Astronom kara delik keşfedici 6 harfli bulmaca ipucu Kara deliklerin tarihi. Çok yüzeysel entropi

Kara delikler, karanlık madde, karanlık madde... Bunlar kuşkusuz uzaydaki en tuhaf ve en gizemli nesnelerdir. Tuhaf özellikleri, Evrenin fizik yasalarına ve hatta mevcut gerçekliğin doğasına meydan okuyabilir. Bilim adamları, kara deliklerin ne olduğunu anlamak için “yerleri değiştirmeyi”, kalıpların dışında düşünmeyi öğrenmeyi ve biraz hayal gücü uygulamayı öneriyorlar. Kara delikler, boşlukta büyük bir kütlenin yoğunlaştığı ve hiçbir şeyin, hatta ışığın bile yerçekimsel çekimden kaçamadığı bir uzay bölgesi olarak nitelendirilebilecek süper kütleli yıldızların çekirdeklerinden oluşur. Bu, ikinci kozmik hızın ışık hızını aştığı alandır: Ve hareket eden nesne ne kadar büyükse, yerçekiminden kurtulmak için o kadar hızlı hareket etmesi gerekir. Bu ikinci uzay hızı olarak bilinir.

Collier'in ansiklopedisi, kara delikleri, maddenin, ışığın veya diğer bilgi taşıyıcılarının onu terk edemeyecek kadar büyük olduğu, maddenin kütleçekimsel çöküşünün bir sonucu olarak ortaya çıkan uzayda bir bölge olarak adlandırır. Bu nedenle, kara deliğin içi, evrenin geri kalanıyla nedensel olarak ilişkili değildir; kara deliğin içinde gerçekleşen fiziksel süreçler, onun dışındaki süreçleri etkileyemez. Kara delik, tek yönlü bir zar özelliğine sahip bir yüzeyle çevrilidir: madde ve radyasyon, onun içinden kara deliğe serbestçe düşer, ancak oradan hiçbir şey kaçamaz. Bu yüzeye “olay ufku” denir.

keşif geçmişi

Genel görelilik teorisi (Einstein tarafından 1915'te önerilen yerçekimi teorisi) ve diğer daha modern yerçekimi teorileri tarafından tahmin edilen kara delikler, 1939'da R. Oppenheimer ve H. Snyder tarafından matematiksel olarak doğrulandı. Bu nesnelerin yakın çevresi o kadar sıra dışıydı ki, gökbilimciler ve fizikçiler onları 25 yıldır ciddiye almadılar. Bununla birlikte, 1960'ların ortalarındaki astronomik keşifler, kara deliklerin olası bir fiziksel gerçeklik gibi görünmesini sağladı. Yeni keşifler ve keşifler, uzay ve zaman anlayışımızı kökten değiştirebilir ve milyarlarca kozmik sırlara ışık tutabilir.

Kara deliklerin oluşumu

Yıldızın iç kısmında termonükleer reaksiyonlar meydana gelirken, yüksek sıcaklık ve basıncı koruyarak yıldızın kendi yerçekiminin etkisi altında büzülmesini önler. Ancak zamanla nükleer yakıt tükenir ve yıldız küçülmeye başlar. Hesaplamalar, bir yıldızın kütlesi üç güneş kütlesini geçmezse, o zaman "yerçekimi ile savaş"ı kazanacağını gösteriyor: kütleçekimsel çöküşü, "yozlaşmış" maddenin basıncıyla durdurulacak ve yıldız sonsuza dek bir yıldıza dönüşecek. beyaz cüce veya nötron yıldızı. Ancak bir yıldızın kütlesi üç güneş kütlesinden fazlaysa, o zaman hiçbir şey onun feci çöküşünü durduramaz ve hızla olay ufkunun altına girerek bir kara delik haline gelir.

Kara delik bir çörek deliği mi?

Işık yaymayanları fark etmek kolay değildir. Bir kara delik bulmanın bir yolu, uzayda büyük ve karanlık uzayda bulunan alanları aramaktır. Bu tür nesneleri ararken, gökbilimciler onları iki ana bölgede buldular: galaksilerin merkezlerinde ve Galaksimizin ikili yıldız sistemlerinde. Toplamda, bilim adamlarının önerdiği gibi, on milyonlarca bu tür nesne var.

kara deliklerin tarihi

Alexey Levin

Bilimsel düşünce bazen o kadar paradoksal özelliklere sahip nesneler inşa eder ki, en zeki bilim adamları bile ilk başta onları tanımayı reddederler. Modern fizik tarihindeki en çarpıcı örnek, neredeyse 90 yıl önce tahmin edilen, yerçekimi alanının aşırı durumları olan kara deliklere uzun vadeli ilgi eksikliğidir. Uzun bir süre tamamen teorik bir soyutlama olarak kabul edildiler ve yalnızca 1960'larda ve 70'lerde gerçekliklerine inandılar. Bununla birlikte, kara delikler teorisinin temel denklemi iki yüz yıldan fazla bir süre önce türetildi.

John Michell'in ilham kaynağı

Fizikçi, astronom ve jeolog, Cambridge Üniversitesi'nde profesör ve İngiltere Kilisesi'nin papazı olan John Michell'in adı, 18. yüzyıl İngiliz biliminin yıldızları arasında haksız yere tamamen kayboldu. Michell, deprem bilimi olan sismolojinin temellerini attı, mükemmel bir manyetizma çalışması yaptı ve Coulomb, gravimetrik ölçümler için kullandığı burulma dengesini icat etmeden çok önce. 1783'te Newton'un iki büyük kreasyonunu birleştirmeye çalıştı - mekanik ve optik. Newton, ışığı küçük parçacıklardan oluşan bir akım olarak gördü. Michell, ışık cisimciklerinin sıradan madde gibi mekanik yasalarına uyduğunu öne sürdü. Bu hipotezin sonucu çok önemsiz olduğu ortaya çıktı - gök cisimleri ışık için tuzaklara dönüşebilir.

Michell nasıl akıl yürüttü? Gezegenin yüzeyinden ateşlenen bir top mermisi, ancak ilk hızı şimdi ikinci kozmik hız ve kaçış hızı olarak adlandırılan değeri aşarsa çekiciliğinin üstesinden gelebilir. Gezegenin yerçekimi, kaçış hızı ışık hızını aşacak kadar güçlüyse, başucuna salınan ışık parçacıkları sonsuza gidemez. Aynısı yansıyan ışıkta da olacaktır. Sonuç olarak, çok uzak bir gözlemci için gezegen görünmez olacaktır. Michell, böyle bir R cr gezegeninin yarıçapının kritik değerini, M kütlesine bağlı olarak hesapladı, Güneşimizin kütlesine indirgendi M s: R cr = 3 km x M / M s.

John Michell, formüllerine inandı ve uzayın derinliklerinin, Dünya'dan herhangi bir teleskopla görülemeyen birçok yıldızı sakladığını varsaydı. Daha sonra, büyük Fransız matematikçi, astronom ve fizikçi Pierre Simon Laplace aynı sonuca vardı ve bunu Exposition of the World System of the World'ün hem birinci (1796) hem de ikinci (1799) baskılarına dahil etti. Ancak üçüncü baskı, çoğu fizikçinin zaten ışığı eterin salınımları olarak gördüğü 1808'de yayınlandı. "Görünmez" yıldızların varlığı, ışığın dalga teorisiyle çelişiyordu ve Laplace onlardan bahsetmemenin en iyisi olduğunu düşündü. Daha sonraki zamanlarda, bu fikir sadece fizik tarihi ile ilgili çalışmalarda sunulmaya değer bir merak olarak kabul edildi.

Schwarzschild modeli

Kasım 1915'te Albert Einstein, genel görelilik teorisi (GTR) adını verdiği yerçekimi teorisini yayınladı. Bu çalışma, Berlin Bilimler Akademisi Karl Schwarzschild'deki meslektaşı şahsında hemen minnettar bir okuyucu buldu. Dünyada, belirli bir astrofiziksel problemi çözmek için genel göreliliği kullanan, dönmeyen küresel bir cismin içindeki ve dışındaki uzay-zaman metriğini hesaplayan ilk kişi Schwarzschild'di (somut olması adına, ona yıldız diyeceğiz) .

Schwarzschild'in hesaplamalarından, bir yıldızın kütleçekiminin, ancak yarıçapı John Michell tarafından hesaplanan değerden çok daha büyük olması durumunda Newton'un uzay ve zaman yapısını aşırı derecede bozmadığı sonucu çıkar! Bu parametre ilk olarak Schwarzschild yarıçapı olarak adlandırıldı ve şimdi yerçekimi yarıçapı olarak adlandırılıyor. Genel göreliliğe göre yerçekimi ışığın hızını etkilemez, ancak ışık titreşimlerinin frekansını zamanı yavaşlattığı oranda azaltır. Bir yıldızın yarıçapı yerçekimi yarıçapının 4 katıysa, yüzeyindeki zamanın akışı %15 yavaşlar ve uzay somut bir eğrilik kazanır. İki kat fazlalık ile daha güçlü bükülür ve zaman koşusunu %41 yavaşlatır. Yerçekimi yarıçapına ulaşıldığında, yıldızın yüzeyindeki zaman tamamen durur (tüm frekanslar sıfırlanır, radyasyon donar ve yıldız söner), ancak oradaki uzayın eğriliği hala sonludur. Yıldızdan uzakta, geometri hala Öklid olarak kalır ve zaman hızını değiştirmez.

Michell ve Schwarzschild için yerçekimi yarıçapı değerlerinin aynı olmasına rağmen, modellerin ortak hiçbir yanı yoktur. Michell'de uzay ve zaman değişmez, ancak ışık yavaşlar. Büyüklüğü yerçekimi yarıçapından daha küçük olan yıldız parlamaya devam ediyor, ancak yalnızca çok uzak olmayan bir gözlemci tarafından görülebiliyor. Schwarzschild için ışığın hızı mutlaktır, ancak uzay ve zamanın yapısı yerçekimine bağlıdır. Yerçekimi yarıçapının altına düşen bir yıldız, nerede olursa olsun herhangi bir gözlemci için ortadan kaybolur (daha kesin olarak, yerçekimi etkileriyle tespit edilebilir, ancak hiçbir şekilde radyasyonla tespit edilemez).

İnançsızlıktan onaylamaya

Schwarzschild ve çağdaşları, bu tür garip uzay nesnelerinin doğada olmadığına inanıyorlardı. Einstein'ın kendisi sadece bu bakış açısına sahip olmakla kalmamış, aynı zamanda hatalı bir şekilde görüşünü matematiksel olarak kanıtlamayı başardığına da inanmıştır.

1930'larda genç Hintli astrofizikçi Chandrasekhar, nükleer yakıt harcayan bir yıldızın, ancak kütlesi Güneş'in kütlesinin 1,4 katından daha az olması durumunda kabuğunu değiştirdiğini ve yavaş yavaş soğuyan bir beyaz cüceye dönüştüğünü kanıtladı. Kısa süre sonra Amerikalı Fritz Zwicky, süpernova patlamalarının son derece yoğun nötron maddesi kütleleri ürettiğini tahmin etti; daha sonra Lev Landau da aynı sonuca vardı. Chandrasekhar'ın çalışmasından sonra, yalnızca Güneş kütlesinin 1,4 katından daha büyük kütleye sahip yıldızların böyle bir evrim geçirebileceği açıktı. Bu nedenle, doğal bir soru ortaya çıktı - arkada nötron yıldızları bırakan süpernovalar için bir üst kütle sınırı var mı?

1930'ların sonlarında, Amerikan atom bombasının gelecekteki babası Robert Oppenheimer, böyle bir sınırın var olduğunu ve birkaç güneş kütlesini geçmediğini belirledi. O zamanlar daha doğru bir değerlendirme yapmak mümkün değildi; artık nötron yıldızlarının kütlelerinin 1,5–3 M s aralığında olması gerektiği bilinmektedir. Ancak Oppenheimer ve yüksek lisans öğrencisi George Volkov'un yaklaşık hesaplamalarından bile, süpernovaların en büyük torunlarının nötron yıldızları haline gelmediğini, ancak başka bir duruma geçtiğini takip etti. 1939'da Oppenheimer ve Hartland Snyder, idealize edilmiş bir model kullanarak, çökmekte olan devasa bir yıldızın kütleçekim yarıçapına daraldığını kanıtladılar. Formüllerinden, aslında yıldızın orada durmadığı, ancak ortak yazarların böyle radikal bir sonuca varmaktan kaçındıkları anlaşılmaktadır.

