בשל העלייה האחרונה יחסית בעניין ביצירת סרטי מדע פופולריים על חקר החלל, הצופה המודרני שמע הרבה על תופעות כמו הייחודיות, או החור השחור. עם זאת, סרטים כמובן אינם חושפים את מלוא טבען של תופעות אלו, ולעתים אף מעוותים את התיאוריות המדעיות הבנויות להשפעה רבה יותר. מסיבה זו, הרעיון של אנשים מודרניים רבים לגבי תופעות אלה הוא שטחי לחלוטין או שגוי לחלוטין. אחד הפתרונות לבעיה שעלתה הוא מאמר זה, בו ננסה להבין את תוצאות המחקר הקיימות ולענות על השאלה – מהו חור שחור?

בשנת 1784, הכומר וחוקר הטבע האנגלי ג'ון מישל הזכיר לראשונה במכתב לחברה המלכותית גוף מסיבי היפותטי בעל משיכה כבידה כה חזקה עד שהמהירות הקוסמית השנייה עבורו תעלה על מהירות האור. המהירות הקוסמית השנייה היא המהירות שעצם קטן יחסית יצטרך כדי להתגבר על משיכה הכבידה של גוף שמימי ולצאת מגבולות מסלול סגור סביב גוף זה. לפי חישוביו, לגוף בעל צפיפות השמש ורדיוס של 500 רדיוסים שמשיים תהיה על פני השטח שלו מהירות קוסמית שנייה השווה למהירות האור. במקרה זה, אפילו האור לא יעזוב את פני השטח של גוף כזה, ולכן גוף זה רק יספוג את האור הנכנס ויישאר בלתי נראה למתבונן - מעין כתם שחור על רקע החלל האפל.

עם זאת, הרעיון של גוף סופר-מסיבי שהציע מישל לא משך עניין רב עד עבודתו של איינשטיין. נזכיר כי האחרון הגדיר את מהירות האור כמהירות המגבילה של העברת מידע. בנוסף, איינשטיין הרחיב את תורת הכבידה למהירויות הקרובות למהירות האור (). כתוצאה מכך, כבר לא היה רלוונטי ליישם את התיאוריה הניוטונית על חורים שחורים.

המשוואה של איינשטיין

כתוצאה מיישום תורת היחסות הכללית על חורים שחורים ופתרון משוואות איינשטיין, נחשפו הפרמטרים העיקריים של חור שחור, מהם יש רק שלושה: מסה, מטען חשמלי ותנע זוויתי. יש לציין את תרומתו המשמעותית של האסטרופיזיקאי ההודי Subramanyan Chandrasekhar, שיצר מונוגרפיה בסיסית: "התיאוריה המתמטית של חורים שחורים".

לפיכך, הפתרון של משוואות איינשטיין מיוצג על ידי ארבע אפשרויות לארבעה סוגים אפשריים של חורים שחורים:

• חור שחור ללא סיבוב וללא מטען הוא פתרון שוורצשילד. אחד התיאורים הראשונים של חור שחור (1916) באמצעות משוואות איינשטיין, אך מבלי לקחת בחשבון שניים משלושת הפרמטרים של הגוף. הפתרון של הפיזיקאי הגרמני קרל שוורצשילד מאפשר לך לחשב את שדה הכבידה החיצוני של גוף מסיבי כדורי. מאפיין של תפיסת החורים השחורים של המדען הגרמני הוא נוכחותו של אופק אירועים וזה שמאחוריו. שוורצשילד גם חישב לראשונה את רדיוס הכבידה, שקיבל את שמו, שקובע את רדיוס הכדור שעליו יהיה ממוקם אופק האירועים עבור גוף בעל מסה נתונה.
• חור שחור ללא סיבוב עם מטען הוא הפתרון של רייזנר-נורדסטרום. פתרון שהוצע בשנים 1916-1918, תוך התחשבות במטען החשמלי האפשרי של חור שחור. מטען זה אינו יכול להיות גדול באופן שרירותי והוא מוגבל עקב הדחייה החשמלית הנובעת מכך. על האחרון יש לפצות על ידי משיכה כבידה.
• חור שחור עם סיבוב וללא מטען - הפתרון של קר (1963). חור שחור מסתובב של קר שונה מזה סטטי בנוכחות מה שנקרא ארגוספרה (קרא עוד על זה ומרכיבים אחרים של חור שחור).
• BH עם סיבוב ומטען - פתרון Kerr-Newman. פתרון זה חושב בשנת 1965 והוא כיום השלם ביותר, מכיוון שהוא לוקח בחשבון את כל שלושת הפרמטרים של BH. עם זאת, עדיין מניחים שלחורים שחורים בטבע יש מטען לא משמעותי.

היווצרות של חור שחור

קיימות מספר תיאוריות לגבי האופן שבו נוצר והופיע חור שחור, המפורסמת שבהן היא הופעת כוכב בעל מסה מספקת כתוצאה מקריסת כבידה. דחיסה כזו יכולה לסיים את התפתחותם של כוכבים בעלי מסה של יותר משלוש מסות שמש. עם השלמת תגובות תרמו-גרעיניות בתוך כוכבים כאלה, הם מתחילים להתכווץ במהירות לסופר-צפוף. אם לחץ הגז של כוכב נויטרונים אינו יכול לפצות על כוחות הכבידה, כלומר, מסת הכוכב מתגברת על מה שנקרא. גבול אופנהיימר-וולקוב, ואז הקריסה נמשכת, וגורמת לחומר להתכווץ לחור שחור.

התרחיש השני המתאר את לידתו של חור שחור הוא דחיסה של גז פרוטוגלקטי, כלומר גז בין-כוכבי שנמצא בשלב של התמרה לגלקסיה או סוג של צביר. במקרה של לחץ פנימי לא מספיק כדי לפצות על אותם כוחות כבידה, יכול להיווצר חור שחור.

שני תרחישים נוספים נותרו היפותטיים:

• התרחשות של חור שחור כתוצאה מכך - מה שנקרא. חורים שחורים ראשוניים.
• התרחשות כתוצאה מתגובות גרעיניות באנרגיות גבוהות. דוגמה לתגובות כאלה היא ניסויים על מתנגשים.

