-frame ng isang accretion disk - luminous matter na "sinipsip" ng butas.

Ang terminong "black hole" ay lumitaw sa kalagitnaan ng XX century, ito ay ipinakilala ng American theoretical physicist na si John Archibald Wheeler. Una niyang ginamit ang termino sa isang pang-agham na kumperensya noong 1967.

Gayunpaman, ang mga pagpapalagay tungkol sa pagkakaroon ng mga bagay na napakalaki na kahit na ang liwanag ay hindi maaaring madaig ang puwersa ng kanilang pagkahumaling, ay ibinalik noong ika-18 siglo. Ang modernong teorya ng black hole ay nagsimulang mabuo sa loob ng balangkas ng pangkalahatang relativity. Kapansin-pansin, si Albert Einstein mismo ay hindi naniniwala sa pagkakaroon ng mga black hole.

Saan nagmula ang mga black hole?

Naniniwala ang mga siyentipiko na ang mga black hole ay may iba't ibang pinagmulan. Ang napakalaking bituin ay nagiging isang black hole sa pagtatapos ng kanilang buhay: sa paglipas ng bilyun-bilyong taon, ang komposisyon ng mga gas at pagbabago ng temperatura sa kanila, na humahantong sa isang kawalan ng timbang sa pagitan ng gravity ng bituin at ang presyon ng mga mainit na gas. Pagkatapos ay bumagsak ang bituin: bumababa ang dami nito, ngunit dahil hindi nagbabago ang masa, tumataas ang density. Ang isang tipikal na stellar mass black hole ay may radius na 30 kilometro at isang density na higit sa 200 milyong tonelada bawat cubic centimeter. Para sa paghahambing: para maging black hole ang Earth, dapat na 9 millimeters ang radius nito.

May isa pang uri ng black hole - napakalaking black hole na bumubuo sa nuclei ng karamihan sa mga galaxy. Ang kanilang masa ay isang bilyong beses kaysa sa mga stellar black hole. Ang pinagmulan ng supermassive black hole ay hindi alam, ito ay hypothesized na sila ay dating stellar mass black hole na lumaki, na lumalamon sa iba pang mga bituin.

Mayroon ding isang kontrobersyal na ideya ng pagkakaroon ng primordial black hole, na maaaring lumitaw mula sa compression ng anumang masa sa simula ng uniberso. Bilang karagdagan, mayroong isang pagpapalagay na ang napakaliit na mga itim na butas na may masa na malapit sa masa ng mga elementarya na particle ay nabuo sa Large Hadron Collider. Gayunpaman, wala pang kumpirmasyon sa bersyong ito.

Lalamunin ba ng black hole ang ating kalawakan?

Sa gitna ng Milky Way galaxy mayroong isang black hole - Sagittarius A *. Ang masa nito ay apat na milyong beses ang masa ng Araw, at ang laki nito - 25 milyong kilometro - ay humigit-kumulang katumbas ng diameter ng 18 araw. Ang ganitong sukat ay nakapagtataka: hindi ba isang black hole ang nagbabanta sa ating buong kalawakan? Hindi lamang mga manunulat ng science fiction ang may batayan para sa gayong mga pagpapalagay: ilang taon na ang nakalipas, iniulat ng mga siyentipiko ang tungkol sa kalawakan na W2246-0526, na matatagpuan 12.5 bilyong light years mula sa ating planeta. Ayon sa paglalarawan ng mga astronomo, ang napakalaking itim na butas sa gitna ng W2246-0526 ay unti-unting napunit, at ang resultang radiation ay nakakalat ng mainit na higanteng ulap ng gas sa lahat ng direksyon. Napunit ng isang black hole, ang kalawakan ay kumikinang nang mas maliwanag kaysa sa 300 trilyong araw.

Gayunpaman, ang ating tahanan na kalawakan ay hindi nanganganib (kahit sa maikling panahon). Karamihan sa mga bagay sa Milky Way, kabilang ang solar system, ay masyadong malayo sa isang black hole upang maramdaman ang paghila nito. Bilang karagdagan, ang "aming" black hole ay hindi sumisipsip sa lahat ng materyal, tulad ng isang vacuum cleaner, ngunit gumaganap lamang bilang isang gravitational anchor para sa isang pangkat ng mga bituin sa orbit sa paligid nito - tulad ng Araw para sa mga planeta.

Gayunpaman, kahit na lumampas tayo sa abot-tanaw ng kaganapan ng isang black hole, kung gayon, malamang, hindi natin ito mapapansin.

Ano ang mangyayari kung "mahulog" ka sa isang black hole?

Ang isang bagay na naaakit ng isang black hole, malamang, ay hindi na makakabalik mula doon. Upang malampasan ang gravity ng isang black hole, kailangan mong bumuo ng isang bilis na mas mataas kaysa sa bilis ng liwanag, ngunit ang sangkatauhan ay hindi pa alam kung paano ito gagawin.

Ang gravitational field sa paligid ng black hole ay napakalakas at inhomogeneous, kaya lahat ng bagay na malapit dito ay nagbabago ng hugis at istraktura. Ang gilid ng bagay na mas malapit sa horizon ng kaganapan ay naaakit ng higit na puwersa at bumabagsak nang mas mabilis, kaya ang buong bagay ay umaabot, na nagiging parang macaroni. Inilarawan niya ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa kanyang aklat na " Maikling kwento oras "ang sikat na theoretical physicist na si Stephen Hawking. Bago pa man si Hawking, tinawag ng mga astrophysicist ang phenomenon na ito na spaghettification.

Kung inilalarawan mo ang spaghettification mula sa punto ng view ng isang astronaut na unang lumipad hanggang sa isang black hole feet, pagkatapos ay ang gravitational field ay higpitan ang kanyang mga binti, at pagkatapos ay iunat at punitin ang katawan, na gagawing isang stream ng mga subatomic particle.

Imposibleng makakita ng pagkahulog sa isang black hole mula sa labas, dahil sumisipsip ito ng liwanag. Ang isang tagamasid sa labas ay makikita lamang na ang isang bagay na papalapit sa isang black hole ay unti-unting bumagal, at pagkatapos ay ganap na huminto. Pagkatapos nito, ang silweta ng bagay ay magiging mas malabo, makakuha ng isang pulang kulay, at sa wakas ay mawawala na lamang magpakailanman.