Nihai cevap, 20. yüzyılın ikinci yarısında, Sovyet olanlar da dahil olmak üzere, parlak teorik fizikçilerden oluşan bir galaksinin çabalarıyla bulundu. Benzer bir çöküşün ortaya çıktığı ortaya çıktı. her zaman yıldızı "tamamen" sıkıştırarak maddesini tamamen yok eder. Sonuç olarak, sonsuz küçük bir hacimde kapalı olan yerçekimi alanının bir "süper konsantrasyonu" olan bir tekillik ortaya çıkar. Sabit bir delik için bu bir nokta, dönen bir halka için bir halkadır. Uzay-zamanın eğriliği ve buna bağlı olarak tekilliğe yakın yerçekimi kuvveti sonsuzluğa meyleder. 1967'nin sonunda, Amerikalı fizikçi John Archibald Wheeler, böyle bir nihai yıldız çöküşüne kara delik adını veren ilk kişiydi. Yeni terim, onu dünyaya yayan fizikçilere ve memnun gazetecilere aşık oldu (her ne kadar Fransızlar ilk başta bundan hoşlanmasa da, trou noir ifadesi şüpheli çağrışımlar önerdiğinden).

Orada, ufkun ötesinde

Kara delik madde veya radyasyon değildir. Bir dereceye kadar figüratiflik ile, bunun, uzay-zamanın güçlü bir şekilde kavisli bir bölgesinde yoğunlaşan, kendi kendini idame ettiren bir yerçekimi alanı olduğunu söyleyebiliriz. Dış sınırı, kapalı bir yüzey, bir olay ufku ile tanımlanır. Yıldız çökmeden önce dönmediyse, bu yüzey, yarıçapı Schwarzschild yarıçapıyla çakışan normal bir küre olur.

Ufkun fiziksel anlamı çok açıktır. Dış çevresinden gönderilen bir ışık sinyali sonsuz bir mesafe kat edebilir. Ancak iç bölgeden gönderilen sinyaller sadece ufku geçmemekle kalmayacak, kaçınılmaz olarak tekilliğe "düşecektir". Ufuk, dünya (ve diğer) gökbilimciler tarafından bilinebilecek olaylar ile hiçbir koşulda bilgisi ortaya çıkmayacak olaylar arasındaki mekansal sınırdır.

Ufuktan uzakta "Schwarzschild'e göre" olması gerektiği gibi, bir deliğin çekimi uzaklığın karesiyle ters orantılıdır, bu nedenle uzak bir gözlemci için sıradan bir ağır cisim olarak kendini gösterir. Kütleye ek olarak, delik, çöken yıldızın atalet momentini ve elektrik yükünü devralır. Ve önceki yıldızın diğer tüm özellikleri (yapı, kompozisyon, spektral tip vb.) unutulmaya yüz tutmaktadır.

Gemide saniyede bir sinyal gönderen bir radyo istasyonu ile deliğe bir sonda gönderelim. Uzak bir gözlemci için, sonda ufka yaklaştıkça, sinyaller arasındaki zaman aralıkları - prensipte, süresiz olarak - artacaktır. Gemi görünmez ufku geçer geçmez, "supra-hole" dünyasına tamamen kapanacaktır. Ancak bu kaybolma iz bırakmadan olmayacaktır, çünkü prob deliğe kütlesini, yükünü ve torkunu verecektir.

kara delik radyasyonu

Önceki tüm modeller, yalnızca genel görelilik temelinde inşa edildi. Ancak dünyamız, kara delikleri de göz ardı etmeyen kuantum mekaniği yasalarına tabidir. Bu yasalar, merkezi tekilliğin matematiksel bir nokta olarak kabul edilmesini engeller. Kuantum bağlamında, çapı yaklaşık olarak 10-33 santimetreye eşit olan Planck-Wheeler uzunluğu ile verilir. Bu alanda sıradan uzayın varlığı sona erer. Deliğin merkezinin, kuantum olasılık yasalarına göre ortaya çıkan ve ölen çeşitli topolojik yapılarla doldurulduğu genel olarak kabul edilir. Wheeler'ın kuantum köpüğü olarak adlandırdığı böyle bir köpüren yarı uzayın özellikleri hala tam olarak anlaşılamamıştır.

Kuantum tekilliğinin varlığı, kara deliğin derinliklerine düşen maddi cisimlerin kaderiyle doğrudan ilişkilidir. Deliğin merkezine yaklaşırken, şu anda bilinen malzemelerden yapılmış herhangi bir nesne gelgit kuvvetleri tarafından ezilecek ve parçalanacaktır. Bununla birlikte, geleceğin mühendisleri ve teknoloji uzmanları, benzeri görülmemiş özelliklere sahip bir tür ultra güçlü alaşımlar ve kompozitler yaratsalar bile, hepsi aynı şekilde yok olmaya mahkumdur: sonuçta, tekillik bölgesinde ne olağan zaman ne de olağan uzay vardır.

Şimdi kuantum mekaniksel bir büyüteçteki delik ufkunu düşünün. Boş uzay - fiziksel boşluk - aslında hiç de boş değildir. Bir vakumdaki çeşitli alanların kuantum dalgalanmaları nedeniyle, birçok sanal parçacık sürekli olarak doğar ve yok edilir. Ufukta yerçekimi çok güçlü olduğundan, dalgalanmaları son derece güçlü yerçekimi patlamaları yaratır. Bu tür alanlarda hızlandırıldığında, yeni doğan "sanallar" ek enerji kazanır ve bazen normal uzun ömürlü parçacıklar haline gelir.

Sanal parçacıklar her zaman zıt yönlerde hareket eden çiftler halinde doğarlar (bu, momentumun korunumu yasası tarafından gereklidir). Yerçekimi dalgalanması boşluktan bir çift parçacık çıkarırsa, bunlardan biri ufkun dışında ve ikincisi (birincisinin antiparçacığı) içeride gerçekleşebilir. "İç" parçacık deliğe düşerken, "dış" parçacık uygun koşullar altında kaçabilir. Sonuç olarak, delik bir radyasyon kaynağına dönüşür ve bu nedenle enerjisini ve dolayısıyla kütlesini kaybeder. Bu nedenle, kara delikler prensipte kararsızdır.

Bu fenomene, 1970'lerin ortalarında keşfeden olağanüstü İngiliz teorik fizikçiden sonra Hawking etkisi denir. Özellikle Stephen Hawking, bir kara deliğin ufkunun, T = 0,5 x 10 –7 x M s / M sıcaklığa kadar ısıtılan tamamen kara bir cisimle aynı şekilde fotonlar yaydığını kanıtladı. Buradan, delik inceldikçe sıcaklığının arttığı ve "buharlaşmanın" doğal olarak arttığı sonucu çıkar. Bu süreç son derece yavaştır ve M kütleli bir deliğin ömrü yaklaşık 10 65 x (M/M s) 3 yıldır. Boyutu Planck-Wheeler uzunluğuna eşit olduğunda, delik stabilitesini kaybeder ve patlar, bir milyon on megatonluk hidrojen bombasının eşzamanlı patlamasıyla aynı enerjiyi serbest bırakır. İlginçtir ki, ortadan kaybolduğu sırada deliğin kütlesi hala oldukça büyük, 22 mikrogram. Bazı modellere göre, delik iz bırakmadan kaybolmaz, ancak aynı kütlenin sözde maksimon olarak adlandırılan sabit bir kalıntısını geride bırakır.

Maximon 40 yıl önce doğdu - bir terim ve fiziksel bir fikir olarak. 1965 yılında Akademisyen M.A.Markov, temel parçacıkların kütlesinde bir üst sınır olduğunu öne sürdü. Bu sınırlayıcı değeri, üç temel fiziksel sabitten - Planck sabiti h, ışık hızı C ve yerçekimi sabiti G'den birleştirilebilen kütlenin boyutsallığı olarak düşünmeyi önerdi (ayrıntıları sevenler için: bunu yapmak için yapmanız gerekenler: h ve C'yi çarpın, sonucu G'ye bölün ve karekökü çıkarın). Bu, makalede bahsedilen 22 mikrogramın aynısıdır, bu değere Planck kütlesi denir. Aynı sabitlerden uzunluk boyutunda (Planck-Wheeler uzunluğu, 10 -33 cm) ve zaman boyutunda (10 -43 sn) çıkacak bir miktar oluşturmak mümkündür.
Markov, akıl yürütmesinde daha da ileri gitti. Onun hipotezlerine göre e, bir kara deliğin buharlaşması bir "kuru kalıntı" - bir özdeyiş - oluşumuna yol açar. Markov bu tür yapılara temel kara delikler adını verdi. Bu teorinin gerçeğe ne ölçüde tekabül ettiği hala açık bir sorudur. Her durumda, Markov özdeyişlerinin analogları, süper sicim teorisine dayanan bazı kara delik modellerinde yeniden canlandırıldı.

uzay derinlikleri

Kara delikler fizik kanunları tarafından yasaklanmamıştır ama doğada var mıdırlar? Uzayda böyle en az bir nesnenin varlığına dair kesin kanıtlar henüz bulunamadı. Bununla birlikte, bazı ikili dosyalardaki yıldız kara deliklerinin X-ışınları kaynağı olması kuvvetle muhtemeldir. Bu radyasyon, sıradan bir yıldızın atmosferinin komşu deliğin yerçekimi alanı tarafından emilmesi nedeniyle ortaya çıkmalıdır. Gaz olay ufkuna doğru hareket ettikçe güçlü bir şekilde ısınır ve X-ışını kuantumu yayar. En az iki düzine X-ışını kaynağı artık kara deliklerin rolü için uygun adaylar olarak kabul ediliyor. Dahası, yıldız istatistiklerinin verileri, yalnızca bizim Galaksimizde yaklaşık on milyon yıldız kökenli delik olduğunu gösteriyor.

Kara delikler, galaktik çekirdeklerdeki maddenin kütleçekimsel kalınlaşması sürecinde de oluşabilir. Milyonlarca ve milyarlarca güneş kütlesi kütlesine sahip devasa delikler, büyük olasılıkla birçok galakside var olan bu şekilde ortaya çıkıyor. Görünüşe göre, Samanyolu'nun toz bulutlarıyla kaplı merkezinde 3-4 milyon güneş kütlesi kütlesine sahip bir delik var.

Stephen Hawking, Evrenimize yol açan Büyük Patlama'dan hemen sonra keyfi kütleye sahip kara deliklerin doğabileceği sonucuna vardı. Bir milyar tona kadar olan birincil delikler çoktan buharlaştı, ancak daha ağır olanlar artık uzayın derinliklerinde saklanabilir ve zamanı geldiğinde güçlü gama radyasyonu patlamaları şeklinde kozmik havai fişekler düzenleyebilir. Ancak şimdiye kadar bu tür patlamalar gözlemlenmedi.

Kara delik fabrikası

Hızlandırıcıdaki parçacıkları bu kadar yüksek bir enerjiye hızlandırmak ve çarpışmalarının bir kara delik oluşturması mümkün müdür? İlk bakışta, bu fikir çılgınca - deliğin patlaması dünyadaki tüm yaşamı yok edecek. Üstelik teknik olarak da mümkün değil. Bir deliğin minimum kütlesi gerçekten 22 mikrograma eşitse, enerji birimlerinde 10 28 elektron volttur. Bu eşik, dünyanın en güçlü hızlandırıcısı olan ve 2007'de CERN'de piyasaya sürülecek olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (LHC) yeteneklerinden 15 kat daha büyüktür.

src = "black_holes1 / havadan görünüm-lhc.jpg" genişlik = "275" kenarlık = "0">

Bununla birlikte, minimum delik kütlesinin standart tahmininin önemli ölçüde fazla tahmin edilmesi mümkündür. Her halükarda, kuantum kütleçekimi teorisini içeren süper sicim teorisini geliştiren fizikçiler (tam olmaktan uzak olsa da) bunu söylüyorlar. Bu teoriye göre uzayın üç boyutu değil, en az dokuzu vardır. Aletlerimizin algılayamayacağı kadar küçük bir ölçekte geri döndürüldükleri için ekstra boyutları fark etmiyoruz. Bununla birlikte, yerçekimi her yerde mevcuttur ve aynı zamanda gizli boyutlara da nüfuz eder. Üç boyutlu uzayda, yerçekimi kuvveti, mesafenin karesiyle ve dokuz boyutlu uzayda - sekizinci dereceyle ters orantılıdır. Bu nedenle, çok boyutlu bir dünyada, azalan mesafe ile yerçekimi alanının gücü, üç boyutlu olandan çok daha hızlı artar. Bu durumda, Planck uzunluğu birçok kez artar ve minimum delik kütlesi keskin bir şekilde düşer.