מבנה ופיזיקה של חורים שחורים

המבנה של חור שחור לפי שוורצשילד כולל רק שני יסודות שהוזכרו קודם לכן: היחודיות ואופק האירועים של חור שחור. אם מדברים בקצרה על הסינגולריות, ניתן לציין שאי אפשר לשרטט דרכה קו ישר, וגם שרוב התיאוריות הפיזיקליות הקיימות אינן פועלות בתוכה. לפיכך, הפיזיקה של הסינגולריות נותרה בגדר תעלומה למדענים כיום. של חור שחור הוא גבול מסוים, שחוצה אותו, אובייקט פיזי מאבד את היכולת לחזור אל מעבר לגבולותיו ו"נופל" באופן חד משמעי לייחודיות של חור שחור.

המבנה של חור שחור הופך מעט יותר מסובך במקרה של פתרון Kerr, כלומר בנוכחות סיבוב BH. הפתרון של קר מרמז שלחור יש ארגוספרה. ארגוספרה - אזור מסוים הנמצא מחוץ לאופק האירועים, שבתוכו נעים כל הגופים בכיוון הסיבוב של החור השחור. האזור הזה עדיין לא מרגש ואפשר לצאת ממנו, בניגוד לאופק האירועים. הארגוספרה היא כנראה סוג של אנלוגי של דיסק צבירה, המייצג חומר מסתובב סביב גופים מסיביים. אם חור שחור סטטי של שוורצשילד מיוצג ככדור שחור, אז לחור השחור של קרי, בשל נוכחות ארגוספרה, יש צורה של אליפסואיד אולטי, שבצורתו ראינו לעתים קרובות חורים שחורים בציורים, ברישומים עתיקים. סרטים או משחקי וידאו.

• כמה שוקל חור שחור? – החומר התיאורטי הגדול ביותר על הופעת חור שחור זמין לתרחיש של הופעתו כתוצאה מקריסת כוכב. במקרה זה, המסה המרבית של כוכב נויטרונים והמסה המינימלית של חור שחור נקבעות על ידי גבול אופנהיימר - וולקוב, לפיו הגבול התחתון של מסת BH הוא 2.5 - 3 מסות שמש. לחור השחור הכבד ביותר שהתגלה אי פעם (בגלקסיה NGC 4889) יש מסה של 21 מיליארד מסות שמש. עם זאת, אין לשכוח את החורים השחורים, הנובעים באופן היפותטי מתגובות גרעיניות באנרגיות גבוהות, כמו אלו של מתנגשים. המסה של חורים שחורים קוונטיים כאלה, במילים אחרות "חורים שחורים של Planck" היא בסדר גודל של , כלומר 2 10 −5 גרם.
• גודל חור שחור. ניתן לחשב את רדיוס BH המינימלי מהמסה המינימלית (2.5 – 3 מסות שמש). אם רדיוס הכבידה של השמש, כלומר האזור שבו יהיה אופק האירועים, הוא כ-2.95 ק"מ, אזי הרדיוס המינימלי של BH של 3 מסות שמש יהיה כתשעה ק"מ. גדלים קטנים יחסית כאלה לא מתאימים לראש כשמדובר בחפצים מסיביים שמושכים את כל מה שמסביב. עם זאת, עבור חורים שחורים קוונטיים, הרדיוס הוא -10 -35 מ'.
• הצפיפות הממוצעת של חור שחור תלויה בשני פרמטרים: מסה ורדיוס. הצפיפות של חור שחור בעל מסה של כשלוש מסות שמש היא כ-6 10 26 ק"ג/מ"ר, בעוד שצפיפות המים היא 1000 ק"ג/מ"ר. עם זאת, חורים שחורים קטנים כאלה לא נמצאו על ידי מדענים. לרוב ה-BHs שהתגלו יש מסות גדולות מ-105 מסות שמש. יש תבנית מעניינת לפיה ככל שהחור השחור מסיבי יותר, כך צפיפותו נמוכה יותר. במקרה זה, שינוי במסה ב-11 סדרי גודל גורר שינוי בצפיפות ב-22 סדרי גודל. לפיכך, לחור שחור עם מסה של 1 ·10 9 מסות שמש יש צפיפות של 18.5 ק"ג/מ"ר, שהיא אחת פחות מצפיפות הזהב. ולחורים שחורים בעלי מסה של יותר מ-10 10 מסות שמש יכולות להיות צפיפות ממוצעת פחותה מצפיפות האוויר. בהתבסס על חישובים אלו, הגיוני להניח שהיווצרות חור שחור מתרחשת לא עקב דחיסת החומר, אלא כתוצאה מהצטברות של כמות גדולה של חומר בנפח מסוים. במקרה של חורים שחורים קוונטיים, הצפיפות שלהם יכולה להיות בערך 10 94 ק"ג/מ"ר.
• גם הטמפרטורה של חור שחור עומדת ביחס הפוך למסה שלו. טמפרטורה זו קשורה ישירות ל. הספקטרום של קרינה זו עולה בקנה אחד עם הספקטרום של גוף שחור לחלוטין, כלומר גוף הסופג את כל הקרינה הנובעת. ספקטרום הקרינה של גוף שחור תלוי רק בטמפרטורה שלו, ואז ניתן לקבוע את הטמפרטורה של חור שחור מספקטרום הקרינה של הוקינג. כפי שהוזכר לעיל, קרינה זו היא ככל שהחור השחור עוצמתי יותר, ככל שהחור השחור קטן יותר. יחד עם זאת, קרינת הוקינג נותרה היפותטית, מכיוון שהיא טרם נצפתה על ידי אסטרונומים. מכאן נובע שאם קיימת קרינת הוקינג, אזי הטמפרטורה של ה-BH הנצפים כל כך נמוכה שהיא לא מאפשרת לזהות את הקרינה המצוינת. על פי חישובים, אפילו הטמפרטורה של חור עם מסה בסדר גודל של מסת השמש קטנה באופן זניח (1 10 -7 K או -272 מעלות צלזיוס). הטמפרטורה של חורים שחורים קוונטיים יכולה להגיע לכ-10 12 K, ועם האידוי המהיר שלהם (כ-1.5 דקות), חורים שחורים כאלה יכולים לפלוט אנרגיה בסדר גודל של עשר מיליון פצצות אטום. אבל, למרבה המזל, היצירה של עצמים היפותטיים כאלה תדרוש אנרגיה גדולה פי 10, פי 14 מזו שהושגה היום במאיץ ההדרונים הגדול. בנוסף, תופעות כאלה מעולם לא נצפו על ידי אסטרונומים.

ממה עשוי CHD?

