חור שחור עם מסת היקום? המבנה והחיים של היקום היקום שלנו עבר דרך חור שחור.

המושג חור שחור ידוע לכולם - מתלמידי בית ספר ועד קשישים, הוא משמש בספרות מדע ובדיונית, בתקשורת הצהובה ובכנסים מדעיים. אבל לא כולם יודעים מה הם בדיוק החורים האלה.

מההיסטוריה של חורים שחורים

1783ההשערה הראשונה לקיומה של תופעה כמו חור שחור הועלתה בשנת 1783 על ידי המדען האנגלי ג'ון מישל. בתיאוריה שלו, הוא שילב שתי יצירות של ניוטון - אופטיקה ומכניקה. הרעיון של מישל היה זה: אם האור הוא זרם של חלקיקים זעירים, אז, כמו כל שאר הגופים, חלקיקים צריכים לחוות את המשיכה של שדה כבידה. מסתבר שככל שהכוכב מסיבי יותר, כך קשה יותר לאור להתנגד למשיכתו. 13 שנים אחרי מישל, האסטרונום והמתמטיקאי הצרפתי לפלס העלה (ככל הנראה ללא תלות במקבילו הבריטי) תיאוריה דומה.

1915עם זאת, כל יצירותיהם נותרו ללא דרישה עד תחילת המאה ה-20. ב-1915 פרסם אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית והראה שכוח המשיכה הוא עקמומיות של מרחב-זמן הנגרמת על ידי חומר, וכמה חודשים לאחר מכן, האסטרונום הגרמני והפיזיקאי התיאורטי קרל שוורצשילד השתמש בה כדי לפתור בעיה אסטרונומית ספציפית. הוא חקר את מבנה המרחב-זמן המעוקל סביב השמש וגילה מחדש את תופעת החורים השחורים.

(ג'ון ווילר טבע את המונח "חורים שחורים")

1967הפיזיקאי האמריקני ג'ון ווילר תיאר חלל שניתן לקמט אותו, כמו פיסת נייר, לנקודה אינסופית וסימן את המונח "חור שחור".

1974הפיזיקאי הבריטי סטיבן הוקינג הוכיח שחורים שחורים, למרות שהם בולעים חומר ללא חזרה, יכולים לפלוט קרינה ובסופו של דבר להתאדות. תופעה זו נקראת "קרינת הוקינג".

2013המחקר האחרון על פולסרים וקוואזרים, כמו גם גילוי קרינת רקע מיקרוגל קוסמית, אפשרו סוף סוף לתאר את עצם הרעיון של חורים שחורים. בשנת 2013, ענן הגז G2 התקרב מאוד לחור השחור וסביר להניח שייספג בו, התבוננות בתהליך הייחודי מספקת הזדמנויות נהדרות לגילויים חדשים של תכונות החורים השחורים.

(עצם מאסיבי קשת A *, המסה שלו גדולה פי 4 מיליון מהשמש, מה שמרמז על צביר כוכבים והיווצרות חור שחור)

2017. קבוצת מדענים משיתוף הפעולה של טלסקופ אופק אירועים של כמה מדינות, שקישרו שמונה טלסקופים מנקודות שונות של יבשות כדור הארץ, ביצעו תצפיות על חור שחור, שהוא עצם סופר-מסיבי וממוקם בגלקסיית M87, קבוצת הכוכבים בתולה. מסת העצם היא 6.5 מיליארד (!) מסות שמש, גדולות פי עצום מהעצם המאסיבי קשת A *, לשם השוואה, הקוטר קטן מעט מהמרחק מהשמש לפלוטו.

התצפיות בוצעו במספר שלבים, החל מאביב 2017 ובמהלך תקופות 2018. כמות המידע חושבה בפטה-בייט, שאותם היה צריך לפענח ולהשיג תמונה אמיתית של אובייקט מרוחק במיוחד. לכן, נדרשו עוד שנתיים תמימות לסרוק מראש את כל הנתונים ולאחד אותם למכלול אחד.

2019הנתונים פוענחו בהצלחה והובאו לעין, ויצרו את התמונה הראשונה אי פעם של חור שחור.

(התמונה הראשונה אי פעם של חור שחור בגלקסיית M87 בקבוצת הכוכבים בתולה)

רזולוציית תמונה מאפשרת לראות את הצל של נקודת האל-חזור במרכז האובייקט. התמונה התקבלה כתוצאה מתצפיות אינטרפרומטריות עם קו בסיס ארוך במיוחד. אלו הן מה שנקרא תצפיות סינכרוניות של עצם אחד ממספר טלסקופי רדיו, המחוברים ביניהם באמצעות רשת וממוקמים בחלקים שונים של כדור הארץ, מכוונים לכיוון אחד.

מהם באמת חורים שחורים?

הסבר לקוני של התופעה נשמע כך.