Sicim teorisi, sadece 10-20 g kütleye sahip bir kara deliğin dokuz boyutlu uzayda doğabileceğini tahmin ediyor.CERN süper hızlandırıcısında hızlandırılan hesaplanan göreli proton kütlesi yaklaşık olarak aynıdır. En iyimser senaryoya göre, her saniye bir delik üretebilecek ve bu da yaklaşık 10-26 saniye yaşayacak. Buharlaşma sürecinde, kayıt edilmesi kolay olacak her türlü temel parçacık doğacak. Deliğin kaybolması, enerjinin salınmasına yol açacaktır ve bu, bir derecenin binde biri için bir mikrogram suyu ısıtmak için bile yeterli değildir. Bu nedenle, LHC'nin zararsız bir kara delik fabrikasına dönüşeceği umudu var. Bu modeller doğruysa, bu tür delikler yeni nesil yörüngesel kozmik ışın dedektörlerini kaydedebilecek.

Yukarıdakilerin tümü sabit kara delikler için geçerlidir. Bu arada, bir sürü ilginç özelliğe sahip dönen delikler var. Kara delik radyasyonunun teorik analizinin sonuçları, aynı zamanda ayrı bir tartışmayı hak eden entropi kavramının ciddi bir şekilde yeniden düşünülmesine yol açtı.

Uzay süper volanlar

Bahsettiğimiz statik elektriksel olarak nötr kara delikler, gerçek dünya için hiç de tipik değil. Çöken yıldızlar dönme eğilimindedir ve ayrıca elektrikle şarj edilebilirler.

Kel kafa teoremi

Galaktik çekirdeklerdeki dev delikler, büyük olasılıkla, yerçekimi yoğunlaşmasının birincil merkezlerinden oluşur - tek bir "yıldız sonrası" delik veya çarpışmalar sonucunda birleşen birkaç delik. Bu tür mikrop delikleri, yakındaki yıldızları ve yıldızlararası gazı yutar ve böylece kütlelerini çoğaltır. Ufkun altına düşen madde yine hem elektrik yüküne (uzay gazı ve toz parçacıkları kolayca iyonize olur) hem de dönme momentine (düşme, bir spiral içinde bir bükülme ile gerçekleşir) sahiptir. Herhangi bir fiziksel süreçte atalet momenti ve yük korunur ve bu nedenle kara deliklerin oluşumunun bir istisna olmadığını varsaymak doğaldır.

Ancak, makalenin ilk bölümünde özel bir durumu formüle edilmiş olan daha da güçlü bir ifade de doğrudur (bkz. A. Levin, The Amazing History of Black Holes, "Popular Mechanics" No. 11, 2005). Makroskopik karadeliğin ataları ne olursa olsun, onlardan yalnızca kütle, dönme momenti ve elektrik yükü alır. John Wheeler'a göre, "kara deliğin saçı yoktur." 1970'lerde birkaç teorik fizikçinin ortak çabalarıyla kanıtlandığı gibi, herhangi bir deliğin ufkundan üçten fazla "kıl" sarkmadığını söylemek daha doğru olur. Doğru, manyetik monopollerin varsayımsal taşıyıcıları Paul Dirac tarafından 1931'de tahmin edilen delikte manyetik bir yük de korunmalıdır. Ancak bu parçacıklar henüz bulunamadı ve dördüncü "saç" hakkında konuşmak için henüz çok erken. Prensipte, kuantum alanlarla ilişkili ek “kıllar” olabilir, ancak makroskopik bir delikte bunlar tamamen görünmezdir.

Ve yine de dönüyorlar

Statik bir yıldız yeniden şarj edilirse, uzay-zaman metriği değişecek, ancak olay ufku hala küresel kalacaktır. Bununla birlikte, bir dizi nedenden dolayı yıldız ve galaktik kara delikler büyük bir yük taşıyamaz, bu nedenle astrofizik açısından bu durum çok ilginç değildir. Ancak deliğin dönüşü daha ciddi sonuçlar doğurur. İlk olarak, ufkun şekli değişir. Merkezkaç kuvvetleri onu dönme ekseni boyunca sıkıştırır ve ekvator düzleminde gerer, böylece küre bir elipsoid gibi bir şeye dönüşür. Özünde, aynı şey, herhangi bir dönen cisimde olduğu gibi, özellikle gezegenimizde olduğu gibi ufukta da olur - sonuçta, Dünya'nın ekvator yarıçapı, kutupsal olandan 21.5 km daha uzundur. İkinci olarak, döndürme, ufkun doğrusal boyutlarını azaltır. Ufkun, uzak dünyalara sinyal gönderebilen veya gönderemeyen olaylar arasındaki arayüz olduğunu hatırlayın. Bir deliğin yerçekimi ışık kuantumunu cezbederse, merkezkaç kuvvetleri tam tersine onların uzaya kaçışına katkıda bulunur. Bu nedenle, dönen bir deliğin ufku, merkezine aynı kütleye sahip statik bir yıldızın ufkundan daha yakın yerleştirilmelidir.

Ama hepsi bu değil. Dönmesindeki delik, çevreleyen alanı uzaklaştırır. Deliğin hemen yakınında sürüklenme tamamlandı, çevrede yavaş yavaş zayıflıyor. Bu nedenle, deliğin ufku, uzayın özel bir bölgesine - ergosfere - daldırılır. Ergosferin sınırı, kutuplarda ufka dokunur ve ekvator düzleminde ondan en uzağa hareket eder. Bu yüzeyde uzayı sürükleme hızı ışık hızına eşittir; içinde ışık hızından daha büyük ve dışında daha az. Bu nedenle, bir gaz molekülü, bir kozmik toz parçacığı veya bir keşif sondası olsun, herhangi bir malzeme gövdesi, ergosfere girdiğinde, kesinlikle deliğin etrafında ve kendisiyle aynı yönde dönmeye başlayacaktır.

Yıldız Jeneratörleri

Ergosferin varlığı, prensipte, deliğin bir enerji kaynağı olarak kullanılmasına izin verir ve. Bir nesnenin ergosfere girmesine ve orada iki parçaya ayrılmasına izin verin. Bunlardan birinin ufkun altına düşeceği, diğerinin ergosferden ayrılacağı ve kinetik enerjisinin tüm vücudun başlangıç enerjisini aşacağı ortaya çıkabilir! Ergosfer ayrıca üzerine düşen ve uzaya geri saçılan elektromanyetik radyasyonu yükseltme yeteneğine de sahiptir (bu fenomene süper radyasyon denir).

Ancak, enerjinin korunumu yasası ve sarsılmaz - sürekli hareket eden makineler mevcut değildir. Bir delik ona parçacık veya radyasyon enerjisi beslediğinde, kendi dönme enerjisi azalır. Uzay süper volanı yavaş yavaş yavaşlar ve sonunda durabilir. Bu şekilde deliğin kütlesinin %29'una kadar enerjiye dönüştürmenin mümkün olduğu hesaplanmıştır. Sadece maddenin ve antimaddenin yok edilmesi bu süreçten daha etkilidir, çünkü bu durumda kütle tamamen radyasyona dönüştürülür. Ancak güneş termonükleer yakıtı çok daha düşük bir verimlilikle yanar - yaklaşık %0,6.

Sonuç olarak, hızla dönen bir kara delik, kozmik süper medeniyetler için neredeyse ideal bir enerji üreticisidir (tabii ki, varsa). Her durumda, doğa çok eski zamanlardan beri bu kaynağı kullanıyor. En güçlü uzay "radyo istasyonları" (elektromanyetik dalga kaynakları) olan kuasarlar, galaksilerin çekirdeklerinde bulunan dev dönen deliklerin enerjisini besler. Bu hipotez Edwin Salpeter ve Yakov Zeldovich tarafından 1964'te ortaya atıldı ve o zamandan beri genel kabul gördü. Deliğe yaklaşan malzeme, toplanma diski adı verilen halka benzeri bir yapı oluşturur. Deliğin yakınındaki boşluk dönüşü ile kuvvetli bir şekilde büküldüğünden, diskin iç bölgesi ekvator düzleminde tutulur ve yavaş yavaş olay ufkuna doğru yerleşir. Bu bölgedeki gaz, iç sürtünme ile güçlü bir şekilde ısıtılır ve kızılötesi, ışık, ultraviyole ve X-ışınları ve hatta bazen gama kuanta üretir. Kuasarlar ayrıca, esas olarak senkrotron etkisinden kaynaklanan termal olmayan radyo emisyonu yayar.

Çok yüzeysel entropi

Kel delik teoremi çok sinsi bir tuzak gizler. Çöken bir yıldız, yerçekimi kuvvetleri tarafından sıkıştırılan bir aşırı sıcak gaz bloğudur. Yıldız plazmasının yoğunluğu ve sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, içindeki düzen ve kaos o kadar az olur. Kaos derecesi, çok özel bir fiziksel nicelik - entropi ile ifade edilir. Zamanla, izole edilmiş herhangi bir nesnenin entropisi artar - bu, termodinamiğin ikinci yasasının özüdür. Çöküşün başlangıcından önce yıldızın entropisi aşırı derecede yüksektir ve deliğin entropisi son derece küçük görünmektedir, çünkü deliği açık bir şekilde tanımlamak için sadece üç parametreye ihtiyaç vardır. Yerçekimi çöküşü sırasında termodinamiğin ikinci yasası ihlal ediliyor mu?

Bir yıldız bir süpernovaya dönüştüğünde, fırlatılan kabuk ile birlikte entropisinin de taşındığı varsayılabilir mi? Ne yazık ki hayır. Birincisi, zarfın kütlesi yıldızın kütlesi ile karşılaştırılamaz, bu nedenle entropi kaybı küçük olacaktır. İkincisi, termodinamiğin ikinci yasasının daha da inandırıcı bir zihinsel "çürütmesi" ile ortaya çıkmak kolaydır. Sıfır olmayan sıcaklıktaki bir cismin ve bir tür entropinin hazır bir deliğin çekim alanına düşmesine izin verin. Olay ufkunun altına düştüğünde, entropi rezervleriyle birlikte kaybolacak ve deliğin entropisi büyük olasılıkla hiç artmayacak. Uzaylının entropisinin kaybolmadığını, deliğin içine aktarıldığını iddia etmek için bir cazibe var, ancak bu sadece sözlü bir numara. Fizik yasaları, bizim ve araçlarımızın erişebileceği bir dünyada yerine getirilir ve herhangi bir dış gözlemci için olay ufkunun altındaki alan terra incognita'dır.

Bu paradoks, Wheeler'ın yüksek lisans öğrencisi Jacob Bekenstein tarafından çözüldü. Termodinamiğin çok güçlü bir entelektüel kaynağı vardır - ideal ısı motorlarının teorik çalışması. Bekenstein, bir kara deliği ısıtıcı olarak kullanarak ısıyı faydalı işe dönüştüren bir zihinsel cihaz geliştirdi. Bu modeli kullanarak kara deliğin entropisini hesapladı, olay ufkunun alanıyla orantılı olduğu ortaya çıktı... Bu alan, deliğin yarıçapının karesiyle orantılıdır, ki bu da, hatırlayın, kütlesiyle orantılıdır. Herhangi bir dış nesne yakalandığında, deliğin kütlesi artar, yarıçap uzar, ufuk alanı artar ve buna bağlı olarak entropi artar. Hesaplamalar, yabancı bir cismi yutan bir deliğin entropisinin, bu cismin ve deliğin karşılaşmadan önceki toplam entropisini aştığını göstermiştir. Benzer şekilde, çöken yıldızın entropisi, varis deliğinin entropisinden birçok büyüklük mertebesinde daha azdır. Aslında, Bekenstein'ın mantığından, deliğin yüzeyinin sıfır olmayan bir sıcaklığa sahip olduğu ve bu nedenle basitçe termal fotonlar (ve eğer yeterince ısıtılırsa, diğer parçacıklar) yayması gerektiği sonucu çıkar. Ancak Bekenstein o kadar ileri gitmeye cesaret edemedi (bu adım Stephen Hawking tarafından atıldı).