שאלה נוספת מדאיגה הן מדענים והן את אלה שפשוט חובבי אסטרופיזיקה - ממה מורכב חור שחור? אין תשובה אחת לשאלה זו, שכן לא ניתן להסתכל מעבר לאופק האירועים המקיף אף חור שחור. בנוסף, כאמור, המודלים התיאורטיים של חור שחור מספקים רק 3 ממרכיביו: הארגוספרה, אופק האירועים והסינגולריות. הגיוני להניח שבארגוספרה יש רק אותם עצמים שנמשכו על ידי החור השחור, ושעתה מסתובבים סביבו - סוגים שונים של גופים קוסמיים וגז קוסמי. אופק האירועים הוא רק גבול מרומז דק, שברגע שמעבר לו, אותם גופים קוסמיים נמשכים באופן בלתי הפיך אל המרכיב העיקרי האחרון של החור השחור - הסינגולריות. טבעה של הסינגולריות לא נחקר היום, ומוקדם מדי לדבר על הרכבה.

על פי כמה הנחות, חור שחור עשוי להיות מורכב מניוטרונים. אם נעקוב אחר התרחיש של התרחשות חור שחור כתוצאה מדחיסת כוכב לכוכב נויטרונים עם דחיסתו לאחר מכן, אז כנראה, החלק העיקרי של החור השחור מורכב מנוטרונים, מתוכם כוכב הנייטרונים עצמו מורכב. במילים פשוטות: כאשר כוכב מתמוטט, האטומים שלו נדחסים בצורה כזו שהאלקטרונים מתחברים עם פרוטונים, ובכך יוצרים נויטרונים. תגובה כזו אכן מתרחשת בטבע, עם היווצרות נויטרון מתרחשת פליטת נייטרינו. עם זאת, אלו רק ניחושים.

מה קורה אם אתה נופל לתוך חור שחור?

נפילה לתוך חור שחור אסטרופיזי מובילה למתיחה של הגוף. חשבו על אסטרונאוט מתאבד היפותטי שנכנס לחור שחור כשהוא לבוש רק בחליפת חלל, רגליים קודם. בחציית אופק האירועים, האסטרונאוט לא יבחין בשינויים, למרות העובדה שאין לו עוד אפשרות לחזור. בשלב מסוים, האסטרונאוט יגיע לנקודה (מעט מאחורי אופק האירועים) שבה יתחיל להתרחש העיוות של גופו. מכיוון ששדה הכבידה של חור שחור אינו אחיד ומיוצג על ידי שיפוע כוח הגובר לכיוון המרכז, רגליו של האסטרונאוט יהיו נתונים לאפקט כבידה גדול יותר באופן ניכר מאשר, למשל, הראש. ואז, בגלל כוח הכבידה, או ליתר דיוק, כוחות גאות ושפל, הרגליים "ייפלו" מהר יותר. לפיכך, הגוף מתחיל להימתח בהדרגה לאורכו. כדי לתאר את התופעה הזו, אסטרופיזיקאים המציאו מונח יצירתי למדי - ספגטיפיקציה. מתיחה נוספת של הגוף כנראה תפרק אותו לאטומים, שבמוקדם או במאוחר יגיעו לייחודיות. אפשר רק לנחש איך אדם ירגיש במצב הזה. ראוי לציין כי ההשפעה של מתיחה של הגוף עומדת ביחס הפוך למסה של החור השחור. כלומר, אם BH עם מסה של שלוש שמשות מותח/שובר את הגוף באופן מיידי, אז לחור השחור העל-מסיבי יהיו כוחות גאות ושפל נמוכים יותר, וישנן הצעות שחלק מהחומרים הפיזיים יכולים "לסבול" עיוות כזה מבלי לאבד את המבנה שלהם.

כידוע, ליד עצמים מסיביים, הזמן זורם לאט יותר, מה שאומר שהזמן של אסטרונאוט מתאבד יזרום הרבה יותר לאט מאשר עבור בני כדור הארץ. במקרה כזה, אולי הוא יחיה לא רק את חבריו, אלא את כדור הארץ עצמו. יידרשו חישובים כדי לקבוע כמה זמן יאט עבור אסטרונאוט, אבל מהאמור לעיל ניתן להניח שהאסטרונאוט ייפול לחור השחור לאט מאוד ואולי פשוט לא יחיה לראות את הרגע שבו הגוף שלו מתחיל להתעוות .

ראוי לציין שלמתבונן בחוץ, כל הגופים שעפו עד לאופק האירועים יישארו בקצה האופק הזה עד שתמונתם תיעלם. הסיבה לתופעה זו היא ההיסט לאדום הכבידתי. אם לפשט מעט, נוכל לומר שהאור הנופל על גופו של אסטרונאוט מתאבד "קפוא" באופק האירועים ישנה את תדירותו בשל זמן האטה שלו. ככל שהזמן עובר לאט יותר, תדירות האור תקטן ואורך הגל יגדל. כתוצאה מתופעה זו, במוצא, כלומר עבור צופה חיצוני, האור יעבור בהדרגה לעבר התדר הנמוך - אדום. שינוי של אור לאורך הספקטרום יתרחש, כאשר האסטרונאוט המתאבד מתרחק יותר ויותר מהצופה, אם כי כמעט בלתי מורגש, וזמנו זורם לאט יותר ויותר. כך, האור שמשתקף בגופו יעבור במהרה אל מעבר לספקטרום הנראה (התמונה תיעלם), ובעתיד ניתן יהיה לזהות את גופתו של האסטרונאוט רק באזור האינפרא אדום, מאוחר יותר באזור תדר הרדיו, וכתוצאה מכך, הקרינה תהיה חמקמקה לחלוטין.

למרות מה שנכתב לעיל, ההנחה היא שבחורים שחורים סופר-מסיביים גדולים מאוד, כוחות הגאות והשפל אינם משתנים כל כך עם המרחק ופועלים כמעט באופן אחיד על הגוף הנופל. במקרה כזה, החללית הנופלת תשמור על המבנה שלה. נשאלת שאלה סבירה - לאן מוביל החור השחור? על שאלה זו ניתן לענות על ידי עבודתם של כמה מדענים, המקשרת בין שתי תופעות כגון חורי תולעת וחורים שחורים.