חור שחור הוא אזור מרחב-זמן שמשיכה הכבידה שלו כל כך חזקה שאף עצם, כולל קוונטות האור, לא יכול לצאת ממנו.

חור שחור היה פעם כוכב ענק. כל עוד תגובות תרמו-גרעיניות שומרות על לחץ גבוה במעיים שלו, הכל נשאר תקין. אבל עם הזמן, אספקת האנרגיה מתרוקנת והגוף השמימי, בהשפעת כוח המשיכה שלו, מתחיל להתכווץ. השלב האחרון בתהליך זה הוא קריסת ליבת הכוכבים והיווצרות חור שחור.

• 1. פליטת סילון חור שחור במהירות גבוהה


• 2. דיסקית חומר צומחת לחור שחור


• 3. חור שחור


• 4. סכמה מפורטת של אזור החור השחור


• 5. גודל תצפיות חדשות שנמצאו

התיאוריה הנפוצה ביותר אומרת שיש תופעות דומות בכל גלקסיה, כולל במרכז שביל החלב שלנו. כוח המשיכה העצום של החור מסוגל להחזיק מספר גלקסיות סביבו, ולמנוע מהן להתרחק זו מזו. "אזור הכיסוי" יכול להיות שונה, הכל תלוי במסה של הכוכב שהפך לחור שחור, ויכול להיות אלפי שנות אור.

רדיוס שוורצשילד

המאפיין העיקרי של חור שחור הוא שכל חומר שנכנס אליו לעולם לא יוכל לחזור. כך גם לגבי האור. בבסיסם, חורים הם גופים שסופגים לחלוטין את כל האור הנופל עליהם ואינם פולטים את האור שלהם. חפצים כאלה יכולים להופיע חזותית כקרישי חושך מוחלט.

• 1. הזזת חומר במחצית ממהירות האור


• 2. טבעת פוטון


• 3. טבעת פוטון פנימית


• 4. אופק האירועים בחור שחור

בהתבסס על תורת היחסות הכללית של איינשטיין, אם גוף מתקרב למרחק קריטי ממרכז החור, הוא כבר לא יכול לחזור. מרחק זה נקרא רדיוס שוורצשילד. מה בדיוק קורה ברדיוס הזה לא ידוע בוודאות, אבל יש את התיאוריה הנפוצה ביותר. מאמינים שכל החומר של חור שחור מרוכז בנקודה קטנה לאין שיעור, ובמרכזה יש עצם בעל צפיפות אינסופית, שמדענים מכנים הפרעה יחידה.

איך זה נופל לתוך חור שחור

(בתמונה, החור השחור של מזל קשת A * נראה כמו מקבץ אור בהיר במיוחד)

לפני זמן לא רב, בשנת 2011, מדענים גילו ענן גז, והעניקו לו את השם הפשוט G2, שפולט אור יוצא דופן. זוהר כזה יכול לתת חיכוך בגז ובאבק, הנגרם מפעולת החור השחור מזל קשת A * ואשר מסתובבים סביבו בצורת דיסק צבירה. כך, אנו הופכים לצופים בתופעה המדהימה של ספיגת ענן גז על ידי חור שחור סופר מסיבי.

על פי מחקרים אחרונים, הגישה הקרובה ביותר לחור שחור תתרחש במרץ 2014. אנחנו יכולים לשחזר תמונה של איך המחזה המרגש הזה יתרחש.

• 1. כאשר הוא מופיע לראשונה בנתונים, ענן גז דומה לכדור ענק של גז ואבק.


• 2. כעת, נכון ליוני 2013, הענן מרוחק עשרות מיליארדי קילומטרים מהחור השחור. הוא נופל לתוכו במהירות של 2500 קמ"ש.


• 3. הענן צפוי לעבור את החור השחור, אך כוחות הגאות והשפל הנגרמים מהבדל המשיכה הפועל על הקצוות המובילים והעוקבים של הענן יגרמו לו להתארך יותר ויותר.


• 4. לאחר שבירת הענן, רובו ככל הנראה יצטרף לדיסק הצבירה סביב קשת A*, וייצור בו גלי הלם. הטמפרטורה תעלה לכמה מיליוני מעלות.


• 5. חלק מהענן ייפול ישירות לתוך החור השחור. אף אחד לא יודע בדיוק מה יקרה לחומר הזה, אבל צפוי שבתהליך הנפילה הוא יפלוט זרמים עוצמתיים של קרני רנטגן, ואף אחד אחר לא יראה אותו.

וידאו: חור שחור בולע ענן גז

(הדמיית מחשב של כמה מענן הגז G2 ייהרס ויצמצם על ידי החור השחור קשת A*)

מה יש בתוך חור שחור

יש תיאוריה שטוענת שחור שחור בפנים הוא כמעט ריק, וכל המסה שלו מרוכזת בנקודה קטנה להפליא שנמצאת ממש במרכזו - ייחוד.