Ne hale geldik? Kara delikler üzerindeki yansımalar sadece termodinamiğin ikinci yasasını sarsılmaz bırakmakla kalmaz, aynı zamanda entropi kavramını zenginleştirmeyi de mümkün kılar. Sıradan bir fiziksel cismin entropisi hacmiyle aşağı yukarı orantılıdır ve bir deliğin entropisi ufkun yüzeyiyle orantılıdır. Aynı doğrusal boyutlara sahip herhangi bir maddi nesnenin entropisinden daha büyük olduğu kesin olarak kanıtlanabilir. Demek oluyor maksimum kapalı bir alan alanının entropisi, yalnızca dış sınırının alanı tarafından belirlenir! Gördüğümüz gibi, karadeliklerin özelliklerinin teorik bir analizi, genel bir fiziksel yapıya ilişkin çok derin sonuçlara varılmasını sağlar.

Evrenin derinliklerine bakmak

Uzayın derinliklerinde kara delik arayışı nasıl yapılıyor? Bu soru, Popular Mechanics tarafından ünlü astrofizikçi Harvard Üniversitesi profesörü Ramesh Narayan'a yöneltildi.

"Kara deliklerin keşfi, modern astronomi ve astrofiziğin en büyük başarılarından biri olarak kabul edilmelidir. Son yıllarda, uzayda her biri normal bir yıldızdan ve bir toplanma diski ile çevrili çok küçük, ışıksız bir nesneden oluşan binlerce X-ışını kaynağı tespit edilmiştir. Kütleleri bir buçuk ila üç güneş kütlesi arasında değişen karanlık cisimler büyük olasılıkla nötron yıldızlarıdır. Bununla birlikte, bu görünmez nesneler arasında bir kara deliğin rolü için en az iki düzine pratik olarak yüzde yüz aday vardır. Ayrıca bilim adamları, galaktik çekirdeklerde gizlenen en az iki dev kara delik olduğu konusunda fikir birliğine varmışlardır. Bunlardan biri Galaksimizin merkezinde yer alır; Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya'dan gökbilimciler tarafından geçen yılki yayına göre, kütlesi 3,7 milyon güneş kütlesidir (M s). Birkaç yıl önce Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'ndeki meslektaşlarım James Moran ve Lincoln Greenhill, 35 milyon M s çeken Seyfert gökadası NGC 4258'in merkezindeki deliğin tartılmasına büyük katkıda bulundular. Her durumda, birçok gökadanın çekirdeği, bir milyondan birkaç milyar M s'ye kadar kütleli delikler içerir.

Şimdiye kadar, Dünya'dan gelen bir kara deliğin gerçekten benzersiz bir imzasını - bir olay ufkunun varlığını - düzeltmenin bir yolu yok. Ancak, yokluğuna nasıl ikna edileceğimizi zaten biliyoruz. Nötron yıldızının yarıçapı 10 kilometredir; aynı büyüklük sırası ve yıldız çökmesinin bir sonucu olarak doğan deliklerin yarıçapı. Bununla birlikte, bir nötron yıldızı sert bir yüzeye sahipken bir delik yoktur. Maddenin bir nötron yıldızının yüzeyine düşmesi, ikinci süreli periyodik X-ışını patlamaları oluşturan termonükleer patlamaları gerektirir. Ve gaz kara deliğin ufkuna ulaştığında onun altına girer ve herhangi bir radyasyonda kendini göstermez. Bu nedenle, kısa X-ışını parlamalarının olmaması, nesnenin delik yapısının güçlü bir teyididir. Muhtemelen kara delikler içeren iki düzine ikili sistemin tümü bu tür işaret fişekleri yaymaz.

Kabul etmek gerekir ki artık kara deliklerin varlığına dair olumsuz kanıtlarla yetinmek zorunda kalıyoruz. Delik olarak ilan ettiğimiz nesneler, genel kabul görmüş teorik modeller açısından başka bir şey olamaz. Başka bir deyişle, onları yalnızca makul bir şekilde başka bir şey olarak kabul edemediğimiz için delikler olarak görüyoruz. Umarım gelecek nesil astronomlar biraz daha şanslı olur.”

Profesör Narayan'ın sözlerine, gökbilimcilerin uzun zamandır kara deliklerin varlığına inandıklarını ekleyebiliriz. Tarihsel olarak, bu pozisyon için ilk güvenilir aday, bizden 6500 ışıkyılı uzaklıktaki çok parlak mavi süperdev HDE 226868'in karanlık uydusuydu. 1970'lerin başında Cygnus X-1 X-ray ikili sisteminde keşfedildi. En son verilere göre kütlesi yaklaşık 20 M s'dir. Bu yıl 20 Eylül'de, gökbilimcilerin ilk kez 17 yıl önce varlığından şüphelendiği başka bir galaktik ölçekli deliğin gerçekliği hakkındaki şüpheleri neredeyse tamamen ortadan kaldıran verilerin yayınlandığını belirtmekte fayda var. Daha çok Andromeda Bulutsusu olarak bilinen M31 galaksisinin merkezinde yer almaktadır. Galaxy M31 çok eski, yaklaşık 12 milyar yaşında. Delik de oldukça büyük - 140 milyon güneş kütlesi. 2005 sonbaharında, gökbilimciler ve astrofizikçiler nihayet üç süper kütleli karadeliğin ve birkaç düzine daha mütevazı yoldaşının varlığına ikna oldular.

teorisyenlerin kararı

Popular Mechanics, kara delikler alanında onlarca yıl araştırma yapmış yerçekimi teorisi konusunda en yetkili iki uzmanla da konuşmayı başardı. Bu alandaki en önemli başarıları listelemelerini istedik. California Institute of Technology'de teorik fizik profesörü olan Kip Thorne bize şunları söyledi:

“Genel görelilik denklemleriyle iyi tanımlanan makroskopik kara delikler hakkında konuşursak, o zaman teorileri alanında, ana sonuçlar XX yüzyılın 60-80'lerinde elde edildi. Son çalışmalarla ilgili olarak, bunlardan en ilginç olanı, yaşlandıkça bir kara deliğin içinde meydana gelen süreçlerin daha iyi anlaşılmasını sağladı. Son yıllarda, sicim teorisinde doğal olarak ortaya çıkan çok boyutlu uzaylardaki karadelik modellerine büyük ilgi gösterildi. Ancak bu çalışmalar artık klasik değil, henüz keşfedilmemiş kuantum delikleridir. Son yılların ana sonucu, galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli deliklerin yanı sıra, birkaç güneş kütlesi kütlesine sahip deliklerin varlığının gerçekliğinin çok ikna edici astrofiziksel onayıdır. Bugün artık bu deliklerin gerçekten var olduğuna ve onların oluşum süreçlerini iyi anladığımıza dair hiçbir şüphe yok."

Aynı soru, Kanada Albert Valery Frolov Eyaleti Üniversitesi'nde profesör olan Akademisyen Markov'un bir öğrencisi tarafından da cevaplandı:

"Öncelikle Galaksimizin merkezindeki bir kara deliğin keşfini söyleyebilirim. Ek boyutlara sahip uzaylardaki deliklerin teorik çalışmaları da çok ilginçtir; buradan, çarpıştırıcı hızlandırıcılarındaki deneylerde ve kozmik ışınların karasal madde ile etkileşim süreçlerinde küçük deliklerin doğma olasılığını takip eder. Son zamanlarda, Stephen Hawking, bir kara delikten gelen termal radyasyonun, ufkunun altına düşen nesnelerin durumu hakkında dış dünyaya tamamen geri döndüğünü takip ettiği çalışmanın bir ön baskısını gönderdi. Önceleri bu bilginin geri dönülmez bir şekilde ortadan kaybolduğuna inanıyordu ama şimdi tam tersi bir sonuca vardı. Bununla birlikte, bu sorunun nihayet ancak henüz kurulmamış olan kuantum kütleçekim teorisi temelinde çözülebileceğini vurgulamak gerekir. "

Hawking'in çalışması ayrı bir yorumu hak ediyor. Kuantum mekaniğinin genel ilkelerinden, hiçbir bilginin iz bırakmadan kaybolmadığı, ancak belki de daha az "okunabilir" bir forma geçtiği sonucu çıkar. Bununla birlikte, kara delikler maddeyi geri döndürülemez bir şekilde yok eder ve görünüşe göre bilgiyle de aynı şekilde sert bir şekilde ilgilenir. 1976'da Hawking, bu sonucun matematiksel bir aygıt tarafından desteklendiği bir makale yayınladı. Bazı teorisyenler onunla hemfikirdi, bazıları değildi; özellikle, sicim teorisyenleri bilginin yok edilemez olduğuna inanıyorlardı. Hawking, geçen yaz Dublin'deki bir konferansta, bilgilerin hala saklandığını ve termal radyasyonla birlikte buharlaşan deliğin yüzeyinden ayrıldığını söyledi. Bu toplantıda Hawking, yeni hesaplamalarının yalnızca bir diyagramını sundu ve bunları zaman içinde tam olarak yayınlamayı vaat etti. Ve şimdi, Valery Frolov'un dediği gibi, bu çalışma bir ön baskı olarak mevcut hale geldi.

Son olarak, Profesör Frolov'dan neden kara delikleri insan zekasının en fantastik icatlarından biri olarak gördüğünü açıklamasını istedik.

"Gökbilimciler, anlamak için büyük ölçüde yeni fiziksel fikirler gerektirmeyen uzun süredir nesneler keşfediyorlar. Bu sadece gezegenler, yıldızlar ve galaksiler için değil, beyaz cüceler ve nötron yıldızları gibi egzotik cisimler için de geçerlidir. Ancak kara delik tamamen farklı bir şeydir, bilinmeyene doğru bir atılımdır. Biri onun içinin yeraltı dünyasını barındırmak için en iyi yer olduğunu söyledi. Deliklerin, özellikle de tekilliklerin incelenmesi, yakın zamana kadar pratikte fizikte tartışılmayan bu tür standart dışı kavramların ve modellerin kullanımını zorlar - örneğin, kuantum yerçekimi ve sicim teorisi. Burada fizik için olağandışı, hatta acı verici, ancak şimdi açıkça görüldüğü gibi, kesinlikle gerçek olan birçok sorun ortaya çıkıyor. Bu nedenle, deliklerin incelenmesi, fiziksel dünya hakkındaki bilgimizin eşiğinde olanlar da dahil olmak üzere, sürekli olarak temelde yeni teorik yaklaşımlar gerektirir. "

Fransızlar ve İngilizler arasında bazen yarı şaka, bazen de ciddi bir tartışma vardır: Görünmez yıldızların var olma olasılığını kim keşfeder? Fransız P. Laplace veya İngiliz J. Michell? 1973'te, ünlü İngiliz teorik fizikçiler S. Hawking ve G. Ellis, uzay ve zamanın yapısıyla ilgili modern özel matematiksel sorulara ayrılmış bir kitapta, Fransız P. Laplace'ın çalışmasına atıfta bulundular. siyah yıldızların varlığı; o zaman J. Michell'in çalışmaları henüz bilinmiyordu. 1984 sonbaharında, Toulouse'daki bir konferansta konuşan ünlü İngiliz astrofizikçi M Rice, Fransa'da konuşmanın pek uygun olmamasına rağmen, İngiliz J. Michell'in görünmez yıldızları tahmin eden ilk kişi olduğunu vurgulaması gerektiğini söyledi. ve ilgili çalışmasının ilk sayfasının bir anlık görüntüsünü gösterdi. Bu tarihi açıklama seyircilerden alkış ve gülümsemeyle karşılandı.

Fransızlar ve İngilizler arasında, Uranüs'ün hareketindeki rahatsızlıklara dayanarak Neptün gezegeninin konumunu kimin tahmin ettiğine dair tartışmaları nasıl hatırlamayız: Fransız W. Le Verrier veya İngiliz J. Adams? Bildiğiniz gibi, her iki bilim adamı da bağımsız olarak yeni gezegenin konumunu doğru bir şekilde belirtti. O zaman Fransız W. Le Verrier daha şanslıydı. Bu, birçok keşfin kaderidir. Genellikle farklı insanlar tarafından neredeyse aynı anda ve bağımsız olarak yapılırlar.Genellikle, sorunun özüne daha derinlemesine nüfuz edenlere öncelik verilir, ancak bazen bunlar sadece talih kaprisleridir.