Ayon sa palagay ni Stephen Hawking, lahat ng bagay na naaakit ng black hole ay nananatili sa horizon ng kaganapan. Mula sa teorya ng relativity, sumusunod na malapit sa isang black hole ang oras ay bumagal hanggang sa isang paghinto, kaya para sa isa na bumagsak, ang pagbagsak sa black hole mismo ay maaaring hindi kailanman mangyari.

Anong nasa loob?

Para sa mga malinaw na dahilan, walang maaasahang sagot sa tanong na ito ngayon. Gayunpaman, sumasang-ayon ang mga siyentipiko na sa loob ng isang black hole ang mga batas ng pisika na nakasanayan nating hindi na gumagana. Ayon sa isa sa mga pinaka-kapana-panabik at kakaibang hypotheses, ang space-time continuum sa paligid ng black hole ay nabaluktot nang husto na ang isang butas ay nabuo sa katotohanan mismo, na maaaring maging isang portal sa ibang uniberso - o ang tinatawag na wormhole.

Itim na butas: ang pinaka mahiwagang bagay sa uniberso

Dahil sa medyo kamakailang pagtaas ng interes sa paggawa ng mga sikat na pelikulang pang-agham sa paksa ng paggalugad sa kalawakan, marami nang narinig ang modernong manonood tungkol sa mga phenomena gaya ng singularity, o black hole. Gayunpaman, ang mga pelikula, malinaw naman, ay hindi nagbubunyag ng buong katangian ng mga hindi pangkaraniwang bagay na ito, at kung minsan ay binabaluktot pa ang mga nabuong teoryang siyentipiko para sa higit na pagiging epektibo. Para sa kadahilanang ito, ang representasyon ng marami modernong tao tungkol sa mga phenomena na ito alinman sa ganap na mababaw, o ganap na mali. Ang isa sa mga solusyon sa problema ay ang artikulong ito, kung saan susubukan naming maunawaan ang umiiral na mga resulta ng pananaliksik at sagutin ang tanong - ano ang black hole?

Noong 1784, unang binanggit ng English priest at naturalist na si John Michell sa isang liham sa Royal Society ang ilang hypothetical na napakalaking katawan na may napakalakas na gravitational attraction na ang pangalawang cosmic speed para dito ay lalampas sa bilis ng liwanag. Ang pangalawang bilis ng kosmiko ay ang bilis na kakailanganin ng isang medyo maliit na bagay upang mapagtagumpayan ang gravitational attraction ng isang celestial body at lumampas sa saradong orbit sa paligid ng katawan na ito. Ayon sa kanyang mga kalkulasyon, ang isang katawan na may density ng Araw at isang radius na 500 solar radii ay magkakaroon sa ibabaw nito ng pangalawang cosmic speed na katumbas ng bilis ng liwanag. Sa kasong ito, kahit na ang liwanag ay hindi umalis sa ibabaw ng naturang katawan, at samakatuwid ang katawan na ito ay sumisipsip lamang ng papasok na liwanag at mananatiling hindi nakikita ng nagmamasid - isang uri ng itim na lugar laban sa background ng madilim na espasyo.

Gayunpaman, ang konsepto ni Michell ng isang napakalaking katawan ay hindi nakakaakit ng maraming interes, hanggang sa gawain ni Einstein. Alalahanin natin na tinukoy ng huli ang bilis ng liwanag bilang ang paglilimita ng bilis ng paghahatid ng impormasyon. Bilang karagdagan, pinalawak ni Einstein ang teorya ng grabitasyon para sa mga bilis na malapit sa bilis ng liwanag (). Bilang resulta, hindi na nauugnay ang paglalapat ng Newtonian theory sa black hole.

Ang equation ni Einstein

Bilang resulta ng aplikasyon ng pangkalahatang relativity sa mga itim na butas at ang solusyon ng mga equation ni Einstein, ang mga pangunahing parameter ng isang black hole ay nakilala, kung saan mayroon lamang tatlo: mass, electric charge at angular momentum. Dapat pansinin ang makabuluhang kontribusyon ng Indian astrophysicist na si Subramanian Chandrasekhar, na lumikha ng pangunahing monograph: "The Mathematical Theory of Black Holes."

Kaya, ang solusyon sa mga equation ni Einstein ay ipinakita ng apat na opsyon para sa apat na posibleng uri ng black hole:

• BH na walang pag-ikot at walang bayad - solusyon ni Schwarzschild. Isa sa mga unang paglalarawan ng isang black hole (1916) gamit ang mga equation ni Einstein, ngunit nang hindi isinasaalang-alang ang dalawa sa tatlong mga parameter ng katawan. Ang solusyon ng German physicist na si Karl Schwarzschild ay ginagawang posible upang makalkula ang panlabas na gravitational field ng isang spherical na napakalaking katawan. Ang kakaiba ng konsepto ng BH ng German scientist ay ang pagkakaroon ng isang event horizon at ang nakatago sa likod nito. Gayundin, unang kinakalkula ni Schwarzschild ang gravitational radius, na tumanggap ng kanyang pangalan, na tumutukoy sa radius ng globo kung saan matatagpuan ang horizon ng kaganapan para sa isang katawan na may isang naibigay na masa.
• BH na walang pag-ikot na may bayad - Reisner-Nordström solution. Isang solusyon na iniharap noong 1916-1918, na isinasaalang-alang ang posibleng electric charge ng black hole. Ang singil na ito ay hindi maaaring basta-basta malaki at limitado dahil sa nagreresultang de-koryenteng repulsion. Ang huli ay dapat mabayaran ng gravitational attraction.
• BH na may pag-ikot at walang bayad - solusyon ni Kerr (1963). Ang umiikot na black hole ng Kerr ay naiiba sa isang static na butas sa pamamagitan ng pagkakaroon ng tinatawag na ergosphere (basahin ang tungkol dito at iba pang bahagi ng black hole sa ibaba).
• BH na may rotation at charge - Kerr - Newman solution. Ang solusyon na ito ay kinakalkula noong 1965 at kasalukuyang pinakakumpleto, dahil isinasaalang-alang nito ang lahat ng tatlong mga parameter ng BH. Gayunpaman, ipinapalagay pa rin na sa kalikasan ang mga black hole ay may hindi gaanong halaga.