עוד בשנת 1935, אלברט איינשטיין ונתן רוזן, בהתחשב בכך, העלו השערה לגבי קיומם של מה שנקרא חורי תולעת, המקשרים בין שתי נקודות של מרחב-זמן בדרך במקומות של עקמומיות משמעותית של האחרון - גשר איינשטיין-רוזן. או חור תולעת. עבור עקמומיות כה עוצמתית של חלל, יידרשו גופים בעלי מסה ענקית, שתפקידם יתמודדו בצורה מושלמת חורים שחורים.

גשר איינשטיין-רוזן נחשב לחור תולעת בלתי חדיר, מכיוון שהוא קטן ולא יציב.

חור תולעת שניתן לחצות הוא אפשרי במסגרת התיאוריה של חורים שחורים ולבנים. כאשר החור הלבן הוא פלט המידע שנפל לתוך החור השחור. החור הלבן מתואר במסגרת תורת היחסות הכללית, אך כיום הוא נותר היפותטי ולא התגלה. דגם אחר של חור תולעת הוצע על ידי המדענים האמריקאים קיפ ת'ורן ותלמידו לתואר שני מייק מוריס, שיכול להיות סביר. עם זאת, כמו במקרה של חור התולעת מוריס-קוץ, כמו גם במקרה של חורים שחורים ולבנים, אפשרות הנסיעה מחייבת את קיומו של חומר אקזוטי כביכול, בעל אנרגיה שלילית וגם הוא נשאר היפותטי.

חורים שחורים ביקום

קיומם של חורים שחורים אושר יחסית לאחרונה (ספטמבר 2015), אך לפני הזמן הזה כבר היה הרבה חומר תיאורטי על טבעם של חורים שחורים, כמו גם חפצים מועמדים רבים לתפקיד של חור שחור. קודם כל, יש לקחת בחשבון את ממדי החור השחור, שכן עצם התופעה תלויה בהם:

• חור שחור מסה כוכבית. עצמים כאלה נוצרים כתוצאה מהתמוטטות של כוכב. כפי שהוזכר קודם לכן, המסה המינימלית של גוף המסוגל ליצור חור שחור כזה היא 2.5 - 3 מסות שמש.
• חורים שחורים במסה בינונית. סוג ביניים מותנה של חורים שחורים שגדלו עקב קליטת עצמים סמוכים, כמו הצטברות גזים, כוכב שכן (במערכות של שני כוכבים) וגופים קוסמיים אחרים.
• חור שחור סופר מאסיבי. עצמים קומפקטיים עם 10 5 -10 10 מסות שמש. מאפיינים ייחודיים של BHs כאלה הם צפיפות נמוכה באופן פרדוקסלי, כמו גם כוחות גאות ושפל חלשים, שנדונו קודם לכן. זהו החור השחור העל-מאסיבי הזה במרכז גלקסיית שביל החלב שלנו (קשת A*, Sgr A*), כמו גם רוב הגלקסיות האחרות.

מועמדים ל-CHD

החור השחור הקרוב ביותר, או יותר נכון מועמד לתפקיד של חור שחור, הוא עצם (V616 Unicorn), שנמצא במרחק של 3000 שנות אור מהשמש (בגלקסיה שלנו). הוא מורכב משני מרכיבים: כוכב בעל מסה של מחצית ממסת השמש, וכן גוף קטן בלתי נראה, שהמסה שלו היא 3-5 מסות שמש. אם עצם זה יתברר כחור שחור קטן בעל מסה כוכבית, אז מימין הוא יהיה החור השחור הקרוב ביותר.

בעקבות אובייקט זה, החור השחור השני הקרוב ביותר הוא Cyg X-1 (Cyg X-1), שהיה המועמד הראשון לתפקיד של חור שחור. המרחק אליו הוא כ-6070 שנות אור. נחקר למדי: יש לו מסה של 14.8 מסות שמש ורדיוס אופק אירועים של כ-26 ק"מ.

על פי כמה מקורות, מועמד נוסף הקרוב ביותר לתפקיד של חור שחור עשוי להיות גוף במערכת הכוכבים V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), אשר, על פי הערכות בשנת 1999, היה ממוקם במרחק של 1600 שנות אור. עם זאת, מחקרים שלאחר מכן הגדילו את המרחק הזה פי 15 לפחות.

כמה חורים שחורים יש בגלקסיה שלנו?

אין תשובה מדויקת לשאלה זו, מכיוון שדי קשה לצפות בהם, ובמהלך כל המחקר של השמיים, מדענים הצליחו לזהות כתריסר חורים שחורים בתוך שביל החלב. מבלי להתעסק בחישובים, נציין שבגלקסיה שלנו יש כ-100 - 400 מיליארד כוכבים, ולערך לכל כוכב אלף יש מספיק מסה כדי ליצור חור שחור. סביר להניח שמיליוני חורים שחורים יכלו להיווצר במהלך קיומו של שביל החלב. מכיוון שקל יותר לרשום חורים שחורים ענקיים, הגיוני להניח שרוב ה-BHs בגלקסיה שלנו אינם סופר-מסיביים. ראוי לציין כי מחקר של נאס"א בשנת 2005 מצביע על נוכחות של נחיל שלם של חורים שחורים (10-20 אלף) המקיפים את מרכז הגלקסיה. בנוסף, בשנת 2016, אסטרופיזיקאים יפנים גילו לוויין מסיבי ליד העצם * - חור שחור, הליבה של שביל החלב. בשל הרדיוס הקטן (0.15 שנות אור) של גוף זה, כמו גם המסה העצומה שלו (100,000 מסות שמש), מדענים מציעים שעצם זה הוא גם חור שחור סופר מסיבי.

הליבה של הגלקסיה שלנו, החור השחור של שביל החלב (קשת A *, Sgr A * או קשת A *) הוא סופר-מסיבי ויש לו מסה של 4.31 10 6 מסות שמש, ורדיוס של 0.00071 שנות אור (6.25 שעות אור). או 6.75 מיליארד ק"מ). הטמפרטורה של קשת A* יחד עם הצביר סביבו היא בערך 1 10 7 K.