Ancak P. Laplace ve J. Michill'in öngörüsü henüz bir kara deliğin gerçek bir öngörüsü değildi. Niye ya?

Gerçek şu ki, Laplace zamanında doğada hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceği henüz bilinmiyordu. Boşlukta ışığı sollamak imkansızdır! Bu, A Einstein tarafından zaten yüzyılımızda özel görelilik kuramında kurulmuştur. Bu nedenle, P. Laplace için, düşündüğü yıldız yalnızca siyahtı (ışıksız) ve böyle bir yıldızın genel olarak dış dünyayla “iletişim kurma”, herhangi bir şeyle “iletişim kurma” yeteneğini kaybettiğini bilemezdi. Üzerinde meydana gelen olaylar hakkında uzak dünyalar. ... Başka bir deyişle, bunun sadece bir “kara” değil, aynı zamanda içine düşebileceği bir “delik” olduğunu henüz bilmiyordu, ama çıkması imkansızdı. Şimdi biliyoruz ki, eğer ışık uzayın bir alanından çıkamıyorsa, o zaman hiçbir şeyin çıkamayacağı anlamına gelir ve böyle bir nesneye kara delik deriz.

Laplace'ın akıl yürütmesinin kesin olarak kabul edilememesinin bir başka nedeni de, düşen cisimlerin ışık hızına hızlandırıldığı ve giden ışığın kendisinin geciktirilebildiği muazzam güçteki yerçekimi alanlarını dikkate alması ve aynı zamanda yasayı uygulamasıdır. yerçekimi Newton.

A. Einstein, ”bu tür alanlar için Newton'un yerçekimi teorisinin uygulanamaz olduğunu gösterdi ve hem süper güçlü hem de hızla değişen alanlar için geçerli olan yeni bir teori yarattı (Newton'un teorisi de uygulanamaz!), Ve. buna genel görelilik kuramı adını verdi. Kara deliklerin varlığının olasılığını kanıtlamak ve özelliklerini incelemek için kullanılması gereken bu teorinin sonuçlarıdır.

Genel görelilik inanılmaz bir teoridir. O kadar derin ve incedir ki, onu tanıyan herkeste estetik bir zevk duygusu uyandırır. Sovyet fizikçileri L. Landau ve E. Lifshits, "Alan Teorisi" ders kitaplarında onu "mevcut tüm fiziksel teorilerin en güzeli" olarak adlandırdılar. Alman fizikçi Max Born görelilik teorisinin keşfi hakkında şunları söyledi: "Ona bir sanat eseri olarak hayranım." Ve Sovyet fizikçi V. Ginzburg, bunun "... bir duyguyu... en seçkin resim, heykel veya mimari şaheserlerine bakarken yaşananlara benzer" uyandırdığını yazdı.

Einstein'ın teorisinin popüler bir anlatımına yönelik sayısız girişim, elbette, onun hakkında genel bir izlenim verebilir. Ama açıkçası, "Sistine Madonna"nın bir reprodüksiyonunu tanımak, Raphael'in dehası tarafından yaratılan orijinali düşünürken ortaya çıkan deneyimden farklı olduğu için, teorinin kendisini bilmenin verdiği haz kadar az değildir.

Ve yine de, orijinaline hayran kalma olasılığı olmadığında, mevcut reprodüksiyonları, daha iyilerini (ve her türlüsü var) tanımak mümkündür (ve gereklidir!).

Novikov kimliği

10 Nisan'da Event Horizon Telescope projesinden bir grup astrofizikçi, bir kara deliğin ilk anlık görüntüsünü yayınladı. Bu devasa ama görünmez uzay nesneleri, hala evrenimizdeki en gizemli ve ilgi çekici nesnelerdir.

Alttarafı oku

Kara delik nedir?

Bir kara delik, yerçekimi o kadar büyük olan bir nesnedir (uzay-zamanda bölge), ışık hızında hareket edenler de dahil olmak üzere bilinen tüm nesneleri kendine çeker. Işığın kendi kuantası da bu bölgeyi terk edemez, dolayısıyla kara delik görünmezdir. Sadece kara deliğin etrafındaki elektromanyetik dalgaları, radyasyonu ve uzaydaki bozulmaları gözlemleyebilirsiniz. Yayınlanan Event Horizon Teleskobu, kara deliğin olay ufkunu - bir yığılma diski tarafından çerçevelenen bir süper yerçekimi bölgesinin kenarı - delik tarafından "emilen" parlak maddeyi tasvir ediyor.

"Kara delik" terimi XX yüzyılın ortalarında ortaya çıktı, Amerikalı teorik fizikçi John Archibald Wheeler tarafından tanıtıldı. Bu terimi ilk olarak 1967'de bilimsel bir konferansta kullandı.

Ancak ışığın bile yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelemeyeceği kadar büyük kütleli cisimlerin varlığına dair varsayımlar 18. yüzyılda ortaya atılmıştı. Modern kara delikler teorisi, genel görelilik çerçevesinde oluşmaya başladı. İlginçtir ki, Albert Einstein'ın kendisi kara deliklerin varlığına inanmıyordu.

Kara delikler nereden geliyor?

Bilim adamları kara deliklerin farklı kökenlerden olduğuna inanıyor. Büyük kütleli yıldızlar yaşamlarının sonunda bir kara delik haline gelir: milyarlarca yıl boyunca gazların bileşimi ve içlerindeki sıcaklık değişir, bu da yıldızın yerçekimi ile sıcak gazların basıncı arasında bir dengesizliğe yol açar. Sonra yıldız çöker: hacmi azalır, ancak kütle değişmediği için yoğunluk artar. Tipik bir yıldız kütleli kara delik, 30 kilometrelik bir yarıçapa ve santimetreküp başına 200 milyon tondan fazla yoğunluğa sahiptir. Karşılaştırma için: Dünya'nın kara delik olabilmesi için yarıçapının 9 milimetre olması gerekir.

Başka bir kara delik türü daha var - çoğu galaksinin çekirdeğini oluşturan süper kütleli kara delikler. Kütleleri, yıldız kara deliklerinin kütlesinin milyar katıdır. Süper kütleli karadeliklerin kökeni bilinmiyor, bir zamanlar büyüyerek diğer yıldızları yutan yıldız kütleli kara delikler oldukları varsayılıyor.

Evrenin başlangıcında herhangi bir kütlenin sıkıştırılmasından ortaya çıkabilecek ilkel kara deliklerin varlığı hakkında da tartışmalı bir fikir var. Ek olarak, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda temel parçacıkların kütlesine yakın bir kütleye sahip çok küçük kara deliklerin oluştuğu varsayımı vardır. Ancak, bu sürüm için henüz bir onay yok.

Kara delik galaksimizi yutacak mı?

Samanyolu galaksisinin merkezinde bir kara delik var - Yay A *. Kütlesi Güneş'in kütlesinin dört milyon katıdır ve büyüklüğü - 25 milyon kilometre - yaklaşık olarak 18 güneşin çapına eşittir. Böyle bir ölçek, bazılarının merak etmesine neden oldu: Tüm galaksimizi tehdit eden bir kara delik değil mi? Sadece bilim kurgu yazarlarının bu tür varsayımlar için gerekçeleri yoktur: birkaç yıl önce bilim adamları, gezegenimizden 12,5 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan galaksi W2246-0526 hakkında rapor verdiler. W2246-0526'nın merkezinde bulunan gökbilimcilerin açıklamasına göre, süper kütleli bir kara delik onu yavaş yavaş parçalara ayırıyor ve ortaya çıkan radyasyon, akkor dev gaz bulutlarını her yöne doğru hızlandırıyor. Bir kara delik tarafından parçalanan galaksi, 300 trilyon güneşten daha parlak parlıyor.

Bununla birlikte, ev galaksimiz (en azından kısa vadede) herhangi bir şey tarafından tehdit edilmemektedir. Güneş sistemi de dahil olmak üzere Samanyolu'ndaki çoğu nesne, karadelikten çekimini hissedemeyecek kadar uzaktadır. Ek olarak, "bizim" kara deliği, bir elektrikli süpürge gibi tüm materyali emmez, ancak gezegenler için Güneş gibi, etrafındaki yörüngedeki bir grup yıldız için yerçekimi çapası görevi görür.

Bununla birlikte, bir kara deliğin olay ufkunun ötesine geçsek bile, büyük olasılıkla onu fark etmeyeceğiz bile.

Bir kara deliğe "düşersen" ne olur?

Bir kara deliğin çektiği bir nesne, büyük olasılıkla oradan geri dönemeyecektir. Bir kara deliğin yerçekiminin üstesinden gelmek için ışık hızından daha yüksek bir hız geliştirmeniz gerekiyor, ancak insanlık bunu nasıl yapacağını henüz bilmiyor.

Kara deliğin etrafındaki yerçekimi alanı çok güçlü ve homojen değildir, bu nedenle yakınındaki tüm nesneler şekil ve yapı değiştirir. Nesnenin olay ufkuna daha yakın olan tarafı daha fazla kuvvetle çekilir ve daha büyük bir ivme ile düşer, böylece tüm nesne gerilir ve makarna gibi olur. Bu fenomen, ünlü teorik fizikçi Stephen Hawking tarafından "Zamanın Kısa Tarihi" adlı kitabında açıklanmıştır. Hawking'den önce bile, astrofizikçiler bu fenomene spagettifikasyon adını verdiler.

Spagettifikasyonu bir kara deliğe ayakları kadar uçan bir astronotun bakış açısından tanımlarsanız, yerçekimi alanı bacaklarını sıkılaştıracak ve ardından vücudu gerip parçalayarak onu bir atom altı parçacık akışına dönüştürecektir.

Işığı emdiği için dışarıdan bir kara deliğe düştüğünü görmek imkansızdır. Dışarıdan bir gözlemci sadece kara deliğe yaklaşan bir nesnenin yavaş yavaş yavaşladığını ve sonra tamamen durduğunu görecektir. Bundan sonra, nesnenin silueti giderek daha bulanık hale gelecek, kırmızı bir renk alacak ve sonunda sonsuza kadar kaybolacaktır.

Stephen Hawking'in varsayımına göre, kara deliğin çektiği tüm nesneler olay ufkunda kalır. Görelilik teorisinden, bir kara deliğin yakınında zamanın durma noktasına geldiği sonucu çıkar, bu nedenle düşen biri için kara deliğin içine düşme asla gerçekleşmeyebilir.

İçinde ne var?

Açık nedenlerden dolayı, şu anda bu soruya güvenilir bir cevap yok. Ancak bilim adamları, bir kara deliğin içinde alıştığımız fizik yasalarının artık çalışmadığı konusunda hemfikir. En heyecan verici ve egzotik hipotezlerden birine göre, kara deliğin etrafındaki uzay-zaman sürekliliği o kadar çarpıktır ki, gerçekliğin kendisinde, başka bir evrene veya sözde solucan deliğine açılan bir portal olabilecek bir delik oluşur.

Kara delikler: evrendeki en gizemli nesneler

Uzay araştırmaları konusunda popüler bilim filmleri yapmaya olan ilginin nispeten yakın zamanda artması nedeniyle, modern izleyici tekillik veya kara delik gibi fenomenler hakkında çok şey duymuştur. Bununla birlikte, filmler, açıkçası, bu fenomenlerin tüm doğasını ortaya çıkarmaz ve hatta bazen daha fazla etkinlik için inşa edilmiş bilimsel teorileri çarpıtır. Bu nedenle, birçok modern insanın bu fenomenler hakkındaki fikri ya tamamen yüzeyseldir ya da tamamen yanlıştır. Sorunun çözümlerinden biri, mevcut araştırma sonuçlarını anlamaya çalışacağımız ve kara delik nedir sorusuna cevap vereceğimiz bu makale.