לפי תיאוריה אחרת שקיימת כבר חצי מאה, כל מה שנופל לחור שחור נכנס ליקום אחר שנמצא בחור השחור עצמו. עכשיו התיאוריה הזו היא לא העיקרית.

וישנה תיאוריה שלישית, מודרנית ועקשנית ביותר, לפיה כל מה שנופל לתוך חור שחור מתמוסס ברעידות של מיתרים על פניו, המוגדרים כאופק האירועים.

אז מהו אופק האירועים? אי אפשר להסתכל לתוך חור שחור אפילו עם טלסקופ חזק במיוחד, שכן אפילו לאור, הנכנס לתוך משפך קוסמי ענק, אין סיכוי להגיח בחזרה. כל מה שאפשר לשקול איכשהו נמצא בסביבה הקרובה שלו.

אופק האירועים הוא קו מותנה של פני השטח שמתחתיו שום דבר (לא גז, לא אבק, לא כוכבים ולא אור) לא יכול לברוח. וזוהי נקודת האל-חזור המסתורית מאוד בחורים השחורים של היקום.

החומר הוכן על ידי עורכי InoSMI במיוחד עבור מדור RIA Science >>

מיכאל פינקל

בואו נחזיר את השעון אחורה. לפני האדם, לפני כדור הארץ, לפני שהשמש התלקחה, לפני לידת הגלקסיות, לפני שהאור זרחה, היה "מפץ גדול". זה קרה לפני 13.8 מיליארד שנים.

סופרנובות זרעו חלל עם יסודות כבדים ביקום המוקדםמדענים שהשתמשו בטלסקופ החלל סוזקו רנטגן היפני חקרו את התפלגות הברזל בצביר הגלקסיות פרסאוס, שנמצא במרחק של 250 מיליון שנות אור.

אבל מה קרה לפני זה? פיזיקאים רבים אומרים ש"לפני זה" לא קיים. הם טוענים שהזמן התחיל את הספירה לאחור ברגע "המפץ הגדול", מתוך אמונה שכל מה שהיה קיים קודם לכן אינו בגדר המדע. לעולם לא נבין איך הייתה המציאות לפני המפץ הגדול, ממה היא נוצרה ומדוע היא יצרה את היקום שלנו. רעיונות כאלה הם מעבר להבנה האנושית.

אבל כמה מדענים לא שגרתיים חולקים על כך. הפיזיקאים הללו בונים תיאוריות שברגע לפני "המפץ הגדול" כל המסה והאנרגיה של היקום המתהווה נדחסו לגרגר אחד צפוף להפליא, אבל עם גבולות משלו. בואו נקרא לזה זרע של יקום חדש.

הם מאמינים שהזרע הזה היה זעיר בצורה בלתי נתפסת, אולי טריליוני מונים קטן מכל חלקיק שאדם יכול היה לצפות בו. ובכל זאת החלקיק הזה נתן תנופה להופעתם של כל החלקיקים האחרים, שלא לדבר על גלקסיות, מערכת השמש, כוכבי לכת ואנשים.

אם אתה באמת רוצה לקרוא למשהו חלקיק של אלוהים, אז הזרע הזה מושלם לשם כזה.

אז איך נוצר הזרע הזה? רעיון אחד הועלה לפני כמה שנים על ידי ניקודם פופלבסקי, שעובד באוניברסיטת ניו הייבן. זה מורכב מהעובדה שזרע היקום שלנו נחשל בכבשן הראשוני, שהחור השחור הפך עבורו.

כפל רב-יקומי

סטיבן הוקינג אומר שחורים שחורים "קלאסיים" אינם קיימיםהוקינג מציע לשקול מחדש את אחת ההוראות העיקריות של התיאוריה המודרנית של חורים שחורים - קיומו של "אופק האירועים" של חור שחור, שבגללו לא החומר ולא האנרגיה יכולים לחזור לעולם החיצון.

לפני שנמשיך הלאה, חשוב להבין שבמהלך עשרים השנים האחרונות, פיסיקאים תיאורטיים רבים הגיעו להאמין שהיקום שלנו אינו היחיד. אנו עשויים להיות חלק מרב-יקום, המייצג מספר עצום של יקומים נפרדים, שכל אחד מהם הוא כדור זוהר בשמי הלילה האמיתיים.

יש הרבה מחלוקות לגבי איך יקום אחד קשור לאחר, והאם יש בכלל חבורה כזו. אבל כל המחלוקות הללו הן ספקולטיביות בלבד, והאמת אינה ניתנת להוכחה. אבל יש רעיון מושך אחד, שהוא שזרע היקום הוא כמו זרע של צמח. זהו חתיכת חומר חיוני, דחוס היטב ומוסתר בתוך מעטפת מגן.