Pagbuo ng black hole

Mayroong ilang mga teorya tungkol sa kung paano bumubuo at lumilitaw ang isang itim na butas, ang pinakatanyag na kung saan ay ang pagbuo ng isang bituin na may sapat na masa bilang resulta ng pagbagsak ng gravitational. Maaaring tapusin ng compression na ito ang ebolusyon ng mga bituin na may mass na higit sa tatlong solar mass. Sa pagkumpleto ng mga thermonuclear reaksyon sa loob ng naturang mga bituin, nagsisimula silang mabilis na bumagsak sa superdense. Kung ang presyon ng gas ng neutron star ay hindi makabawi para sa mga puwersa ng gravitational, iyon ay, ang masa ng bituin ay nagtagumpay sa tinatawag na. ang limitasyon ng Oppenheimer-Volkov, pagkatapos ay magpapatuloy ang pagbagsak, na may resulta na ang bagay ay na-compress sa isang black hole.

Ang pangalawang senaryo, na naglalarawan sa pagsilang ng isang black hole, ay ang compression ng protogalactic gas, iyon ay, interstellar gas na nasa yugto ng pagbabago sa isang kalawakan o ilang uri ng kumpol. Kung walang sapat na panloob na presyon upang mabayaran ang parehong mga puwersa ng gravitational, maaaring magkaroon ng black hole.

Dalawang iba pang mga senaryo ang nananatiling hypothetical:

• Ang paglitaw ng BH bilang isang resulta - ang tinatawag na. primordial black hole.
• Pangyayari bilang resulta ng mga reaksyong nuklear sa mataas na enerhiya. Ang isang halimbawa ng gayong mga reaksyon ay ang mga eksperimento sa collider.

Istraktura at pisika ng mga black hole

Ang istraktura ng Schwarzschild ng isang black hole ay kinabibilangan lamang ng dalawang elemento, na nabanggit kanina: ang singularity at ang event horizon ng black hole. Sa madaling sabi tungkol sa singularity, mapapansin na imposibleng gumuhit ng isang tuwid na linya sa pamamagitan nito, at gayundin na sa loob nito ang karamihan sa mga umiiral na pisikal na teorya ay hindi gumagana. Kaya, ang physics ng singularity ay nananatiling isang misteryo sa mga siyentipiko ngayon. ang black hole ay isang uri ng hangganan, na tumatawid na kung saan, ang isang pisikal na bagay ay nawawalan ng kakayahang bumalik nang higit sa mga limitasyon nito at tiyak na "mahuhulog" sa singularidad ng black hole.

Ang istraktura ng isang itim na butas ay nagiging medyo mas kumplikado sa kaso ng solusyon ng Kerr, ibig sabihin, sa pagkakaroon ng pag-ikot ng BH. Ipinapalagay ng solusyon ni Kerr na ang butas ay may ergosphere. Ang ergosphere ay isang tiyak na rehiyon sa labas ng horizon ng kaganapan, sa loob kung saan ang lahat ng mga katawan ay gumagalaw sa direksyon ng pag-ikot ng black hole. Ang lugar na ito ay hindi pa kapana-panabik at posibleng iwanan ito, hindi tulad ng abot-tanaw ng kaganapan. Ang ergosphere ay malamang na isang uri ng analogue ng accretion disk, na umiikot na bagay sa paligid ng malalaking katawan. Kung ang isang static na Schwarzschild black hole ay kinakatawan bilang isang itim na globo, kung gayon ang Kerry BH, dahil sa pagkakaroon ng ergosphere, ay may hugis ng isang oblate ellipsoid, sa anyo kung saan madalas nating nakikita ang BH sa mga guhit, sa mga lumang pelikula o mga video game.

• Magkano ang timbang ng isang black hole? - Ang pinakadakilang teoretikal na materyal sa pinagmulan ng isang black hole ay magagamit para sa senaryo ng paglitaw nito bilang resulta ng pagbagsak ng isang bituin. Sa kasong ito, ang maximum na masa ng isang neutron star at ang pinakamababang masa ng isang black hole ay tinutukoy ng limitasyon ng Oppenheimer-Volkov, ayon sa kung saan ang mas mababang limitasyon ng mass ng BH ay 2.5 - 3 solar masa. Ang pinakamabigat na black hole na natuklasan (sa kalawakan NGC 4889) ay may masa na 21 bilyong solar mass. Gayunpaman, hindi dapat kalimutan ng isa ang tungkol sa mga BH, hypothetically na nagmumula bilang isang resulta ng mga reaksyong nuklear sa mataas na enerhiya, tulad ng mga nasa collider. Ang masa ng naturang quantum black hole, sa madaling salita, "Planck black holes", ay may pagkakasunod-sunod ng magnitude, katulad ng 2 · 10 −5 g.
• Ang laki ng black hole. Ang pinakamababang radius ng BH ay maaaring kalkulahin mula sa pinakamababang masa (2.5 - 3 solar masa). Kung ang gravitational radius ng Araw, iyon ay, ang lugar kung saan matatagpuan ang horizon ng kaganapan, ay humigit-kumulang 2.95 km, kung gayon ang minimum na BH radius ng 3 solar mass ay magiging mga siyam na kilometro. Ang ganitong medyo maliit na sukat ay hindi magkasya sa ulo kapag ito ay dumating tungkol sa malalaking bagay na umaakit sa lahat ng bagay sa paligid. Gayunpaman, para sa quantum black hole, ang radius ay - 10 −35 m.
• Ang average na density ng isang black hole ay nakasalalay sa dalawang parameter: masa at radius. Ang density ng isang black hole na may mass ng pagkakasunud-sunod ng tatlong solar masa ay tungkol sa 6 · 10 26 kg / m³, habang ang density ng tubig ay 1000 kg / m³. Gayunpaman, ang mga maliliit na black hole ay hindi natagpuan ng mga siyentipiko. Karamihan sa mga nakitang BH ay may mass na higit sa 10 5 solar mass. Mayroong isang kawili-wiling pattern ayon sa kung saan mas malaki ang isang black hole, mas mababa ang density nito. Sa kasong ito, ang pagbabago sa masa ng 11 order ng magnitude ay humahantong sa isang pagbabago sa density ng 22 order ng magnitude. Kaya, ang isang black hole na may mass na 1 · 10 9 solar masa ay may density na 18.5 kg / m³, na isang yunit na mas mababa kaysa sa density ng ginto. At ang mga BH na may mass na higit sa 10 10 solar mass ay maaaring magkaroon ng average na density na mas mababa kaysa sa density ng hangin. Batay sa mga kalkulasyong ito, lohikal na ipagpalagay na ang pagbuo ng isang black hole ay nangyayari hindi dahil sa compression ng matter, ngunit bilang isang resulta ng akumulasyon ng isang malaking halaga ng matter sa isang tiyak na volume. Sa kaso ng mga quantum BH, ang kanilang density ay maaaring humigit-kumulang 1094 kg / m³.
• Ang temperatura ng isang black hole ay inversely proportional din sa masa nito. Ang temperatura na ito ay direktang nauugnay sa. Ang spectrum ng radiation na ito ay tumutugma sa spectrum ng isang ganap na itim na katawan, iyon ay, isang katawan na sumisipsip ng lahat ng insidente ng radiation. Ang radiation spectrum ng isang ganap na itim na katawan ay nakasalalay lamang sa temperatura nito, kung gayon ang temperatura ng BH ay maaaring matukoy mula sa Hawking radiation spectrum. Tulad ng nabanggit sa itaas, mas maliit ang black hole, mas malakas ang radiation na ito. Sa kasong ito, ang radiation ng Hawking ay nananatiling hypothetical, dahil hindi pa ito naobserbahan ng mga astronomo. Ito ay sumusunod mula dito na kung ang Hawking radiation ay umiiral, kung gayon ang temperatura ng mga naobserbahang BH ay napakababa na hindi pinapayagan ang pagrehistro ng ipinahiwatig na radiation. Ayon sa mga kalkulasyon, kahit na ang temperatura ng isang butas na may masa sa pagkakasunud-sunod ng masa ng Araw ay bale-wala (1 · 10 -7 K o -272 ° C). Ang temperatura ng quantum black hole ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 10 12 K, at sa kanilang mabilis na pagsingaw (mga 1.5 minuto), ang mga naturang BH ay maaaring maglabas ng enerhiya sa pagkakasunud-sunod ng sampung milyong atomic bomb. Ngunit, sa kabutihang palad, ang paglikha ng mga naturang hypothetical na bagay ay mangangailangan ng enerhiya na 10 14 beses na mas malaki kaysa sa nakamit ngayon sa Large Hadron Collider. Bilang karagdagan, ang mga naturang phenomena ay hindi pa naobserbahan ng mga astronomo.