1784'te İngiliz rahip ve doğa bilimci John Michell, Kraliyet Cemiyeti'ne yazdığı bir mektupta, o kadar güçlü bir yerçekimi çekimine sahip, ikinci kozmik hızın ışık hızını aşacağı varsayımsal bir kütleli cisimden ilk kez bahsetti. İkinci kozmik hız, nispeten küçük bir cismin, bir gök cismi üzerindeki yerçekimsel çekimin üstesinden gelmek ve bu cismin etrafındaki kapalı yörüngenin ötesine geçmek için ihtiyaç duyacağı hızdır. Hesaplarına göre, Güneş yoğunluğuna ve 500 güneş yarıçapı yarıçapına sahip bir cismin yüzeyinde ışık hızına eşit ikinci bir kozmik hız olacaktır. Bu durumda, ışık bile böyle bir cismin yüzeyinden ayrılmayacaktır ve bu nedenle bu cisim yalnızca gelen ışığı emecek ve gözlemciye görünmez kalacaktır - karanlık uzayın arka planına karşı bir tür siyah nokta.

Bununla birlikte, Michell'in süper kütleli cisim kavramı, Einstein'ın çalışmasına kadar pek ilgi görmedi. İkincisinin ışık hızını, bilgi iletiminin sınırlayıcı hızı olarak tanımladığını hatırlayalım. Ayrıca Einstein, ışık hızına yakın hızlar için yerçekimi teorisini genişletti (). Sonuç olarak, Newton teorisini kara deliklere uygulamak artık geçerli değildi.

Einstein'ın denklemi

Kara deliklere genel göreliliğin uygulanmasının ve Einstein'ın denklemlerinin çözülmesinin bir sonucu olarak, yalnızca üç tane olan bir kara deliğin ana parametreleri belirlendi: kütle, elektrik yükü ve açısal momentum. Temel bir monografi yaratan Hintli astrofizikçi Subramanian Chandrasekhar'ın önemli katkısına dikkat edilmelidir: "Kara Deliklerin Matematiksel Teorisi."

Böylece, Einstein'ın denklemlerinin çözümü dört olası kara delik türü için dört seçenekle sunulur:

Döndürmesiz ve şarjsız BH - Schwarzschild'in çözümü. Einstein'ın denklemlerini kullanan, ancak üç vücut parametresinden ikisini hesaba katmayan bir kara deliğin (1916) ilk tanımlarından biri. Alman fizikçi Karl Schwarzschild'in çözümü, küresel kütleli bir cismin dış çekim alanını hesaplamayı mümkün kılıyor. Alman bilim adamının BH kavramının özelliği, bir olay ufkunun varlığı ve arkasında gizlenmiş olmasıdır. Ayrıca, Schwarzschild, adını alan ve belirli bir kütleye sahip bir cisim için olay ufkunun yerleştirileceği kürenin yarıçapını belirleyen yerçekimi yarıçapını hesaplayan ilk kişiydi.
Yüklü rotasyonsuz BH - Reisner-Nordström çözümü. Kara deliğin olası elektrik yükünü hesaba katarak 1916-1918'de ortaya atılan bir çözüm. Bu yük istendiği kadar büyük olamaz ve ortaya çıkan elektriksel itme nedeniyle sınırlıdır. İkincisi, yerçekimi çekimi ile telafi edilmelidir.
Dönen ve yüksüz BH - Kerr'in çözümü (1963). Dönen bir Kerr kara deliği, ergosfer denilen şeyin varlığıyla statik olandan farklıdır (bu ve kara deliğin diğer bileşenleri hakkında aşağıdaki bilgileri okuyun).
Dönme ve şarjlı BH - Kerr - Newman çözümü. Bu çözüm 1965 yılında hesaplanmıştır ve şu anda en eksiksiz çözümdür, çünkü üç BH parametresini de hesaba katar. Ancak yine de doğada kara deliklerin önemsiz bir yüke sahip olduğu varsayılmaktadır.

Bir kara deliğin oluşumu

Bir kara deliğin nasıl oluştuğu ve ortaya çıktığı hakkında, en ünlüsü, kütleçekimsel çöküşün bir sonucu olarak yeterli kütleye sahip bir yıldızın oluşumu olan birkaç teori vardır. Bu sıkıştırma, kütlesi üçten fazla güneş kütlesi olan yıldızların evrimini sonlandırabilir. Bu tür yıldızların içindeki termonükleer reaksiyonların tamamlanmasının ardından, hızla süper yoğun hale dönüşmeye başlarlar. Nötron yıldızının gaz basıncı yerçekimi kuvvetlerini telafi edemezse, yani yıldızın kütlesi sözde üstesinden gelir. Oppenheimer - Volkov sınırı, ardından çöküş devam eder ve bunun sonucunda maddenin bir kara deliğe sıkıştırılması sağlanır.

Bir kara deliğin doğuşunu anlatan ikinci senaryo, protogalaktik gazın, yani bir galaksiye veya bir tür kümeye dönüşme aşamasında olan yıldızlararası gazın sıkıştırılmasıdır. Aynı yerçekimi kuvvetlerini telafi etmek için yeterli iç basınç yoksa, bir kara delik görünebilir.

Diğer iki senaryo varsayımsal kalır:

Sonuç olarak BH'nin ortaya çıkışı - sözde. ilkel kara delikler.
Yüksek enerjilerde nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak meydana gelir. Bu tür reaksiyonların bir örneği çarpıştırıcı deneyleridir.

Kara deliklerin yapısı ve fiziği

Bir kara deliğin Schwarzschild yapısı, daha önce bahsedilen sadece iki unsuru içerir: kara deliğin tekilliği ve olay ufku. Tekillikten kısaca bahsedecek olursak, onun içinden düz bir çizgi çekmenin imkansız olduğu ve ayrıca onun içinde mevcut fizik teorilerinin çoğunun çalışmadığı belirtilebilir. Böylece, tekilliğin fiziği bugün bilim adamları için bir gizem olmaya devam ediyor. kara delik, fiziksel bir nesnenin sınırlarının ötesine geri dönme yeteneğini kaybettiği ve kesinlikle kara deliğin tekilliğine "düşeceği" bir tür sınırdır.

Bir kara deliğin yapısı, Kerr çözümü durumunda, yani BH'nin rotasyonunun varlığında biraz daha karmaşık hale gelir. Kerr'in çözümü, deliğin bir ergosfere sahip olduğunu varsayar. Ergosfer, olay ufkunun dışında, içinde tüm cisimlerin kara deliğin dönüş yönünde hareket ettiği belirli bir bölgedir. Bu alan henüz heyecan verici değil ve olay ufkunun aksine oradan ayrılmak mümkün. Ergosfer, muhtemelen, maddeyi büyük kütlelerin etrafında döndüren yığılma diskinin bir tür analogudur. Statik bir Schwarzschild kara deliği bir kara küre olarak temsil edilirse, o zaman Kerry BH, ergosferin varlığı nedeniyle, BH'yi çizimlerde, eski filmlerde veya video oyunları.

Bir kara deliğin ağırlığı ne kadardır? - Bir kara deliğin kökeni hakkındaki en büyük teorik malzeme, bir yıldızın çökmesi sonucu ortaya çıktığı senaryo için mevcuttur. Bu durumda, bir nötron yıldızının maksimum kütlesi ve bir kara deliğin minimum kütlesi, BH kütlesinin alt sınırının 2.5 - 3 güneş kütlesi olduğu Oppenheimer-Volkov limiti ile belirlenir. Şimdiye kadar keşfedilen en ağır kara delik (NGC 4889 galaksisinde) 21 milyar güneş kütlesi kütlesine sahiptir. Bununla birlikte, çarpıştırıcılardaki gibi yüksek enerjilerdeki nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak varsayımsal olarak ortaya çıkan BH'leri unutmamak gerekir. Bu tür kuantum kara deliklerin kütlesi, diğer bir deyişle "Planck kara delikleri" büyüklük sırasına sahiptir, yani 2 · 10 -5 g.
Kara deliğin boyutu. Minimum BH yarıçapı, minimum kütleden (2,5 - 3 güneş kütlesi) hesaplanabilir. Güneş'in yerçekimi yarıçapı, yani olay ufkunun yer alacağı alan yaklaşık 2,95 km ise, 3 güneş kütlesinin minimum BH yarıçapı yaklaşık dokuz kilometre olacaktır. Etrafındaki her şeyi çeken büyük nesneler söz konusu olduğunda, bu kadar nispeten küçük bir boyut kafaya sığmaz. Ancak kuantum kara delikler için yarıçap - 10 −35 m'dir.
Bir kara deliğin ortalama yoğunluğu iki parametreye bağlıdır: kütle ve yarıçap. Kütlesi üç güneş kütlesi mertebesinde olan bir kara deliğin yoğunluğu yaklaşık 6 · 10 26 kg / m³ iken, suyun yoğunluğu 1000 kg / m³'tür. Ancak bu kadar küçük kara delikler bilim adamları tarafından bulunamadı. Tespit edilen BH'lerin çoğunun kütlesi 105 güneş kütlesinden fazladır. Bir kara delik ne kadar büyükse yoğunluğunun o kadar düşük olduğuna dair ilginç bir model var. Bu durumda, kütlede 11 büyüklük mertebesi bir değişiklik, yoğunlukta 22 büyüklük mertebesi bir değişikliğe yol açar. Böylece kütlesi 1 · 109 güneş kütlesi olan bir kara delik, altının yoğunluğundan bir birim daha az olan 18,5 kg/m³ yoğunluğa sahiptir. Ve kütlesi 10 10 güneş kütlesinden fazla olan BH'ler, havanın yoğunluğundan daha düşük bir ortalama yoğunluğa sahip olabilir. Bu hesaplamalara dayanarak, karadelik oluşumunun maddenin sıkışması nedeniyle değil, büyük miktarda maddenin belirli bir hacimde birikmesi sonucu oluştuğunu varsaymak mantıklıdır. Kuantum BH'ler söz konusu olduğunda yoğunlukları yaklaşık 1094 kg / m³ olabilir.
Bir kara deliğin sıcaklığı da kütlesiyle ters orantılıdır. Bu sıcaklık doğrudan ilişkilidir. Bu radyasyonun spektrumu, tamamen siyah bir cismin, yani gelen tüm ışımayı emen bir cismin tayfı ile örtüşür. Kesinlikle siyah bir cismin radyasyon spektrumu sadece sıcaklığına bağlıdır, o zaman BH sıcaklığı Hawking radyasyon spektrumundan belirlenebilir. Yukarıda bahsedildiği gibi, kara delik ne kadar küçükse, bu radyasyon o kadar güçlüdür. Aynı zamanda, Hawking radyasyonu henüz astronomlar tarafından gözlemlenmediği için varsayımsal kalır. Bundan, Hawking radyasyonu varsa, gözlemlenen BH'lerin sıcaklığı o kadar düşüktür ki, belirtilen radyasyonun kaydedilmesine izin vermez. Hesaplamalara göre, kütlesi Güneş'in kütlesi kadar olan bir deliğin sıcaklığı bile ihmal edilebilir (1 · 10 -7 K veya -272 ° C). Kuantum kara deliklerin sıcaklığı yaklaşık 10 12 K'ye ulaşabilir ve hızlı buharlaşmalarıyla (yaklaşık 1.5 dakika), bu tür BH'ler on milyon atom bombası mertebesinde enerji yayabilir. Ancak neyse ki, bu tür varsayımsal nesnelerin yaratılması, bugün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda elde edilenden 10 14 kat daha fazla bir enerji gerektirecektir. Ayrıca, bu tür fenomenler gökbilimciler tarafından hiç gözlemlenmedi.

Bir kara delik nelerden oluşur?

Başka bir soru, hem bilim adamlarını hem de sadece astrofiziğe düşkün olanları endişelendiriyor - bir kara delik nelerden oluşur? Herhangi bir kara deliği çevreleyen olay ufkunun ötesine bakmak mümkün olmadığı için bu sorunun kesin bir cevabı yoktur. Ek olarak, daha önce belirtildiği gibi, bir kara deliğin teorik modelleri, bileşenlerinden sadece 3'ünü sağlar: ergosfer, olay ufku ve tekillik. Ergosferde yalnızca kara deliğin çektiği ve şimdi onun etrafında dönen nesnelerin - çeşitli kozmik cisimler ve kozmik gaz - olduğunu varsaymak mantıklıdır. Olay ufku, ötesine geçtikten sonra, aynı kozmik cisimlerin BH'nin son ana bileşenine - tekilliğe geri dönülemez bir şekilde çekildiği ince, örtük bir sınırdır. Tekilliğin doğası bugün çalışılmamıştır ve bileşimi hakkında konuşmak için henüz çok erkendir.