זה מסביר בדיוק מה קורה בתוך חור שחור. חורים שחורים הם גופות של כוכבי ענק. כאשר לכוכב כזה נגמר הדלק, הליבה שלו קורסת. כוח הכבידה מושך הכל יחד בכוח מדהים והולך וגובר. הטמפרטורה מגיעה ל-100 מיליארד מעלות. אטומים קורסים. אלקטרונים נקרעים לגזרים. ואז המסה הזו נדחסת עוד יותר.

חור שחור בהיר ובהיר מדי "לא התאים" לתיאוריית האסטרונומיםמקור קרני רנטגן בהיר במיוחד בגלקסיית השבשבת הוא בהיר מדי ובעל מסה קטנה מדי כדי להתאים לתיאוריות הקיימות, מצאו מדענים סינים.

בשלב זה, הכוכב הופך לחור שחור. זה אומר שכוח המשיכה שלו כל כך עצום שאפילו קרן אור לא יכולה לברוח ממנו. הגבול בין הפנים והחוץ של חור שחור נקרא אופק האירועים. במרכזה של כמעט כל גלקסיה, כולל שביל החלב שלנו, מדענים מגלים חורים שחורים ענקיים, מסיביים פי כמה מיליוני מהשמש שלנו.

שאלות ללא תחתית

אם אתה משתמש בתיאוריה של איינשטיין כדי לקבוע מה קורה בתחתית חור שחור, אתה יכול לחשב נקודה שיש לה צפיפות אינסופית וגודל אינסופי. מושג היפותטי זה נקרא סינגולריות. אבל בטבע, אינסוף בדרך כלל לא קיים. הבעיה נעוצה בתיאוריות של איינשטיין, שמספקות חישובים מצוינים לחלק גדול מהחלל החיצון, אבל מתפוררות מול כוחות מדהימים, כמו אלה שבתוך חור שחור, או אלה שנכחו בלידת היקום.

אסטרונומים הצליחו לראשונה להסתכל בתוך "זנב" של חור שחורעד היום ידועים שני סוגים עיקריים של חורים שחורים - חורים שחורים רגילים שנוצרו כתוצאה מקריסת כוכב, ו"אחיות" העל-מסיביות שלהם הקיימות במרכז הגלקסיות. שני סוגי החורים השחורים מסוגלים לספוג חומר ולפלוט אותו בצורה של סילונים - קרני פלזמה מחוממת הנעות במהירות כמעט אור.

פיזיקאים כמו ד"ר פופלבסקי אומרים שהחומר בתוך חור שחור אכן מגיע לנקודה שבה כבר אי אפשר ללחוץ אותו. ה"זרע" הזה הוא זעיר להפליא, במשקל של מיליארד כוכבים. אבל בניגוד לייחודיות, זה די אמיתי.

לפי פופלבסקי, תהליך ההתכווצות נעצר בגלל שחורים שחורים מסתובבים. הם מסתובבים מהר מאוד, אולי מגיעים למהירות האור. והפיתול הזה נותן לזרע הדחוס סיבוב צירי מדהים. הזרע הוא לא רק קטן וכבד; הוא גם מעוות ודחוס, כמו המעיין של השטן ההוא מקופסת ההרחה.

מדענים מודדים לראשונה את השדה המגנטי של חור שחור במרכז הגלקסיההחור השחור העל-מאסיבי Sgr A* ממוקם במרכז הגלקסיה שלנו. מוקדם יותר, אסטרונומים גילו את דופק הרדיו PSR J1745-2900 במרכז הגלקסיה שלנו. הם השתמשו בקרינה הנובעת ממנו כדי למדוד את עוצמת השדה המגנטי של החור השחור.

במילים אחרות, זה בהחלט אפשרי שחור שחור הוא מנהרה, "דלת חד כיוונית" בין שני יקומים, אומר פופלבסקי. וזה אומר שאם אתה נופל לחור שחור במרכז שביל החלב, אז בהחלט ייתכן שבסוף תמצא את עצמך ביקום אחר (טוב, אם לא אתה, אז הגוף שלך נמחץ לחלקיקים זעירים) . היקום האחר הזה אינו בתוכנו; חור הוא רק חוליה מקשרת, כמו שורש משותף שממנו צומחים שני אספנים.

מה עם כולנו, ביקום שלנו? אנו עשויים להיות תוצר של יקום אחר, ישן יותר. בואו נקרא לזה היקום הנכון שלנו. לזרע הזה שהיקום האם חישל בתוך החור השחור אולי היה קפיצה גדולה לפני 13.8 מיליארד שנים, ולמרות שהיקום שלנו התרחב במהירות מאז, ייתכן שאנחנו עדיין מעבר לאופק האירועים של החור השחור.