Ano ang binubuo ng black hole?

Ang isa pang tanong ay nag-aalala, parehong mga siyentipiko at yaong mga mahilig lamang sa astrophysics - ano ang binubuo ng isang black hole? Walang malinaw na sagot sa tanong na ito, dahil hindi posible na tumingin sa kabila ng horizon ng kaganapan na nakapalibot sa anumang black hole. Bilang karagdagan, tulad ng nabanggit kanina, ang mga teoretikal na modelo ng isang black hole ay nagbibigay lamang ng 3 sa mga bahagi nito: ang ergosphere, ang horizon ng kaganapan at ang singularity. Ito ay lohikal na ipagpalagay na sa ergosphere mayroon lamang mga bagay na naaakit ng black hole, at ngayon ay umiikot sa paligid nito - iba't ibang uri ng cosmic na katawan at cosmic gas. Ang abot-tanaw ng kaganapan ay isa lamang manipis na implicit na hangganan, pagkatapos na lumampas sa kung saan, ang parehong mga cosmic na katawan ay hindi na mababawi sa huling pangunahing bahagi ng BH - ang singularity. Ang katangian ng singularity ay hindi pa pinag-aralan ngayon at masyadong maaga para pag-usapan ang komposisyon nito.

Ayon sa ilang mga pagpapalagay, ang black hole ay maaaring binubuo ng mga neutron. Kung susundin natin ang senaryo ng isang itim na butas bilang isang resulta ng pag-urong ng isang bituin sa isang neutron star na may kasunod na pag-urong, kung gayon, marahil, ang pangunahing bahagi ng black hole ay binubuo ng mga neutron, kung saan ang neutron star mismo ay binubuo. Sa mga simpleng salita: kapag ang isang bituin ay bumagsak, ang mga atomo nito ay kumukuha sa paraan na ang mga electron ay pinagsama sa mga proton, sa gayon ay bumubuo ng mga neutron. Ang isang katulad na reaksyon ay aktwal na nagaganap sa kalikasan, habang ang neutrino emission ay nangyayari sa pagbuo ng isang neutron. Gayunpaman, ang mga ito ay mga pagpapalagay lamang.

Ano ang mangyayari kung mahulog ka sa isang black hole?

Ang pagbagsak sa isang astrophysical black hole ay umaabot sa katawan. Isaalang-alang ang isang hypothetical na nagpapakamatay na astronaut na naglalakad sa isang black hole na walang iba kundi isang spacesuit, mga paa muna. Sa pagtawid sa abot-tanaw ng kaganapan, hindi mapapansin ng astronaut ang anumang mga pagbabago, sa kabila ng katotohanang wala na siyang pagkakataong makaalis. Sa ilang mga punto, ang astronaut ay aabot sa isang punto (medyo sa likod ng horizon ng kaganapan) kung saan magsisimulang mangyari ang pagpapapangit ng kanyang katawan. Dahil ang gravitational field ng isang black hole ay inhomogeneous at kinakatawan ng isang force gradient na tumataas patungo sa gitna, ang mga binti ng astronaut ay sasailalim sa isang kapansin-pansing mas malaking gravitational effect kaysa, halimbawa, sa ulo. Pagkatapos, dahil sa gravity, o sa halip, tidal forces, ang mga binti ay "mahulog" nang mas mabilis. Kaya, ang katawan ay nagsisimula sa unti-unting pag-abot sa haba. Upang ilarawan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang mga astrophysicist ay nakabuo ng isang medyo malikhaing termino - spaghettification. Ang karagdagang pag-uunat ng katawan ay malamang na mabulok ito sa mga atomo, na, maaga o huli, ay aabot sa isang singularidad. Kung ano ang mararamdaman ng isang tao sa sitwasyong ito ay hula ng sinuman. Kapansin-pansin na ang epekto ng pag-uunat ng isang katawan ay inversely proportional sa masa ng black hole. Iyon ay, kung ang isang BH na may mass na tatlong Suns ay agad na nag-uunat / nasira ang katawan, kung gayon ang napakalaking black hole ay magkakaroon ng mas mababang tidal forces at, may mga mungkahi na ang ilang mga pisikal na materyales ay maaaring "magtiis" sa gayong pagpapapangit nang hindi nawawala ang kanilang istraktura.