החור השחור הגדול ביותר

החור השחור הגדול ביותר ביקום שמדענים הצליחו לזהות הוא חור שחור סופר-מסיבי, ה-FSRQ blazar, במרכז הגלקסיה S5 0014+81, במרחק של 1.2·10 10 שנות אור מכדור הארץ. על פי תוצאות ראשוניות של תצפית, באמצעות מצפה החלל סוויפט, מסת החור השחור הייתה 40 מיליארד (40 10 9) מסות שמש, ורדיוס שוורצשילד של חור כזה היה 118.35 מיליארד קילומטרים (0.013 שנות אור). בנוסף, על פי חישובים, הוא צמח לפני 12.1 מיליארד שנים (1.6 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול). אם החור השחור הענק הזה לא יספוג את החומר הסובב אותו, אז הוא יחיה לראות את עידן החורים השחורים - אחד העידנים בהתפתחות היקום, שבמהלכם ישלטו בו חורים שחורים. אם הליבה של הגלקסיה S5 0014+81 תמשיך לגדול, אזי היא תהפוך לאחד החורים השחורים האחרונים שקיימים ביקום.

שני החורים השחורים האחרים הידועים, למרות שלא נקראו בשם, הם בעלי החשיבות הגדולה ביותר לחקר החורים השחורים, שכן הם אישרו את קיומם בניסוי, וגם נתנו תוצאות חשובות לחקר כוח הכבידה. אנחנו מדברים על אירוע GW150914, שנקרא התנגשות של שני חורים שחורים לאחד. אירוע זה אפשר להירשם.

זיהוי חורים שחורים

לפני ששוקלים שיטות לגילוי חורים שחורים, יש לענות על השאלה - מדוע חור שחור הוא שחור? - התשובה לכך אינה דורשת ידע מעמיק באסטרופיזיקה ובקוסמולוגיה. העובדה היא שחור שחור סופג את כל הקרינה הנופלת עליו ואינו מקרין כלל, אם לא לוקחים בחשבון את ההיפותטי. אם נשקול את התופעה הזו ביתר פירוט, נוכל להניח שאין תהליכים בתוך חורים שחורים המובילים לשחרור אנרגיה בצורה של קרינה אלקטרומגנטית. ואז אם החור השחור מקרין, אז הוא נמצא בספקטרום הוקינג (שנמצא בקנה אחד עם הספקטרום של גוף מחומם ושחור לחלוטין). עם זאת, כאמור, קרינה זו לא זוהתה, מה שמרמז על טמפרטורה נמוכה לחלוטין של חורים שחורים.

תיאוריה מקובלת אחרת אומרת שקרינה אלקטרומגנטית אינה מסוגלת כלל לעזוב את אופק האירועים. סביר להניח שפוטונים (חלקיקי אור) אינם נמשכים על ידי עצמים מסיביים, שכן, על פי התיאוריה, להם עצמם אין מסה. עם זאת, החור השחור עדיין "מושך" את הפוטונים של האור באמצעות עיוות המרחב-זמן. אם נדמיין חור שחור במרחב כמעין שקע על פני השטח החלקים של המרחב-זמן, אז יש מרחק מסוים ממרכז החור השחור, שמתקרב אליו האור לא יוכל עוד להתרחק ממנו. . כלומר, באופן גס, האור מתחיל "ליפול" ל"בור", שאין לו אפילו "תחתית".

בנוסף, אם ניקח בחשבון את ההשפעה של הסטה לאדום כבידה, ייתכן שאור בחור שחור מאבד את התדר שלו, עובר לאורך הספקטרום לאזור של קרינה בתדר נמוך בתדר נמוך, עד שהוא מאבד אנרגיה לחלוטין.

אז, חור שחור הוא שחור ולכן קשה לזהות אותו בחלל.

שיטות זיהוי

שקול את השיטות בהן משתמשים אסטרונומים כדי לזהות חור שחור:

בנוסף לשיטות שהוזכרו לעיל, מדענים מרבים לשייך אובייקטים כמו חורים שחורים ו. קוואזרים הם כמה צבירים של גופים קוסמיים וגז, שהם בין העצמים האסטרונומיים הבהירים ביותר ביקום. מכיוון שיש להם עוצמת הארה גבוהה בגדלים קטנים יחסית, יש סיבה להאמין שמרכזם של עצמים אלו הוא חור שחור סופר-מסיבי, המושך אליו את החומר שמסביב. בשל משיכה כה חזקה של כבידה, החומר הנמשך מתחמם עד כדי קרינה אינטנסיבית. זיהוי של עצמים כאלה מושווה בדרך כלל לזיהוי של חור שחור. לפעמים קוואזרים יכולים לפלוט סילוני פלזמה מחוממת בשני כיוונים - סילונים רלטיביסטיים. הסיבות להופעתם של סילונים כאלה (סילון) אינן ברורות לחלוטין, אך הן נגרמות ככל הנראה מהאינטראקציה של השדות המגנטיים של ה-BH ושל דיסקת ההצטברות, ואינן נפלטות על ידי חור שחור ישיר.

סילון בגלקסיית M87 פוגע ממרכזו של חור שחור

לסיכום האמור לעיל, אפשר לדמיין, מקרוב: זהו עצם שחור כדורי, שסביבו מסתובב חומר מחומם חזק ויוצר דיסק צבירה זוהר.

חורים שחורים מתמזגים ומתנגשים

אחת התופעות המעניינות באסטרופיזיקה היא התנגשות של חורים שחורים, המאפשרת גם לזהות גופים אסטרונומיים כה מסיביים. תהליכים כאלה מעניינים לא רק אסטרופיזיקאים, מכיוון שהם מביאים לתופעות שנחקרו בצורה גרועה על ידי פיזיקאים. הדוגמה המובהקת ביותר היא האירוע שהוזכר קודם לכן בשם GW150914, כאשר שני חורים שחורים התקרבו כל כך עד שכתוצאה ממשיכה הדדית של כבידה הם התמזגו לאחד. תוצאה חשובה של התנגשות זו הייתה הופעת גלי כבידה.

לפי ההגדרה של גלי כבידה, מדובר בשינויים בשדה הכבידה שמתפשטים בצורה דמוית גל מעצמים נעים מסיביים. כאשר שני עצמים כאלה מתקרבים זה לזה, הם מתחילים להסתובב סביב מרכז כובד משותף. כשהם מתקרבים זה לזה, הסיבוב שלהם סביב הציר שלהם גדל. תנודות משתנות כאלה של שדה הכבידה בנקודה מסוימת יכולות ליצור גל כבידה חזק אחד שיכול להתפשט בחלל במשך מיליוני שנות אור. אז, במרחק של 1.3 מיליארד שנות אור, התרחשה התנגשות של שני חורים שחורים, שיצרו גל כבידה חזק שהגיע לכדור הארץ ב-14 בספטמבר 2015 ותועד על ידי גלאי LIGO ו-VIRGO.

איך מתים חורים שחורים?