תקציר על הנושא:

"חורים שחורים של היקום"

ולדיווסטוק

2000
תוֹכֶן:

חורים שחורים של היקום ____________________________3

השערות ופרדוקסים______________________________6

מסקנה ____________________________________ 14

רשימת הפניות _________________15

חורים שחורים של היקום

נראה היה שהתופעה הזו מכילה כל כך הרבה בלתי מוסבר, כמעט מיסטי, שאפילו אלברט איינשטיין, שהתיאוריות שלו, למעשה, הולידו את הרעיון של חורים שחורים, בעצמו פשוט לא האמין בקיומם. כיום, אסטרופיזיקאים יותר ויותר משוכנעים שחורים שחורים הם מציאות.

חישובים מתמטיים מראים שיש ענקים בלתי נראים. לפני ארבע שנים, צוות של אסטרונומים אמריקאים ויפנים כיוון את הטלסקופ שלהם לעבר קבוצת הכוכבים Canes Venatici, אל הערפילית הספירלית M106 שנמצאת שם. הגלקסיה הזו נמצאת במרחק של 20 מיליון שנות אור מאיתנו, אבל אפשר לראות אותה אפילו עם טלסקופ חובבים. רבים האמינו שזה זהה לאלפי גלקסיות אחרות. לאחר מחקר מדוקדק, התברר שלערפילית M106 יש תכונה נדירה אחת - בחלקה המרכזי ישנו מחולל קוונטי טבעי - מאסר. אלו הם ענני גז שבהם מולקולות, עקב "שאיבה" חיצונית, פולטות גלי רדיו באזור המיקרוגל. המאזר עוזר לקבוע במדויק את מיקומך ואת מהירות הענן, וכתוצאה מכך גם גרמי שמים אחרים.

האסטרונום היפני מאקוטו מיוניס ועמיתיו במהלך תצפיות על ערפילית M106 גילו את ההתנהגות המוזרה של מאסר החלל שלה. התברר שהעננים מסתובבים סביב מרכז כלשהו, ​​במרחק של 0.5 שנות אור מהם. אסטרונומים הסתקרנו במיוחד מהמוזרות של הסיבוב הזה: שכבות העננים ההיקפיות נעו במהירות של ארבעה מיליון קילומטרים לשעה! זה מצביע על כך שמסה ענקית מרוכזת במרכז. לפי חישובים, הוא שווה ל-36 מיליון מסות שמש.

M106 היא לא הגלקסיה היחידה שבה קיים חשד לחור שחור. בערפילית אנדרומדה, קרוב לוודאי, יש גם אותה מסה בערך - 37 מיליון שמשות. ההנחה היא שבגלקסיה M87 - מקור עז ביותר של פליטת רדיו - התגלה חור שחור, שבו מרוכזות 2 מיליארד מסות שמש! אורז. 1 Galaxy M87

רק השליח של גלי הרדיו יכול להיות חור שחור, שעדיין לא סגור לחלוטין על ידי ה"קפסולה" של החלל המעוקל. הפיזיקאי הסובייטי יעקב זלדוביץ' ועמיתו האמריקני אדווין סלפטר דיווחו על המודל שפיתחו. הדגם הראה שהחור השחור מושך גז מהחלל שמסביב, ובתחילה הוא נאסף בדיסק שלידו. מהתנגשויות של חלקיקים, הגז מתחמם, מאבד אנרגיה, מהירות, ומתחיל להסתחרר לעבר החור השחור. גז שחומם לכמה מיליוני מעלות יוצר מערבולת בצורת משפך. חלקיקיו ממהרים במהירות של 100 אלף קילומטרים לשנייה. בסופו של דבר, מערבולת הגז מגיעה ל"אופק האירועים" ונעלמת לנצח לתוך החור השחור.

המאסר בגלקסיה M106, שעליה נידונה ממש בהתחלה, נמצא בדיסק גזי. לחורים שחורים המופיעים ביקום, אם לשפוט לפי מה שצפו אסטרונומים אמריקאים ויפנים בערפילית הספירלית M106, יש מסה גדולה לאין ערוך מאלה שעליהן מדברת התיאוריה של אופנהיימר. הוא שקל את המקרה של קריסת כוכב אחד, שמסתו אינה יותר משלושה שמש. ואיך נוצרים ענקים כאלה, שאסטרונומים כבר צופים בהם, אין עדיין הסבר.

דגמי מחשב עדכניים הראו שענן גז במרכזה של גלקסיה בהתהוות עלול להוליד חור שחור מאסיבי. אבל אפשרית גם דרך התפתחות אחרת: הצטברות הגז מתפרקת תחילה לעננים רבים יותר קטנים, שיתנו חיים למספר רב של כוכבים. עם זאת, בשני המקרים, חלק מהגז הקוסמי בהשפעת כוח המשיכה שלו יסיים בסופו של דבר את התפתחותו בצורה של חור שחור.