Tulad ng alam mo, ang oras ay dumadaloy nang mas mabagal malapit sa malalaking bagay, na nangangahulugan na ang oras para sa pagpapakamatay na astronaut ay dadaloy nang mas mabagal kaysa sa mga taga-lupa. Sa kasong ito, marahil ay mabubuhay siya hindi lamang sa kanyang mga kaibigan, kundi pati na rin sa Earth mismo. Ang mga kalkulasyon ay kinakailangan upang matukoy kung gaano karaming oras ang bumagal para sa astronaut; gayunpaman, mula sa itaas, maaari itong ipalagay na ang astronaut ay mahuhulog sa black hole nang napakabagal at, marahil, ay hindi mabubuhay upang makita ang sandali kung kailan. nagsisimula nang mag-deform ang kanyang katawan.

Kapansin-pansin na para sa isang tagamasid sa labas, ang lahat ng mga katawan na lumipad hanggang sa abot-tanaw ng kaganapan ay mananatili sa gilid ng abot-tanaw na ito hanggang sa mawala ang kanilang imahe. Ang dahilan nito ay ang gravitational redshift. Medyo pinasimple, maaari nating sabihin na ang liwanag na bumabagsak sa katawan ng isang suicide cosmonaut na "na-frozen" sa horizon ng kaganapan ay magbabago sa dalas nito dahil sa bumagal nitong oras. Habang mas mabagal ang paglipas ng panahon, bababa ang dalas ng liwanag at tataas ang wavelength. Bilang resulta ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, sa labasan, iyon ay, para sa isang panlabas na tagamasid, ang ilaw ay unti-unting lilipat patungo sa mababang dalas - pula. Ang pagbabago ng liwanag sa spectrum ay magaganap, habang ang nagpapakamatay na astronaut ay gumagalaw nang palayo sa nagmamasid, kahit na halos hindi mahahalata, at ang kanyang oras ay lumilipas nang mas mabagal. Kaya, ang ilaw na sinasalamin ng kanyang katawan ay malapit nang lumampas sa nakikitang spectrum (mawawala ang imahe), at sa hinaharap, ang katawan ng astronaut ay mahuhuli lamang sa infrared na rehiyon, at sa ibang pagkakataon sa frequency ng radyo, at bilang resulta. , ang radiation ay magiging ganap na mailap.

Sa kabila ng nasa itaas, ipinapalagay na sa napakalaking napakalaking itim na butas, ang mga puwersa ng tidal ay hindi gaanong nagbabago sa distansya at halos pantay na kumikilos sa bumabagsak na katawan. Sa kasong ito, mapapanatili ng bumabagsak na sasakyang pangalangaang ang istraktura nito. Ang isang makatwirang tanong ay lumitaw - saan humahantong ang itim na butas? Ang tanong na ito ay masasagot sa pamamagitan ng gawain ng ilang siyentipiko, na nag-uugnay sa dalawang kababalaghang tulad ng mga wormhole at black hole.

Noong 1935, sina Albert Einstein at Nathan Rosen, na isinasaalang-alang, ay naglagay ng isang hypothesis tungkol sa pagkakaroon ng tinatawag na mga wormhole, na nagkokonekta sa dalawang punto ng space-time sa pamamagitan ng isang landas sa mga lugar ng makabuluhang kurbada ng huli - ang Einstein-Rosen tulay o isang wormhole. Para sa isang napakalakas na kurbada ng espasyo, ang mga katawan na may napakalaking masa ay kinakailangan, na may papel na kung saan ang mga itim na butas ay perpektong makayanan.

Ang Einstein-Rosen Bridge ay itinuturing na isang hindi madaanan na wormhole dahil ito ay maliit at hindi matatag.

Posible ang isang traversable wormhole sa loob ng balangkas ng teorya ng black and white hole. Kung saan ang white hole ay ang output ng impormasyon na nakulong sa isang black hole. Ang puting butas ay inilarawan sa balangkas ng pangkalahatang relativity, ngunit ngayon ito ay nananatiling hypothetical at hindi pa natuklasan. Ang isa pang modelo ng isang wormhole, na iminungkahi ng mga Amerikanong siyentipiko na si Kip Thorne at ng kanyang nagtapos na estudyante, si Mike Morris, ay maaaring walkable. Gayunpaman, tulad ng kaso ng Morris-Thorne wormhole, at sa kaso ng black and white holes, ang posibilidad ng paglalakbay ay nangangailangan ng pagkakaroon ng tinatawag na exotic matter, na may negatibong enerhiya at nananatiling hypothetical.

Mga itim na butas sa uniberso

Ang pagkakaroon ng mga itim na butas ay nakumpirma kamakailan lamang (Setyembre 2015); gayunpaman, hanggang sa oras na iyon, mayroon nang malaking teoretikal na materyal sa likas na katangian ng mga BH, pati na rin ang maraming mga bagay na kandidato para sa papel ng isang black hole. Una sa lahat, ang laki ng BH ay dapat isaalang-alang, dahil ang mismong likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay ay nakasalalay sa kanila:

• Stellar mass black hole... Ang ganitong mga bagay ay nabuo bilang isang resulta ng pagbagsak ng isang bituin. Tulad ng nabanggit kanina, ang pinakamababang masa ng isang katawan na may kakayahang bumuo ng tulad ng isang black hole ay 2.5 - 3 solar masa.
• Katamtamang-mass black hole... Isang conditional intermediate na uri ng mga black hole na tumaas dahil sa pagsipsip ng mga kalapit na bagay, tulad ng akumulasyon ng gas, isang kalapit na bituin (sa mga two-star system) at iba pang mga cosmic na katawan.
• Napakalaking black hole... Mga compact na bagay na may 10 5 -10 10 solar mass. Ang mga natatanging katangian ng naturang mga BH ay ang paradoxically low density, pati na rin ang mahinang tidal forces, na nabanggit kanina. Isa itong napakalaking black hole sa gitna ng ating Milky Way galaxy (Sagittarius A *, Sgr A *), pati na rin ang karamihan sa iba pang mga galaxy.