ברור שכדי שחור שחור יפסיק להתקיים, הוא יצטרך לאבד את כל המסה שלו. עם זאת, לפי הגדרתה, שום דבר לא יכול לעזוב את החור השחור אם הוא חצה את אופק האירועים שלו. ידוע כי לראשונה הזכיר הפיזיקאי התיאורטי הסובייטי ולדימיר גריבוב את האפשרות של פליטת חלקיקים על ידי חור שחור בדיון שלו עם מדען סובייטי אחר יעקב זלדוביץ'. הוא טען שמנקודת המבט של מכניקת הקוונטים, חור שחור מסוגל לפלוט חלקיקים באמצעות אפקט מנהרה. מאוחר יותר, בעזרת מכניקת הקוונטים, הוא בנה תיאוריה משלו, קצת שונה, הפיזיקאי התיאורטי האנגלי סטיבן הוקינג. תוכלו לקרוא עוד על תופעה זו. בקיצור, יש מה שנקרא חלקיקים וירטואליים בוואקום, שנולדים כל הזמן בזוגות ומחסלים זה את זה, תוך שהם לא מקיימים אינטראקציה עם העולם החיצון. אבל אם זוגות כאלה מתעוררים באופק האירועים של החור השחור, אז כוח הכבידה החזק מסוגל באופן היפותטי להפריד ביניהם, כאשר חלקיק אחד נופל לתוך החור השחור, והשני מתרחק מהחור השחור. ומכיוון שניתן לראות חלקיק שהתרחק מחור, ולכן יש לו אנרגיה חיובית, חלקיק שנפל לחור חייב להיות בעל אנרגיה שלילית. לפיכך, החור השחור יאבד את האנרגיה שלו ותהיה השפעה הנקראת אידוי חור שחור.

על פי המודלים הזמינים של חור שחור, כפי שהוזכר קודם לכן, ככל שהמסה שלו יורדת, הקרינה שלו נעשית עזה יותר. ואז, בשלב הסופי של קיומו של חור שחור, כאשר הוא עשוי להצטמצם לגודל של חור שחור קוונטי, הוא ישחרר כמות עצומה של אנרגיה בצורת קרינה, שיכולה להיות שווה ערך לאלפי או אפילו מיליוני פצצות אטום. האירוע הזה מזכיר קצת את פיצוץ חור שחור, כמו אותה פצצה. על פי חישובים, חורים שחורים ראשוניים יכולים היו להיוולד כתוצאה מהמפץ הגדול, ואלו מהם, שמסתם בסדר גודל של 10 12 ק"ג, היו צריכים להתאדות ולהתפוצץ בסביבות זמננו. כך או כך, פיצוצים כאלה מעולם לא נראו על ידי אסטרונומים.

למרות המנגנון שהציע הוקינג להשמדת חורים שחורים, תכונות קרינת הוקינג גורמות לפרדוקס במסגרת מכניקת הקוונטים. אם חור שחור סופג גוף כלשהו, ​​ואז מאבד את המסה הנובעת מהספיגה של הגוף הזה, אז ללא קשר לאופי הגוף, החור השחור לא יהיה שונה ממה שהיה לפני קליטת הגוף. במקרה זה, מידע על הגוף אובד לנצח. מנקודת המבט של חישובים תיאורטיים, הטרנספורמציה של המצב הטהור הראשוני למצב המעורב ("תרמי") המתקבל אינה תואמת את התיאוריה הנוכחית של מכניקת הקוונטים. פרדוקס זה נקרא לפעמים היעלמות המידע בחור שחור. פתרון אמיתי לפרדוקס הזה מעולם לא נמצא. אפשרויות ידועות לפתרון הפרדוקס:

• חוסר עקביות של התיאוריה של הוקינג. הדבר כרוך בחוסר האפשרות להרוס את החור השחור וצמיחתו המתמדת.
• נוכחות של חורים לבנים. במקרה זה, המידע הנקלט אינו נעלם, אלא פשוט נזרק אל יקום אחר.
• חוסר עקביות של התיאוריה המקובלת של מכניקת הקוונטים.

בעיה בלתי פתורה של פיזיקת החורים השחורים

אם לשפוט לפי כל מה שתואר קודם לכן, לחורים שחורים, למרות שהם נחקרו במשך זמן רב יחסית, יש עדיין תכונות רבות, שמנגנוניהם עדיין לא ידועים למדענים.

• בשנת 1970, מדען אנגלי ניסח את מה שנקרא. "עקרון הצנזורה הקוסמית" - "הטבע מתעב את הייחודיות החשופה." המשמעות היא שהסינגולריות נוצרת רק במקומות נסתרים מהעין, כמו מרכז חור שחור. אולם עקרון זה טרם הוכח. ישנם גם חישובים תיאורטיים לפיהם יכולה להתרחש ייחוד "עירום".
• גם "משפט ללא שיער", לפיו לחורים שחורים יש רק שלושה פרמטרים, לא הוכח.
• תיאוריה מלאה של מגנטוספירת החור השחור לא פותחה.
• הטבע והפיזיקה של הסינגולריות הכבידתית לא נחקרו.
• לא ידוע בוודאות מה קורה בשלב הסופי של קיומו של חור שחור, ומה נשאר לאחר ההתפרקות הקוונטית שלו.

עובדות מעניינות על חורים שחורים

לסיכום האמור לעיל, אנו יכולים להדגיש מספר מאפיינים מענינים ויוצאי דופן של טבעם של חורים שחורים:

• לחורים שחורים יש רק שלושה פרמטרים: מסה, מטען חשמלי ותנע זוויתי. כתוצאה ממספר כה קטן של מאפיינים של גוף זה, המשפט הקובע זאת נקרא "משפט ללא שיער". מכאן גם הגיע הביטוי "לחור שחור אין שיער", כלומר שני חורים שחורים זהים לחלוטין, שלושת הפרמטרים שלהם שהוזכרו זהים.
• הצפיפות של חורים שחורים יכולה להיות פחותה מצפיפות האוויר, והטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט. מכאן ניתן להניח כי היווצרות חור שחור מתרחשת לא עקב דחיסת החומר, אלא כתוצאה מהצטברות של כמות גדולה של חומר בנפח מסוים.
• הזמן לגופים הנספגים בחורים שחורים הולך הרבה יותר לאט מאשר עבור צופה חיצוני. בנוסף, הגופים הנספגים נמתחים באופן משמעותי בתוך החור השחור, אשר זכה לכינוי ספגטיפיקציה על ידי מדענים.
• ייתכן שיש כמיליון חורים שחורים בגלקסיה שלנו.
• יש כנראה חור שחור סופר מסיבי במרכז כל גלקסיה.
• בעתיד, על פי המודל התיאורטי, היקום יגיע למה שנקרא עידן החורים השחורים, כאשר החורים השחורים יהפכו לגופים הדומיננטיים ביקום.