לפי השערה זו, יש חור שחור כמעט בכל גלקסיה, כולל שלנו, אי שם במרכז שביל החלב.

תצפיות על מה שנקרא מערכות כוכבים בינאריות, כאשר רק כוכב אחד נראה דרך טלסקופ, נותנות סיבה להאמין שהשותף הבלתי נראה הוא חור שחור. הכוכבים של זוג זה ממוקמים כל כך קרוב זה לזה עד שהמסה הבלתי נראית "שואבת" את החומר של הכוכב הנראה וסופגת אותו. במקרים מסוימים, ניתן לקבוע את זמן הסיבוב של כוכב סביב בן זוגו הבלתי נראה ואת המרחק לבלתי נראה, מה שמאפשר לחשב את המסה המוסתרת מהתצפית.

המועמד הראשון לדגם כזה הוא זוג שהתגלה בתחילת שנות ה-70. הוא ממוקם בקבוצת הכוכבים Cygnus (מסומן על ידי מדד Cygnus XI) ופולט קרני רנטגן. כאן מסתובבים כוכב כחול לוהט, ובסבירות גבוהה, חור שחור בעל מסה שווה ל-16 מסות שמש. לזוג השני (V404) יש מסה בלתי נראית של 12 אורז. 2 Cygnus XIסוֹלָרִי. זוג חשוד נוסף הוא מקור קרני רנטגן (LMCX3) של תשע מסות שמש הנמצאות בענן המגלן הגדול.

כל המקרים הללו מוסברים היטב בדיון של ג'ון מישל על "כוכבים אפלים". ב-1783 הוא כתב: "אם גופים זוהרים מסתובבים סביב משהו בלתי נראה, אז נוכל להסיק מתנועתו של הגוף המסתובב הזה בהסתברות מסוימת את קיומו של גוף מרכזי זה".

השערות ופרדוקסים

ידוע שתורת היחסות הכללית חזתה שמסה מתעקמת את המרחב. וכבר ארבע שנים לאחר פרסום עבודתו של איינשטיין, האפקט הזה התגלה על ידי אסטרונומים. במהלך ליקוי חמה מלא, כאשר צפו באמצעות טלסקופ, ראו אסטרונומים כוכבים שלמעשה הוסתרו על ידי קצה דיסקת הירח השחורה שכיסתה את השמש. בהשפעת כוח המשיכה של השמש, תמונות הכוכבים השתנו. (כאן, הדיוק של המדידה גם בולט, כי הם זזו פחות מאלפית המעלה!)

אסטרונומים יודעים כעת בוודאות שבהשפעת "עדשת הכבידה", המיוצגת על ידי כוכבים כבדים ומעל לכל, חורים שחורים, מיקומם האמיתי של גרמי שמים רבים שונים למעשה מאלה שאנו רואים מכדור הארץ. גלקסיות רחוקות עשויות להיראות לנו כחסרות צורה ובצורת "קפסולה". המשמעות היא: כוח הכבידה כל כך חזק והחלל כל כך מעוות שהאור נע במעגל. אתה באמת יכול לראות מה קורה מעבר לפינה.

בואו נדמיין את הבלתי ייאמן לחלוטין: אסטרונאוט אמיץ מסוים החליט לשלוח את הספינה שלו לחור שחור כדי ללמוד את סודותיו. מה הוא יראה במסע הפנטסטי הזה?

ככל שתתקרבו למטרה, השעון בחללית יהיה יותר ויותר מאחור - זה נובע מתורת היחסות. בהתקרבות למטרה ימצא את עצמו נוסענו, כביכול, בתוך צינור, טבעת המקיפה את החור השחור, אך ייראה לו שהוא טס לאורך מנהרה ישרה לחלוטין, וכלל לא במעגל. אבל תופעה מדהימה עוד יותר מחכה לאסטרונאוט: לאחר שנפל מאחורי "אופק האירועים" ונע לאורך הצינור, הוא יראה את גבו, ראשו ...

תורת היחסות הכללית אומרת שלמושגים "בחוץ" ו"בפנים" אין משמעות אובייקטיבית, הם יחסיים באותו אופן כמו אינדיקציות של "שמאל" או "ימין", "למעלה" או "למטה". כל הבלבול הפרדוקסלי הזה עם כיוונים מאוד תואם את ההערכות היומיומיות שלנו.