Mga kandidato para sa Black House

Ang pinakamalapit na black hole, o sa halip ay isang kandidato para sa papel ng isang BH, ay isang bagay (V616 Unicorn), na matatagpuan sa layong 3000 light years mula sa Araw (sa ating kalawakan). Binubuo ito ng dalawang bahagi: isang bituin na may mass na kalahati ng solar mass, pati na rin ang isang hindi nakikitang maliit na katawan, ang masa nito ay 3 - 5 solar masa. Kung ang bagay na ito ay lumabas na isang maliit na itim na butas ng stellar mass, kung gayon sa kanan ay ito ang pinakamalapit na BH.

Kasunod ng bagay na ito, ang pangalawang pinakamalapit na black hole ay ang Cyg X-1 object, na siyang unang kandidato para sa papel ng isang BH. Ang distansya dito ay humigit-kumulang 6070 light years. Ito ay mahusay na pinag-aralan: mayroon itong mass na 14.8 solar mass at isang radius ng horizon ng kaganapan na halos 26 km.

Ayon sa ilang mga mapagkukunan, ang isa pang pinakamalapit na kandidato para sa papel ng isang BH ay maaaring isang katawan sa star system na V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), na, ayon sa mga pagtatantya noong 1999, ay matatagpuan sa layo na 1600 light years. Gayunpaman, ang mga kasunod na pag-aaral ay tumaas ang distansyang ito ng hindi bababa sa 15 beses.

Ilang black hole ang mayroon sa ating kalawakan?

Walang eksaktong sagot sa tanong na ito, dahil mahirap obserbahan ang mga ito, at sa buong panahon ng pag-aaral ng kalangitan, ang mga siyentipiko ay nakahanap ng halos isang dosenang black hole sa loob ng Milky Way. Nang hindi nakikibahagi sa mga kalkulasyon, napapansin natin na mayroong humigit-kumulang 100 - 400 bilyong bituin sa ating kalawakan, at halos bawat ika-libong bituin ay may sapat na masa upang bumuo ng isang black hole. Malamang na milyon-milyong black hole ang maaaring nabuo sa panahon ng pagkakaroon ng Milky Way. Dahil mas madaling magrehistro ng malalaking black hole, makatuwirang ipagpalagay na karamihan sa mga BH sa ating kalawakan ay malamang na hindi supermassive. Kapansin-pansin na ang mga pag-aaral ng NASA noong 2005 ay nagmumungkahi ng pagkakaroon ng isang kuyog ng mga black hole (10-20 thousand) na umiikot sa gitna ng kalawakan. Bilang karagdagan, noong 2016, natuklasan ng mga Japanese astrophysicist ang isang napakalaking satellite malapit sa object * - isang black hole, ang core ng Milky Way. Dahil sa maliit na radius (0.15 light years) ng katawan na ito, pati na rin ang malaking masa nito (100,000 solar masa), iminumungkahi ng mga siyentipiko na ang bagay na ito ay isa ring napakalaking black hole.

Ang core ng ating kalawakan, ang black hole ng Milky Way (Sagittarius A *, Sgr A * o Sagittarius A *) ay napakalaking at may mass na 4.31 10 6 solar mass, at radius na 0.00071 light years (6.25 light years. o 6.75 bilyong km). Ang temperatura ng Sagittarius A * kasama ang kumpol sa paligid nito ay humigit-kumulang 1 · 10 7 K.

Ang pinakamalaking black hole

Ang pinakamalaking black hole sa Uniberso na natuklasan ng mga siyentipiko ay isang napakalaking black hole, FSRQ blazar, sa gitna ng galaxy S5 0014 + 81, sa layong 1.2 · 10 10 light years mula sa Earth. Sa pamamagitan ng paunang resulta mga obserbasyon gamit ang Swift space observatory, ang masa ng BH ay 40 bilyon (40 · 10 9) solar mass, at ang Schwarzschild radius ng naturang butas ay 118.35 bilyong kilometro (0.013 light years). Tinatayang nagmula rin ito 12.1 bilyong taon na ang nakalilipas (1.6 bilyong taon pagkatapos ng Big Bang). Kung ang higanteng itim na butas na ito ay hindi sumisipsip ng nakapalibot na bagay, kung gayon ito ay mabubuhay hanggang sa panahon ng mga itim na butas - isa sa mga panahon ng pag-unlad ng Uniberso, kung saan ang mga itim na butas ay mangibabaw dito. Kung ang nucleus ng galaxy S5 0014 + 81 ay patuloy na lumalaki, ito ay magiging isa sa mga huling black hole na iiral sa Uniberso.

Ang iba pang dalawang kilalang black hole, bagaman wala silang sariling mga pangalan, ay ang pinakamalaking kahalagahan para sa pag-aaral ng mga black hole, dahil kinumpirma nila ang kanilang pag-iral sa eksperimento, at nagbigay din ng mahahalagang resulta para sa pag-aaral ng gravity. Pinag-uusapan natin ang kaganapang GW150914, na tinatawag na banggaan ng dalawang black hole sa isa. Ang kaganapang ito ay naging posible upang magparehistro.

Pagtuklas ng mga itim na butas

Bago isaalang-alang ang mga pamamaraan para sa pag-detect ng mga black hole, dapat isasagot ang tanong - bakit itim ang isang black hole? - ang sagot dito ay hindi nangangailangan ng malalim na kaalaman sa astrophysics at cosmology. Ang katotohanan ay ang isang itim na butas ay sumisipsip ng lahat ng insidente ng radiation dito at hindi naglalabas sa lahat, kung hindi natin isasaalang-alang ang hypothetical. Kung isasaalang-alang natin ang hindi pangkaraniwang bagay na ito nang mas detalyado, maaari nating ipagpalagay na ang mga proseso na humahantong sa pagpapalabas ng enerhiya sa anyo ng electromagnetic radiation ay hindi nagaganap sa loob ng mga black hole. Pagkatapos, kung ang BH ay nag-radiate, kung gayon ito ay nasa Hawking spectrum (na tumutugma sa spectrum ng isang pinainit, ganap na itim na katawan). Gayunpaman, tulad ng nabanggit kanina, ang radiation na ito ay hindi nakita, na nagmumungkahi ng isang ganap na mababang temperatura ng mga black hole.