Bazı varsayımlara göre kara delik nötronlardan oluşuyor olabilir. Bir yıldızın bir nötron yıldızına sıkıştırılmasının bir sonucu olarak bir kara delik senaryosunu takip edersek, müteakip daralmasıyla, muhtemelen, kara deliğin ana kısmı, nötron yıldızının kendisinden oluşan nötronlardan oluşur. Basit bir deyişle: bir yıldız çöktüğünde, atomları öyle bir büzülür ki elektronlar protonlarla birleşir ve böylece nötronlar oluşur. Benzer bir reaksiyon aslında doğada gerçekleşirken, nötrino emisyonu bir nötron oluşumu ile gerçekleşir. Ancak, bunlar sadece varsayımlardır.

Bir kara deliğe girerseniz ne olur?

Astrofiziksel bir kara deliğe düşmek vücudu esnetir. Bir uzay giysisinden başka bir şeyle kara deliğe yürüyen varsayımsal bir intihar astronotunu düşünün, ayakları önce. Olay ufkunu geçen astronot, artık dışarı çıkma fırsatı olmamasına rağmen herhangi bir değişiklik fark etmeyecek. Bir noktada, astronot vücudunun deformasyonunun oluşmaya başlayacağı bir noktaya (olay ufkunun biraz gerisinde) ulaşacaktır. Bir kara deliğin yerçekimi alanı homojen olmadığından ve merkeze doğru artan bir kuvvet gradyanı ile temsil edildiğinden, astronotun bacakları, örneğin kafasından belirgin şekilde daha büyük bir yerçekimi etkisine maruz kalacaktır. Ardından, yerçekimi veya daha doğrusu gelgit kuvvetleri nedeniyle bacaklar daha hızlı "düşecektir". Böylece, vücut yavaş yavaş uzamaya başlar. Bu fenomeni tanımlamak için astrofizikçiler oldukça yaratıcı bir terim buldular - spagettifikasyon. Vücudun daha fazla gerilmesi, onu er ya da geç bir tekilliğe ulaşacak olan atomlara ayırması muhtemeldir. Bir kişinin bu durumda ne hissedeceği, herkesin tahminidir. Bir cismi germenin etkisinin kara deliğin kütlesiyle ters orantılı olduğunu belirtmekte fayda var. Yani, üç Güneş kütlesine sahip bir BH vücudu anında gerer / kırarsa, süper kütleli kara deliğin gelgit kuvvetleri daha düşük olacaktır ve bazı fiziksel malzemelerin yapılarını kaybetmeden böyle bir deformasyona “dayanabileceği” yönünde öneriler vardır.

Bilindiği gibi, büyük nesnelerin yakınında zaman daha yavaş akar, bu da bir intihar astronotunun zamanının dünyalılara göre çok daha yavaş akacağı anlamına gelir. Bu durumda, belki de sadece arkadaşlarından değil, aynı zamanda Dünya'nın kendisinden de uzun yaşayacak. Astronot için zamanın ne kadar yavaşlayacağını belirlemek için hesaplamalar gerekli olacaktır; ancak, yukarıdan, astronotun BH'ye çok yavaş düşeceği ve belki de sadece onun ne zaman geleceğini göremeyecek kadar yaşayacağı varsayılabilir. vücut deforme olmaya başlar.

Dışarıdaki bir gözlemci için olay ufkuna kadar uçan tüm cisimlerin görüntüleri kayboluncaya kadar bu ufkun kenarında kalması dikkat çekicidir. Bu fenomenin nedeni yerçekimi kırmızıya kaymadır. Biraz sadeleştirecek olursak, olay ufkunda “donmuş” bir intihar kozmonotunun vücuduna düşen ışığın, zamanının yavaşlaması nedeniyle frekansını değiştireceğini söyleyebiliriz. Zaman daha yavaş geçtikçe ışığın frekansı azalacak ve dalga boyu artacaktır. Bu fenomenin bir sonucu olarak, çıkışta, yani harici bir gözlemci için ışık yavaş yavaş düşük frekansa - kırmızıya doğru kayacaktır. İntihar astronotu, gözlemciden neredeyse fark edilmeden de olsa uzaklaştıkça ve zamanı giderek daha yavaş geçtikçe, spektrum boyunca bir ışık kayması gerçekleşecektir. Böylece, vücudundan yansıyan ışık yakında görünür spektrumun ötesine geçecek (görüntü kaybolacak) ve gelecekte astronotun vücudu sadece kızılötesi bölgede ve daha sonra - radyo frekansında ve bir olarak yakalanabilir. Sonuç olarak, radyasyon tamamen anlaşılmaz olacaktır.

Yukarıdakilere rağmen, çok büyük süper kütleli kara deliklerde gelgit kuvvetlerinin mesafe ile çok fazla değişmediği ve düşen cisim üzerinde neredeyse eşit olarak hareket ettiği varsayılmaktadır. Bu durumda, düşen uzay gemisi yapısını koruyacaktı. Makul bir soru ortaya çıkıyor - kara delik nereye gidiyor? Bu soru, bazı bilim adamlarının solucan delikleri ve kara delikler gibi iki fenomeni birbirine bağlayan çalışmalarıyla yanıtlanabilir.

1935'te, Albert Einstein ve Nathan Rosen, dikkate alarak, iki uzay-zaman noktasını ikincisinin önemli eğrilik yerlerinde bir yolla birbirine bağlayan sözde solucan deliklerinin varlığı hakkında bir hipotez ortaya koydu - Einstein-Rosen köprü veya solucan deliği. Böylesine güçlü bir uzay eğriliği için, kara deliklerin mükemmel bir şekilde başa çıkacağı rolüyle devasa bir kütleye sahip bedenler gerekli olacaktır.

Einstein-Rosen Köprüsü, küçük ve kararsız olduğu için geçilmez bir solucan deliği olarak kabul edilir.

Kara ve beyaz delikler teorisi çerçevesinde geçilebilir bir solucan deliği mümkündür. Beyaz deliğin, bir kara deliğe hapsolmuş bilginin çıktısı olduğu yer. Beyaz delik, genel görelilik çerçevesinde tanımlanır, ancak bugün varsayımsal kalır ve keşfedilmemiştir. Amerikalı bilim adamları Kip Thorne ve yüksek lisans öğrencisi Mike Morris tarafından önerilen başka bir solucan deliği modeli yürünebilir olabilir. Bununla birlikte, Morris-Thorne solucan deliği durumunda ve kara ve beyaz delikler durumunda olduğu gibi, seyahat olasılığı, negatif enerjiye sahip ve aynı zamanda varsayımsal kalan sözde egzotik maddenin varlığını gerektirir.

Evrendeki kara delikler

Kara deliklerin varlığı nispeten yakın zamanda doğrulandı (Eylül 2015), ancak o zamana kadar BH'lerin doğası hakkında önemli miktarda teorik materyalin yanı sıra bir kara deliğin rolü için birçok aday nesne vardı. Her şeyden önce, fenomenin doğası onlara bağlı olduğundan, BH'nin boyutu dikkate alınmalıdır:

Yıldız kütleli kara delik... Bu tür nesneler bir yıldızın çökmesi sonucu oluşur. Daha önce de belirtildiği gibi, böyle bir kara delik oluşturabilecek bir cismin minimum kütlesi 2.5 - 3 güneş kütlesidir.
Orta kütleli kara delikler... Gaz birikimi, komşu bir yıldız (iki yıldızlı sistemlerde) ve diğer kozmik cisimler gibi yakındaki nesnelerin emilmesi nedeniyle artan koşullu bir ara kara delik türü.
Süper kütleli kara delik... 10 5 -10 10 güneş kütlesine sahip kompakt nesneler. Bu tür BH'lerin ayırt edici özellikleri, paradoksal olarak düşük yoğunluğun yanı sıra daha önce bahsedilen zayıf gelgit kuvvetleridir. Samanyolu galaksimizin (Yay A *, Sgr A *) ve diğer birçok galaksinin merkezinde bulunan çok büyük bir kara deliktir.

Kara Ev için adaylar

En yakın kara delik veya daha doğrusu bir BH rolü için aday, Güneş'ten 3000 ışıkyılı uzaklıkta (galaksimizde) bulunan bir nesnedir (V616 Unicorn). İki bileşenden oluşur: kütlesi güneş kütlesinin yarısı olan bir yıldız ve kütlesi 3 - 5 güneş kütlesi olan görünmez bir küçük gövde. Bu nesnenin yıldız kütlesine sahip küçük bir kara delik olduğu ortaya çıkarsa, o zaman en yakın BH olacaktır.

Bu nesneden sonra en yakın ikinci kara delik, bir BH rolü için ilk aday olan Cyg X-1 nesnesidir. Uzaklığı yaklaşık 6070 ışıkyılıdır. İyi çalışılmıştır: 14,8 güneş kütlesi kütlesine ve yaklaşık 26 km'lik bir olay ufku yarıçapına sahiptir.

Bazı kaynaklara göre, bir BH rolü için en yakın başka bir aday, 1999 tahminlerine göre 1600 ışıkyılı uzaklıkta bulunan V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) yıldız sistemindeki bir cisim olabilir. Ancak daha sonraki çalışmalar bu mesafeyi en az 15 kat artırdı.

Galaksimizde kaç tane kara delik var?

Bu sorunun kesin bir cevabı yok, çünkü onları gözlemlemek oldukça zor ve tüm gökyüzü çalışması boyunca bilim adamları Samanyolu içinde bir düzine kara delik bulmayı başardılar. Hesaplamalara dalmadan, galaksimizde yaklaşık 100 - 400 milyar yıldız olduğunu ve yaklaşık her bininci yıldızın bir kara delik oluşturacak kadar kütleye sahip olduğunu not ediyoruz. Samanyolu'nun varlığı sırasında milyonlarca kara deliğin oluşmuş olması muhtemeldir. Büyük kara delikleri kaydetmek daha kolay olduğu için, galaksimizdeki BH'lerin büyük olasılıkla süper kütleli olmadığını varsaymak mantıklıdır. NASA'nın 2005 yılı çalışmalarının, galaksinin merkezinde yörüngede dönen bir kara delik sürüsünün (10-20 bin) varlığını öne sürmesi dikkat çekicidir. Buna ek olarak, 2016'da Japon astrofizikçiler nesnenin * yakınında büyük bir uydu keşfettiler - Samanyolu'nun çekirdeği olan bir kara delik. Bu cismin küçük yarıçapı (0.15 ışıkyılı) ve devasa kütlesi (100.000 güneş kütlesi) nedeniyle bilim adamları bu cismin de süper kütleli bir kara delik olduğunu öne sürüyorlar.

Galaksimizin çekirdeği, Samanyolu'nun kara deliği (Yay A *, Sgr A * veya Yay A *) süper kütlelidir ve 4.31 106 güneş kütlesi kütlesine ve 0.00071 ışıkyılı (6.25 ışıkyılı) yarıçapına sahiptir. veya 6.75 milyar km). Yay A*'nın etrafındaki küme ile birlikte sıcaklığı yaklaşık 1 · 10 7 K'dir.

En büyük kara delik

Bilim adamlarının tespit etmeyi başardıkları Evrendeki en büyük kara delik, Dünya'dan 1,2 · 10 10 ışıkyılı uzaklıkta, S5 0014 + 81 galaksisinin merkezinde bulunan süper kütleli bir kara delik olan FSRQ blazar'dır. Swift uzay gözlemevi kullanılarak yapılan gözlemin ön sonuçlarına göre, BH'nin kütlesi 40 milyar (40 · 10 9) güneş kütlesiydi ve böyle bir deliğin Schwarzschild yarıçapı 118.35 milyar kilometre (0.013 ışıkyılı) idi. Ayrıca 12.1 milyar yıl önce (Big Bang'den 1,6 milyar yıl sonra) ortaya çıktığı tahmin edilmektedir. Bu dev kara delik çevredeki maddeyi emmezse, o zaman karadeliklerin çağına kadar hayatta kalacaktır - bu sırada karadeliklerin hakim olacağı Evrenin gelişim dönemlerinden biri. S5 0014 + 81 galaksisinin çekirdeği büyümeye devam ederse, o zaman Evrende var olacak son kara deliklerden biri olacak.