ברגע שהספינה תחצה את גבול החור השחור, אנשים על פני כדור הארץ כבר לא יוכלו לראות דבר ממה שיקרה שם. והשעון ייעצר על הספינה, כל הצבעים יתערבבו לכיוון אדום: האור יאבד חלק מהאנרגיה שלו במאבק נגד כוח המשיכה. כל הפריטים ילבשו צורות מעוותות מוזרות. ולבסוף, גם אם החור השחור הזה היה כבד רק פי שניים מהשמש שלנו, המשיכה תהיה כל כך חזקה שגם הספינה וגם הקפטן ההיפותטי שלה יימשכו לתוך חוט ועד מהרה ייקרעו לגזרים. חומר שנלכד בתוך חור שחור לא יוכל לעמוד בפני הכוחות המושכים אותו לכיוון המרכז. כנראה, העניין יתכלה ויעבור למצב יחיד. על פי כמה רעיונות, החומר הנרקב הזה יהפוך לחלק מיקום אחר - חורים שחורים מחברים את המרחב שלנו עם עולמות אחרים.

כמו כל הגופים בטבע, כוכבים אינם נשארים ללא שינוי, הם נולדים, מתפתחים ולבסוף "מתים". כדי להתחקות אחר מסלול חייהם של כוכבים ולהבין כיצד הם מזדקנים, יש צורך לדעת כיצד הם מתעוררים. בעבר, זה נראה כמו תעלומה גדולה; אסטרונומים מודרניים כבר יכולים לתאר בוודאות רבה בפירוט את השבילים המובילים להופעת כוכבים בהירים בשמי הלילה שלנו.

לפני זמן לא רב, אסטרונומים האמינו שחלפו מיליוני שנים עד שכוכב נוצר מגז ואבק בין כוכבי. אבל בשנים האחרונות צולמו תצלומים מדהימים של אזור בשמים שהוא חלק מהערפילית הגדולה של אוריון, שם הופיע צביר כוכבים קטן במהלך מספר שנים. עַל איור 3 הערפילית הגדולה אוריוןתצלומים משנת 1947. במקום הזה נראתה קבוצה של שלושה עצמים דמויי כוכבים. עד 1954 כמה מהם הפכו מאורכים, ועד 1959. התצורות המלבניות הללו התפרקו לכוכבים בודדים - לראשונה בתולדות האנושות, אנשים צפו בהולדת כוכבים ממש לנגד עינינו, אירוע חסר תקדים זה הראה לאסטרונומים שכוכבים יכולים להיוולד במרווח זמן קצר, וקודם לכן. נימוק מוזר נראה שכוכבים בדרך כלל מופיעים בקבוצות, או שצבירי כוכבים התבררו כנכונים.

השערה מדהימה לחלוטין הוצעה על ידי מדענים אמריקאים שכל היקום העצום שלנו ממוקם בתוך חור שחור ענק. באופן מפתיע, מודל כזה מסוגל להסביר רבות מהמסתורין של היקום.

הפיזיקאי האמריקאי מאוניברסיטת אינדיאנה ניקודם פופלבסקי הוא המייסד של תיאוריה די יוצאת דופן של מבנה היקום שלנו. לפי תיאוריה זו, כל היקום שלנו ממוקם בתוך חור שחור ענק, שבתורו ממוקם ביקום-סופר-גדול.

השערה חריגה לכאורה זו יכולה להסביר חוסר עקביות רבים הקיימים בתיאוריה המודרנית של היקום. פופלבסקי הציג את התיאוריה שלו לפני שנה, וכעת הוא חידד אותה והרחיב אותה משמעותית.

חור שחור - הכניסה למנהרת המרחב-זמן

במודל בניית היקום שפותח על ידי הפיזיקאי האמריקאי, ההנחה נלקחת כהנחה שחורים שחורים
הן הכניסות לחורי התולעת איינשטיין-רוזן, כלומר, המנהרות המרחביות המקשרות בין חלקים שונים של המרחב-זמן הארבע-ממדי.

בדגם זה, החור השחור מחובר במנהרה לאנטיפוד שלו, החור הלבן, שנמצא בקצה השני של מנהרת הזמן. זה נמצא בתוך חור התולעת עם מבנה כזה של היקום שנצפית התרחבות מתמדת של החלל.

כעת הגיע פופלבסקי למסקנה שהיקום שלנו הוא החלק הפנימי של המנהרה הזו המחברת את החורים השחור והלבן. מודל כזה של היקום מסביר את רוב הבעיות הבלתי פתירות של הקוסמולוגיה המודרנית: חומר אפל, אנרגיה אפלה, השפעות קוונטיות בניתוח כוח המשיכה בקנה מידה קוסמי.

כדי לבנות את המודל שלו, מחבר התיאוריה השתמש במנגנון מתמטי מיוחד - תורת הפיתול. בו מופיע מרחב-זמן כאלומה אחת, המתפתלת בהשפעת עקמומיות הכבידה של מרחב-זמן. ניתן לזהות את העקמומיות הללו אפילו באמצעי התצפית המאוד לא מושלמים בעולם שלנו.

איך העולם האמיתי?