Ang isa pang pangkalahatang tinatanggap na teorya ay iyon electromagnetic radiation at hindi talaga kayang umalis sa abot-tanaw ng kaganapan. Malamang na ang mga photon (mga light particle) ay hindi naaakit ng napakalaking bagay, dahil, ayon sa teorya, sila mismo ay walang masa. Gayunpaman, "naaakit" pa rin ng black hole ang mga photon ng liwanag sa pamamagitan ng pagbaluktot sa space-time. Kung iniisip natin ang isang itim na butas sa kalawakan bilang isang uri ng depresyon sa makinis na ibabaw ng espasyo-oras, kung gayon mayroong isang tiyak na distansya mula sa gitna ng itim na butas, na papalapit kung saan ang liwanag ay hindi na makakalayo. Iyon ay, halos nagsasalita, ang liwanag ay nagsisimulang "mahulog" sa "hukay", na wala kahit isang "ilalim".

Bilang karagdagan dito, kung isasaalang-alang natin ang epekto ng gravitational redshift, posible na ang liwanag sa isang black hole ay mawawala ang dalas nito, lumilipat kasama ang spectrum sa rehiyon ng low-frequency long-wavelength radiation, hanggang sa mawalan ito ng enerhiya. sa lahat.

Kaya, ang isang black hole ay itim at samakatuwid ay mahirap makita sa kalawakan.

Mga paraan ng pagtuklas

Isaalang-alang ang mga paraan na ginagamit ng mga astronomo upang makita ang isang black hole:

Bilang karagdagan sa mga pamamaraan na nabanggit sa itaas, madalas na iniuugnay ng mga siyentipiko ang mga bagay tulad ng mga black hole at. Ang mga quasar ay ilang uri ng mga kumpol ng mga cosmic na katawan at gas, na isa sa pinakamaliwanag na astronomical na bagay sa Uniberso. Dahil mayroon silang mataas na intensity ng luminescence sa medyo maliit na sukat, may dahilan upang maniwala na ang gitna ng mga bagay na ito ay isang napakalaking black hole, na umaakit sa nakapalibot na bagay. Dahil sa napakalakas na pagkahumaling ng gravitational, ang naaakit na bagay ay napakainit na ito ay nagniningning nang matindi. Ang paghahanap ng mga naturang bagay ay karaniwang inihahambing sa paghahanap ng isang black hole. Minsan ang mga quasar ay maaaring mag-radiate sa dalawang direksyon na mga jet ng pinainit na plasma - relativistic jet. Ang mga dahilan para sa paglitaw ng naturang mga jet (jet) ay hindi ganap na malinaw, gayunpaman, ang mga ito ay malamang na sanhi ng pakikipag-ugnayan ng mga magnetic field ng BH at ang accretion disk, at hindi ibinubuga ng direktang black hole.

Jet sa galaxy M87 na tumatama mula sa gitna ng BH

Ang pagbubuod sa itaas, maiisip ng isa, nang malapitan: ito ay isang spherical na itim na bagay, sa paligid kung saan umiikot ang malakas na pinainit na bagay, na bumubuo ng isang makinang na accretion disk.

Pinagsasama at nagbabanggaan ang mga itim na butas

Ang isa sa mga pinaka-kagiliw-giliw na phenomena sa astrophysics ay ang banggaan ng mga itim na butas, na ginagawang posible upang makita ang mga napakalaking astronomical na katawan. Ang ganitong mga proseso ay kawili-wili hindi lamang sa mga astrophysicist, dahil ang mga phenomena na hindi pinag-aralan ng mga physicist ay nagiging resulta nito. Ang pinakamalinaw na halimbawa ay ang naunang nabanggit na kaganapan na tinatawag na GW150914, nang ang dalawang itim na butas ay lumapit nang husto na sila ay nagsanib sa isa bilang resulta ng mutual gravitational attraction. Ang isang mahalagang resulta ng banggaan na ito ay ang paglitaw ng mga gravitational wave.

Ayon sa kahulugan ng gravitational waves, ito ay mga pagbabago sa gravitational field na kumakalat sa paraang parang alon mula sa malalaking gumagalaw na bagay. Kapag ang dalawang ganoong bagay ay lumalapit sa isa't isa, nagsisimula silang umikot sa isang karaniwang sentro ng grabidad. Habang papalapit sila sa isa't isa, tumataas ang kanilang pag-ikot sa kanilang sariling axis. Ang ganitong mga variable fluctuation ng gravitational field sa ilang mga punto ay maaaring bumuo ng isang malakas na gravitational wave, na maaaring magpalaganap sa kalawakan para sa milyun-milyong light years. Kaya sa layong 1.3 bilyong light years, dalawang black hole ang nagbanggaan, na bumubuo ng isang malakas na gravitational wave, na umabot sa Earth noong Setyembre 14, 2015 at naitala ng LIGO at VIRGO detector.

Paano namamatay ang mga black hole?

Malinaw, para tumigil ang pag-iral ng black hole, kakailanganin nitong mawala ang lahat ng masa nito. Gayunpaman, ayon sa kahulugan nito, walang maaaring umalis sa mga limitasyon ng isang black hole kung ito ay tumawid sa abot-tanaw ng kaganapan nito. Ito ay kilala na ang Soviet theoretical physicist na si Vladimir Gribov ang unang nagbanggit ng posibilidad ng paglabas ng mga particle ng isang black hole sa kanyang pakikipagtalakayan sa isa pang Sobyet na siyentipiko na si Yakov Zeldovich. Nagtalo siya na mula sa punto ng view ng quantum mechanics, ang isang black hole ay may kakayahang maglabas ng mga particle sa pamamagitan ng tunneling effect. Nang maglaon, sa tulong ng quantum mechanics, ang Ingles na theoretical physicist na si Stephen Hawking ay nagtayo ng kanyang sarili, medyo naiibang teorya. Higit pa tungkol sa itong kababalaghan Mababasa mo ito. Sa madaling salita, sa isang vacuum ay may mga tinatawag na virtual na particle na patuloy na ipinanganak na magkapares at nagwawasak sa isa't isa, habang hindi nakikipag-ugnayan sa labas ng mundo. Ngunit kung ang gayong mga pares ay lumilitaw sa kaganapang abot-tanaw ng isang itim na butas, kung gayon ang malakas na grabidad ay hypothetically na may kakayahang paghiwalayin ang mga ito, na may isang particle na nahuhulog sa loob ng BH, at ang isa ay lumalayo mula sa black hole. At dahil ang butil na tumatakas mula sa butas ay maaaring maobserbahan, at samakatuwid ay may positibong enerhiya, ang butil na bumabagsak sa butas ay dapat na may negatibong enerhiya. Kaya, mawawalan ng enerhiya ang black hole at magkakaroon ng epekto na tinatawag na evaporation ng black hole.