Bilinen diğer iki kara delik, kendi adlarına sahip olmasalar da, varlıklarını deneysel olarak doğruladıkları ve yerçekimi çalışması için önemli sonuçlar verdikleri için karadelik çalışmaları için büyük önem taşımaktadır. İki kara deliğin bire çarpışması olarak adlandırılan GW150914 olayından bahsediyoruz. Bu etkinlik kayıt yaptırmayı mümkün kıldı.

Kara delikleri algılama

BH'leri tespit etme yöntemlerini düşünmeden önce, şu soruya cevap verilmelidir - bir kara delik neden karadır? - bunun cevabı astrofizik ve kozmolojide derin bilgi gerektirmez. Gerçek şu ki, bir kara delik, üzerine düşen tüm radyasyonu emer ve varsayımı hesaba katmazsanız hiç yaymaz. Bu fenomeni daha ayrıntılı olarak ele alırsak, karadeliklerin içinde elektromanyetik radyasyon şeklinde enerji salınımına yol açan süreçlerin meydana gelmediğini varsayabiliriz. O zaman, eğer BH ışıma yapıyorsa, o zaman Hawking tayfındadır (bu, ısıtılmış, kesinlikle siyah bir cismin tayfı ile örtüşür). Bununla birlikte, daha önce belirtildiği gibi, bu radyasyon tespit edilmedi, bu da tamamen düşük bir kara delik sıcaklığına işaret ediyor.

Genel olarak kabul edilen bir başka teori, elektromanyetik radyasyonun olay ufkunu terk etme yeteneğine sahip olmadığını söylüyor. Fotonların (hafif parçacıkların) büyük nesneler tarafından çekilmemesi muhtemeldir, çünkü teoriye göre kendilerinin kütlesi yoktur. Bununla birlikte, bir kara delik uzay-zamanı çarpıtarak hala ışık fotonlarını "çekiyor". Uzayda bir BH'yi uzay-zamanın pürüzsüz yüzeyinde bir tür çöküntü olarak hayal edersek, kara deliğin merkezinden ışığın artık uzaklaşamayacağı belirli bir mesafe vardır. Yani, kabaca konuşursak, ışık “dibi” bile olmayan “çukura” “düşmeye” başlar.

Ek olarak, kütleçekimsel kırmızıya kaymanın etkisini hesaba katarsak, o zaman belki de bir karadelikte ışık, enerjisini tamamen kaybedene kadar spektrum boyunca düşük frekanslı uzun dalga boylu radyasyon bölgesine kayarak frekansını kaybeder.

Yani bir kara delik karadır ve bu nedenle uzayda tespit edilmesi zordur.

Algılama yöntemleri

Gökbilimcilerin bir kara deliği tespit etmek için kullandıkları yöntemleri düşünün:

Yukarıda bahsedilen yöntemlere ek olarak, bilim adamları genellikle kara delikler ve gibi nesneleri ilişkilendirir. Kuasarlar, Evrendeki en parlak astronomik nesnelerden biri olan bir tür kozmik cisim ve gaz kümeleridir. Nispeten küçük boyutlarda yüksek bir lüminesans yoğunluğuna sahip olduklarından, bu nesnelerin merkezinin çevreleyen maddeyi çeken süper kütleli bir kara delik olduğunu varsaymak için sebepler var. Böylesine güçlü bir çekim kuvveti nedeniyle, çekilen madde o kadar sıcaktır ki yoğun bir şekilde yayılır. Bu tür nesnelerin tespiti genellikle bir kara deliğin tespiti ile karşılaştırılır. Bazen kuasarlar iki yönde ısıtılmış plazma jetleri yayabilir - göreceli jetler. Bu tür jetlerin (jetlerin) ortaya çıkma nedenleri tam olarak açık değildir, ancak bunlar muhtemelen BH'nin manyetik alanlarının ve yığılma diskinin etkileşiminden kaynaklanır ve doğrudan kara delik tarafından yayılmazlar.

BH merkezinden çarpıcı M87 galaksisindeki jet

Yukarıdakileri özetlersek, yakından tasavvur edebiliriz: Bu, çevresinde yüksek derecede ısıtılmış maddenin döndüğü, parlak bir toplanma diski oluşturan küresel siyah bir nesnedir.

Kara deliklerin birleşmesi ve çarpışması

Astrofizikteki en ilginç fenomenlerden biri, bu tür devasa astronomik cisimleri tespit etmeyi de mümkün kılan kara deliklerin çarpışmasıdır. Bu tür süreçler sadece astrofizikçilerin ilgisini çekmez, çünkü fizikçiler tarafından yeterince incelenmemiş fenomenlerle sonuçlanırlar. En açık örnek, daha önce bahsedilen GW150914 olarak adlandırılan, iki kara deliğin karşılıklı yerçekimi sonucu birleşerek tek bir kara deliğe yaklaştığı olaydır. Bu çarpışmanın önemli bir sonucu, yerçekimi dalgalarının ortaya çıkmasıydı.

Yerçekimi dalgalarının tanımına göre, bunlar, kütlesel hareketli nesnelerden dalga benzeri bir şekilde yayılan yerçekimi alanındaki değişikliklerdir. Bu tür iki nesne birbirine yaklaştığında, ortak bir ağırlık merkezi etrafında dönmeye başlarlar. Birbirlerine yaklaştıkça kendi eksenleri etrafındaki dönüşleri artar. Bir noktada yerçekimi alanının bu tür değişken dalgalanmaları, uzayda milyonlarca ışıkyılı boyunca yayılabilen güçlü bir yerçekimi dalgası oluşturabilir. Böylece, 1,3 milyar ışıkyılı uzaklıkta, iki kara delik çarpışarak, 14 Eylül 2015'te Dünya'ya ulaşan ve LIGO ve VIRGO dedektörleri tarafından kaydedilen güçlü bir yerçekimi dalgası oluşturdu.

Kara delikler nasıl ölür?

Açıkçası, bir kara deliğin varlığının sona ermesi için tüm kütlesini kaybetmesi gerekecek. Ancak tanımına göre, olay ufkunu geçen bir kara deliğin sınırlarını hiçbir şey terk edemez. Sovyet teorik fizikçi Vladimir Gribov'un, bir başka Sovyet bilim adamı Yakov Zeldovich ile yaptığı tartışmada, bir kara delik tarafından parçacıkların yayılması olasılığından ilk bahseden olduğu bilinmektedir. Kuantum mekaniğinin bakış açısından, bir kara deliğin tünel etkisi yoluyla parçacıklar yayma yeteneğine sahip olduğunu savundu. Daha sonra, kuantum mekaniğinin yardımıyla İngiliz teorik fizikçi Stephen Hawking, biraz farklı olan kendi teorisini kurdu. Bu fenomen hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz. Kısacası, bir boşlukta, çevredeki dünyayla etkileşime girmeden sürekli olarak çiftler halinde doğan ve birbirleriyle yok olan sözde sanal parçacıklar vardır. Ancak bu tür çiftler bir kara deliğin olay ufkunda görünürse, o zaman güçlü yerçekimi varsayımsal olarak onları ayırabilir, bir parçacık BH'nin içine düşer ve diğeri kara delikten uzaklaşır. Ve delikten kaçan bir parçacık gözlenebildiğinden ve dolayısıyla pozitif enerjiye sahip olduğundan, deliğe düşen parçacığın negatif enerjiye sahip olması gerekir. Böylece kara delik enerjisini kaybedecek ve kara deliğin buharlaşması denen bir etki oluşacaktır.

Bir kara deliğin mevcut modellerine göre, daha önce de belirtildiği gibi, kütlesi azaldıkça radyasyonu giderek daha yoğun hale gelir. Daha sonra, bir BH'nin varlığının son aşamasında, kuantum kara deliğin boyutuna düşebileceği zaman, binlerce hatta milyonlarca eşdeğer olabilecek radyasyon şeklinde çok büyük miktarda enerji salacaktır. atom bombaları. Bu olay, aynı bomba gibi bir kara deliğin patlamasını biraz andırıyor. Hesaplamalara göre, Big Bang'in bir sonucu olarak, ilkel kara delikler ortaya çıkmış olabilir ve bunların kütlesi yaklaşık 10 12 kg olan kara deliklerin bizim zamanımızda buharlaşıp patlaması gerekirdi. Öyle olsa bile, bu tür patlamalar gökbilimciler tarafından hiç fark edilmedi.

Hawking'in kara delikleri yok etmek için önerdiği mekanizmaya rağmen, Hawking'in radyasyonunun özellikleri kuantum mekaniği çerçevesinde bir paradoksa neden olur. Bir kara delik bir cismi emerse ve sonra bu cismin emilmesinden kaynaklanan kütleyi kaybederse, cismin doğası ne olursa olsun, kara delik cismin emilmesinden önceki halinden farklı olmayacaktır. Bu durumda, vücut hakkındaki bilgiler sonsuza kadar kaybolur. Teorik hesaplamalar açısından, ilk saf durumun elde edilen karışık ("termal") duruma dönüştürülmesi, mevcut kuantum mekaniği teorisine karşılık gelmez. Bu paradoks bazen bir kara delikte bilginin kaybolması olarak adlandırılır. Bu paradoksa kesin bir çözüm hiçbir zaman bulunamadı. Paradoksu çözmek için bilinen seçenekler:

Hawking'in teorisinin tutarsızlığı. Bu, kara deliğin yok edilmesinin imkansızlığını ve sürekli büyümesini gerektirir.
Beyaz deliklerin varlığı. Bu durumda, emilen bilgi kaybolmaz, sadece başka bir Evrene atılır.
Kuantum mekaniğinin genel kabul görmüş teorisinin tutarsızlığı.

Kara delik fiziğinin çözülmemiş problemleri

Görünüşe göre, daha önce açıklananlar, kara delikler nispeten uzun bir süredir çalışılsa da, mekanizmaları hala bilim adamları tarafından bilinmeyen birçok özelliğe sahipler.

1970 yılında, bir İngiliz bilim adamı sözde formüle etti. "Kozmik sansür ilkesi" - "Doğa çıplak tekillikten nefret eder." Bu, tekilliğin yalnızca bir kara deliğin merkezi gibi görüşten gizlenen yerlerde oluştuğu anlamına gelir. Ancak bu ilke henüz kanıtlanmamıştır. "Çıplak" bir tekilliğin oluşabileceğine göre teorik hesaplamalar da vardır.
Kara deliklerin sadece üç parametreye sahip olduğu “saç yok teoremi” de kanıtlanmadı.
Kara delik manyetosferinin tam bir teorisi geliştirilmemiştir.
Kütleçekimsel tekilliğin doğası ve fiziği çalışılmamıştır.
Bir kara deliğin varlığının son aşamasında ne olduğu ve kuantum bozunmasından sonra geriye ne olduğu kesin olarak bilinmemektedir.

Kara delikler hakkında ilginç gerçekler

Yukarıdakileri özetlersek, kara deliklerin doğasının birkaç ilginç ve sıra dışı özelliği vardır:

BH'lerin yalnızca üç parametresi vardır: kütle, elektrik yükü ve açısal momentum. Bu cismin bu kadar az sayıda özelliğinin bir sonucu olarak, bunu ifade eden teorem "saçsızlık teoremi" olarak adlandırılır. Bu aynı zamanda "kara deliğin saçı yoktur" ifadesinin ortaya çıkmasına neden oldu, bu da iki kara deliğin kesinlikle aynı olduğu, bahsedilen üç parametresinin aynı olduğu anlamına geliyor.
BH yoğunluğu hava yoğunluğundan daha az olabilir ve sıcaklık mutlak sıfıra yakındır. Bundan yola çıkarak, karadelik oluşumunun maddenin sıkışması nedeniyle değil, belirli bir hacimde çok miktarda maddenin birikmesi sonucu meydana geldiği varsayılabilir.
BH tarafından emilen cisimler için zaman, harici bir gözlemciye göre çok daha yavaş çalışır. Ek olarak, emilen cisimler, bilim adamları tarafından spagetti olarak adlandırılan kara deliğin içinde önemli ölçüde gerilir.
Galaksimizde yaklaşık bir milyon kara delik olabilir.
Muhtemelen her galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik vardır.
Gelecekte, teorik modele göre, evren, kara deliklerin evrendeki baskın cisimler haline geleceği sözde kara delikler çağına ulaşacaktır.