תאריך פרסום: 27/09/2012

לרוב האנשים יש מושג מעורפל או שגוי מה הם חורים שחורים. בינתיים, אלה הם אובייקטים גלובליים וחזקים כל כך של היקום, שבהשוואה אליהם כוכב הלכת שלנו וכל חיינו אינם כלום.

מַהוּת

זהו חפץ חלל בעל כוח משיכה כה עצום שהוא סופג את כל מה שנופל בגבולותיו. למעשה, חור שחור הוא עצם שאפילו אינו משחרר אור ומכופף את המרחב-זמן. אפילו הזמן זורם לאט יותר ליד חורים שחורים.

למעשה, קיומם של חורים שחורים הוא רק תיאוריה (וקצת פרקטיקה). למדענים יש הנחות וניסיון מעשי, אך עדיין לא ניתן היה לחקור מקרוב חורים שחורים. לכן חורים שחורים נקראים על תנאי כל העצמים המתאימים לתיאור זה. חורים שחורים נחקרים מעט, ולכן הרבה שאלות נותרות בלתי פתורות.

לכל חור שחור יש אופק אירועים - הגבול הזה, שאחריו שום דבר לא יכול לצאת החוצה. יתרה מכך, ככל שאובייקט קרוב יותר לחור שחור, כך הוא נע לאט יותר.

חינוך

ישנם מספר סוגים ודרכי היווצרות של חורים שחורים:
- היווצרות חורים שחורים כתוצאה מהיווצרות היקום. חורים שחורים כאלה הופיעו מיד לאחר המפץ הגדול.
- כוכבים גוססים. כאשר כוכב מאבד את האנרגיה שלו והתגובות התרמו-גרעיניות נפסקות, הכוכב מתחיל להתכווץ. בהתאם לדרגת הדחיסה, נבדלים כוכבי נויטרונים, ננסים לבנים ולמעשה, חורים שחורים.
- השגה באמצעות ניסוי. לדוגמה, בתא מתנגש, אתה יכול ליצור חור שחור קוונטי.

גרסאות

מדענים רבים נוטים להאמין שחורים שחורים זורקים את כל החומר שנקלט במקום אחר. הָהֵן. חייבים להיות "חורים לבנים" הפועלים על פי עיקרון אחר. אם אתה יכול להיכנס לחור שחור, אבל אתה לא יכול לצאת, אז אתה לא יכול להיכנס לחור לבן. הטיעון העיקרי של המדענים הוא פרצי האנרגיה החדים והחזקים שנרשמו בחלל.

תורת המיתרים יצרה בדרך כלל מודל משלהם של חור שחור, שאינו הורס מידע. התיאוריה שלהם נקראת "Fuzzball" - היא מאפשרת לענות על שאלות הקשורות לייחודיות ולהיעלמות המידע.

מהי ייחוד והיעלמות מידע? סינגולריות היא נקודה במרחב המאופיינת בלחץ וצפיפות אינסופיים. רבים מבולבלים מעובדת הסינגולריות, מכיוון שפיזיקאים אינם יכולים לעבוד עם מספרים אינסופיים. רבים בטוחים שיש ייחוד בחור שחור, אבל תכונותיו מתוארות בצורה מאוד שטחית.

במילים פשוטות, כל הבעיות ואי ההבנות נובעות מהקשר בין מכניקת הקוונטים וכוח המשיכה. עד כה, מדענים לא יכולים ליצור תיאוריה שמאחדת אותם. לכן יש בעיות עם חור שחור. אחרי הכל, נראה שחור שחור משמיד מידע, אבל היסודות של מכניקת הקוונטים מופרים. למרות שלאחרונה, נראה היה ש-S. הוקינג פתר את הבעיה הזו, וקבע שמידע בחורים שחורים עדיין לא נהרס.

סטריאוטיפים

ראשית, חורים שחורים אינם יכולים להתקיים ללא הגבלת זמן. והכל בזכות ההתנדפות של הוקינג. לכן, אין לחשוב שחורים שחורים יבלעו במוקדם או במאוחר את היקום.

שנית, השמש שלנו לא תהפוך לחור שחור. מאז המסה של הכוכב שלנו לא יהיה מספיק. סביר יותר שהשמש שלנו תהפוך לגמד לבן (וזו לא עובדה).

שלישית, מאיץ ההדרונים הגדול לא יהרוס את כדור הארץ שלנו על ידי יצירת חור שחור. גם אם הם יוצרים בכוונה חור שחור ו"משחררים" אותו, בגלל גודלו הקטן, הוא יספוג את כוכב הלכת שלנו להרבה מאוד זמן.

רביעית, אל תחשוב שחור שחור הוא "חור" בחלל. חור שחור הוא עצם כדורי. מכאן שרוב הדעות שחורים שחורים מובילים ליקום מקביל. עם זאת, עובדה זו טרם הוכחה.

חמישית, לחור שחור אין צבע. הוא מזוהה על ידי קרני רנטגן או על רקע של גלקסיות וכוכבים אחרים (אפקט העדשה).

בשל העובדה שלעתים קרובות אנשים מבלבלים בין חורים שחורים עם חורי תולעת (שקיימים בפועל), מושגים אלה אינם מובחנים בקרב אנשים רגילים. חור התולעת באמת מאפשר לנוע במרחב ובזמן, אבל עד כה רק בתיאוריה.

דברים מורכבים במילים פשוטות

קשה לתאר תופעה כזו כחור שחור במילים פשוטות. אם אתה מחשיב את עצמך כטכנאי הבקי במדעים המדויקים, אז אני ממליץ לך לקרוא את עבודותיהם של מדענים ישירות. אם אתה רוצה לדעת יותר על תופעה זו, אז קרא את כתביו של סטיבן הוקינג. הוא עשה הרבה למען המדע, ובמיוחד בתחום החורים השחורים. אידוי החורים השחורים נקרא על שמו. הוא תומך בגישה הפדגוגית, ולכן כל יצירותיו יהיו מובנות אפילו לאדם רגיל.