Ayon sa magagamit na mga modelo ng isang black hole, tulad ng nabanggit kanina, habang bumababa ang masa nito, nagiging mas matindi ang radiation nito. Pagkatapos, sa huling yugto ng pagkakaroon ng isang BH, kapag ito ay maaaring bumaba sa laki ng isang quantum black hole, ito ay maglalabas ng malaking halaga ng enerhiya sa anyo ng radiation, na maaaring katumbas ng libu-libo o kahit milyon-milyong mga bomba atomika. Ang kaganapang ito ay medyo nakapagpapaalaala sa pagsabog ng isang black hole, tulad ng parehong bomba. Ayon sa mga kalkulasyon, bilang isang resulta ng Big Bang, maaaring lumitaw ang mga primordial black hole, at ang mga sa kanila, na ang masa ay halos 10 12 kg, ay dapat na sumingaw at sumabog sa ating panahon. Magkagayunman, ang gayong mga pagsabog ay hindi kailanman napansin ng mga astronomo.

Sa kabila ng iminungkahing mekanismo ni Hawking para sa pagsira ng mga black hole, ang mga katangian ng radiation ni Hawking ay nagdudulot ng kabalintunaan sa balangkas ng quantum mechanics. Kung ang isang itim na butas ay sumisipsip ng isang katawan, at pagkatapos ay nawala ang masa na nagreresulta mula sa pagsipsip ng katawan na ito, kung gayon anuman ang likas na katangian ng katawan, ang itim na butas ay hindi naiiba sa kung ano ito bago ang pagsipsip ng katawan. Sa kasong ito, ang impormasyon tungkol sa katawan ay tuluyang mawawala. Mula sa punto ng view ng mga teoretikal na kalkulasyon, ang pagbabago ng paunang purong estado sa nakuha na mixed ("thermal") na estado ay hindi tumutugma sa kasalukuyang teorya ng quantum mechanics. Ang kabalintunaan na ito ay kung minsan ay tinatawag na pagkawala ng impormasyon sa isang black hole. Ang isang tiyak na solusyon sa paradox na ito ay hindi natagpuan. Mga kilalang opsyon para sa paglutas ng kabalintunaan:

• Hindi pagkakatugma ng teorya ni Hawking. Kasama dito ang imposibilidad ng pagkasira ng black hole at ang patuloy na paglaki nito.
• Ang pagkakaroon ng mga puting butas. Sa kasong ito, ang hinihigop na impormasyon ay hindi nawawala, ngunit itinapon lamang sa ibang Uniberso.
• Hindi pagkakapare-pareho ng pangkalahatang tinatanggap na teorya ng quantum mechanics.

Hindi nalutas na mga problema ng black hole physics

Tila, kung ano ang inilarawan nang mas maaga, kahit na ang mga itim na butas ay pinag-aralan nang medyo mahabang panahon, mayroon pa rin silang maraming mga tampok, ang mga mekanismo na hindi pa rin alam ng mga siyentipiko.

• Noong 1970, binuo ng isang Ingles na siyentipiko ang tinatawag na. "Ang prinsipyo ng cosmic censorship" - "Ang kalikasan ay kinasusuklaman ang hubad na singularidad." Nangangahulugan ito na ang singularity ay nabuo lamang sa mga lugar na hindi nakikita, tulad ng gitna ng isang black hole. Gayunpaman, ang prinsipyong ito ay hindi pa napatunayan. Mayroon ding mga teoretikal na kalkulasyon ayon sa kung saan maaaring mangyari ang isang "hubad" na singularidad.
• Hindi rin napatunayan ang "no hair theorem", ayon sa kung saan ang mga itim na butas ay mayroon lamang tatlong mga parameter.
• Ang isang kumpletong teorya ng black hole magnetosphere ay hindi pa nabuo.
• Ang kalikasan at pisika ng gravitational singularity ay hindi napag-aralan.
• Hindi tiyak kung ano ang mangyayari sa huling yugto ng pagkakaroon ng black hole, at kung ano ang nananatili pagkatapos ng pagkabulok ng kabuuan nito.

Mga kagiliw-giliw na katotohanan tungkol sa mga black hole

Summing up sa itaas, mayroong ilang mga kawili-wili at hindi pangkaraniwang mga tampok ng likas na katangian ng mga black hole:

• Ang mga BH ay mayroon lamang tatlong mga parameter: mass, electric charge, at angular momentum. Bilang resulta ng napakaliit na bilang ng mga katangian ng katawan na ito, ang theorem na nagsasaad nito ay tinatawag na "no-hair theorem". Nagbunga din ito ng pariralang "walang buhok ang isang itim na butas", na nangangahulugang ang dalawang itim na butas ay ganap na magkapareho, ang kanilang tatlong mga parameter na binanggit ay pareho.
• Ang density ng BH ay maaaring mas mababa kaysa sa density ng hangin, at ang temperatura ay malapit sa ganap na zero... Mula dito, maaari itong ipalagay na ang pagbuo ng isang black hole ay nangyayari hindi dahil sa compression ng bagay, ngunit bilang isang resulta ng akumulasyon ng isang malaking halaga ng bagay sa isang tiyak na dami.
• Ang oras para sa mga katawan na hinihigop ng BH ay tumatakbo nang mas mabagal kaysa sa isang panlabas na tagamasid. Bilang karagdagan, ang mga hinihigop na katawan ay makabuluhang nakaunat sa loob ng black hole, na tinawag ng mga siyentipiko - spaghettification.
• Maaaring may halos isang milyong black hole sa ating kalawakan.
• Marahil ay may napakalaking black hole sa gitna ng bawat kalawakan.
• Sa hinaharap, ayon sa teoretikal na modelo, ang uniberso ay aabot sa tinatawag na panahon ng mga itim na butas, kapag ang mga itim na butas ay magiging nangingibabaw na mga katawan sa uniberso.