לכן, בעולם הסובב שלנו, כל אחד רואה רק את מה שעומד לרשותו לחושיו, למשל, חרק שזוחל על בלון, מרגיש אותו שטוח ואינסופי. לכן, קשה מאוד לזהות את הפיתול של מרחב-זמן גמיש, במיוחד אם אתה נמצא בתוך מימד זה.

כמובן, מודל כזה של מבנה היקום מצביע על כך שכל חור שחור ביקום שלנו הוא שער ליקום אחר. אבל לא ברור כלל כמה "שכבות", כפי שמכנה אותן פופלבסקי, קיימות ביקום הגדול-הגדול-N פעמים-הגדול-הגדול, שבו נמצא החור השחור שלנו עם היקום שלנו.

השערה מדהימה מאושרת

האם באמת אפשר לאשש השערה כה מדהימה במשהו? ניקודם פופלבסקי מאמין שזה אפשרי. אחרי הכל, ביקום שלנו, כל החורים השחורים והכוכבים מסתובבים. לפי נימוק הגיוני, זה צריך להיות בדיוק אותו הדבר ביקום הסופר-גדול. זה אומר שפרמטרי הסיבוב של היקום שלנו חייבים להיות זהים לאלו של החור השחור שבו הוא נמצא.

במקרה זה, חלק מהגלקסיות הספירליות צריך להתפתל שמאלה, והחלק השני המנוגד מבחינה מרחבית צריך להתפתל ימינה. ואכן, על פי נתוני תצפית מודרניים, רוב הגלקסיות הספירליות מפותלות שמאלה - "יד שמאל", והחלק השני, המנוגד של היקום הנצפה, ההיפך הוא הנכון - רוב הגלקסיות הספירליות מפותלות כדי הנכון.

חור שחור בפיזיקה מוגדר כאזור במרחב-זמן, שמשיכה הכבידה שלו כל כך חזקה שאפילו עצמים הנעים במהירות האור, כולל כמות האור עצמה, לא יכולים לצאת ממנו. הגבול של אזור זה נקרא אופק האירועים, וגודלו האופייני נקרא רדיוס הכבידה, הנקרא רדיוס היער השחור. חורים שחורים הם העצמים המסתוריים ביותר ביקום. הם חייבים את שמם המצער לאסטרופיזיקאי האמריקאי ג'ון ווילר. זה היה זה שבהרצאה הפופולרית "היקום שלנו: ידוע ולא ידוע" ב-1967 כינה את הגופים הצפופים האלה חורים. בעבר, עצמים כאלה כונו "כוכבים ממוטטים" או "ממוטטים". אבל המונח "חור שחור" השתרש, ופשוט הפך להיות בלתי אפשרי לשנות אותו. ישנם שני סוגים של חורים שחורים ביקום: 1 - חורים שחורים סופר-מסיביים, שמסתם גדולה פי מיליוני מונים ממסת השמש (ההערכה היא שעצמים כאלה ממוקמים במרכזי הגלקסיות); 2 - חורים שחורים מסיביים פחות הנובעים מדחיסה של כוכבים ענקיים גוססים, המסה שלהם היא יותר משלוש מסות שמש; ככל שהכוכב מתכווץ, החומר נהיה דחוס יותר ויותר, וכתוצאה מכך, כוח המשיכה של העצם גדל עד כדי כך שהאור לא יכול להתגבר עליו. לא קרינה ולא חומר יכולים להימלט מחור שחור. חורים שחורים הם גורמי משיכה חזקים במיוחד.

הרדיוס שאליו כוכב צריך להתכווץ כדי להפוך לחור שחור נקרא רדיוס הכבידה. עבור חורים שחורים שנוצרו מכוכבים, זה רק כמה עשרות קילומטרים. בחלק מהזוגות של כוכבים בינארים, אחד מהם אינו נראה לטלסקופ החזק ביותר, אך מסת הרכיב הבלתי נראה במערכת כבידה כזו גדולה ביותר. סביר להניח שאובייקטים כאלה הם כוכבי נויטרונים או חורים שחורים. לפעמים רכיבים בלתי נראים בזוגות כאלה קורעים חומר מכוכב רגיל. במקרה זה, הגז מופרד מהשכבות החיצוניות של הכוכב הנראה ונופל לאן לא ידוע - לתוך חור שחור בלתי נראה. אבל לפני הנפילה לחור, הגז פולט גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל שונים, כולל גלי רנטגן קצרים מאוד. יתרה מכך, ליד כוכב נויטרונים או חור שחור, הגז מתחמם מאוד והופך למקור לקרינה אלקטרומגנטית רבת עוצמה בטווחי רנטגן וגמא. קרינה כזו אינה עוברת באטמוספירה של כדור הארץ, אך ניתן לצפות בה באמצעות טלסקופי חלל. אחד המועמדים הסבירים לחורים שחורים נחשב למקור רב עוצמה של קרני רנטגן בקבוצת הכוכבים Cygnus.