ספרים:
- חורים שחורים ויקומים צעירים, 1993.
- עולם בקיצור 2001.
- "ההיסטוריה הקצרה ביותר של היקום 2005" של השנה.

אני רוצה להמליץ ​​במיוחד על סרטי המדע הפופולרי שלו, שיספרו לכם בשפה מובנת לא רק על חורים שחורים, אלא גם על היקום בכלל:
- "היקום של סטיבן הוקינג" - סדרה של 6 פרקים.
- "עמוק לתוך היקום עם סטיבן הוקינג" - סדרה של 3 פרקים.
כל הסרטים הללו תורגמו לרוסית ולעתים קרובות מוצגים בערוצי דיסקברי.

תודה לך על תשומת הלב!

טיפים אחרונים למדע וטכנולוגיה:

האם העצה הזו עזרה לך?אתה יכול לעזור לפרויקט על ידי תרומה של כל סכום שתרצה לפיתוחו. לדוגמה, 20 רובל. או יותר:)

כל אדם שמתוודע לאסטרונומיה חווה במוקדם או במאוחר סקרנות עזה לגבי העצמים המסתוריים ביותר ביקום - חורים שחורים. אלו הם המאסטרים האמיתיים של החושך, המסוגלים "לבלוע" כל אטום שעובר בקרבת מקום ולא לתת אפילו לאור לברוח - המשיכה שלהם כל כך עוצמתית. עצמים אלה מהווים אתגר אמיתי עבור פיזיקאים ואסטרונומים. הראשונים עדיין לא יכולים להבין מה קורה לחומר שנפל בתוך החור השחור, והאחרונים, למרות שהם מסבירים את התופעות הצורכות ביותר אנרגיה של החלל בקיומם של חורים שחורים, מעולם לא הייתה להם הזדמנות לצפות באף אחת מהן. באופן ישיר. נדבר על החפצים השמימיים המעניינים ביותר הללו, נגלה מה כבר התגלה ומה נותר לדעת כדי להרים את מסך הסודיות.

מהו חור שחור?

השם "חור שחור" (באנגלית - חור שחור) הוצע ב-1967 על ידי הפיזיקאי התיאורטי האמריקאי ג'ון ארצ'יבלד ווילר (ראה תמונה משמאל). הוא שימש לייעוד גוף שמימי, שהמשיכה שלו כל כך חזקה שאפילו האור אינו מרפה מעצמו. לכן הוא "שחור" כי אינו פולט אור.

תצפיות עקיפות

זו הסיבה למסתורין שכזה: מכיוון שחורים שחורים אינם זוהרים, איננו יכולים לראות אותם ישירות ונאלצים לחפש ולחקור אותם, תוך שימוש רק בראיות עקיפות שקיומם מותיר במרחב שמסביב. במילים אחרות, אם חור שחור בולע כוכב, אנחנו לא יכולים לראות את החור השחור, אבל אנחנו יכולים לראות את ההשפעות ההרסניות של שדה הכבידה החזק שלו.

האינטואיציה של לפלס

למרות העובדה שהביטוי "חור שחור" לציון השלב הסופי ההיפותטי של התפתחותו של כוכב שקרס לתוך עצמו בהשפעת כוח הכבידה הופיע לאחרונה יחסית, הרעיון של אפשרות קיומם של גופים כאלה עלה יותר מלפני מאתיים שנה. האנגלי ג'ון מישל והצרפתי פייר-סימון דה לפלס העלו השערה עצמאית על קיומם של "כוכבים בלתי נראים"; בעוד שהם התבססו על חוקי הדינמיקה הרגילים וחוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון. כיום, חורים שחורים קיבלו את התיאור הנכון שלהם בהתבסס על תורת היחסות הכללית של איינשטיין.

בעבודתו "הצהרה על מערכת העולם" (1796), כתב לפלס: "כוכב בהיר בעל צפיפות זהה לכדור הארץ, בקוטר גדול פי 250 מקוטר השמש, בשל משיכת הכבידה שלו, לא יאפשר לקרני האור להגיע אלינו. לכן, ייתכן שגרמי השמים הגדולים והבהירים ביותר אינם נראים מסיבה זו.

כוח משיכה בלתי מנוצח

הרעיון של לפלס התבסס על הרעיון של מהירות מילוט (מהירות קוסמית שנייה). חור שחור הוא עצם צפוף עד כדי כך שהמשיכה שלו מסוגלת לעכב אפילו אור, שמפתח את המהירות הגבוהה ביותר בטבע (כמעט 300,000 קמ"ש). בפועל, כדי לברוח מחור שחור צריך מהירות גבוהה יותר ממהירות האור, אבל זה בלתי אפשרי!

משמעות הדבר היא שכוכב מסוג זה יהיה בלתי נראה, שכן אפילו האור לא יוכל להתגבר על כוח הכבידה העוצמתי שלו. איינשטיין הסביר עובדה זו באמצעות תופעת סטיית האור בהשפעת שדה כבידה. במציאות, ליד חור שחור, המרחב-זמן מעוקל עד כדי כך שנתיבי קרני האור נסגרים גם על עצמם. כדי להפוך את השמש לחור שחור, נצטרך לרכז את כל המסה שלה בכדור ברדיוס של 3 ק"מ, וכדור הארץ יצטרך להפוך לכדור ברדיוס של 9 מ"מ!

סוגי חורים שחורים

לפני כעשר שנים הצביעו תצפיות על קיומם של שני סוגים של חורים שחורים: כוכבים, שמסתו דומה למסה של השמש או עולה עליה במעט, וסופר-מסיבית, שהמסה שלו היא בין כמה מאות אלפים למיליונים רבים של מסות שמש. עם זאת, לאחרונה יחסית, תמונות וספקטרום של קרני רנטגן ברזולוציה גבוהה שהתקבלו מלוויינים מלאכותיים כמו צ'נדרה ו-XMM-Newton העלו לקדמת הבמה את הסוג השלישי של חור שחור - עם מסה ממוצעת העולה על מסת השמש באלפי מונים. .

חורים שחורים מהממים

חורים שחורים כוכביים נודעו מוקדם יותר מאחרים. הם נוצרים כאשר לכוכב בעל מסה גבוהה, בסוף דרכו האבולוציונית, נגמר הדלק הגרעיני ומתמוטט לתוך עצמו בשל כוח המשיכה שלו. לפיצוץ מפוצץ כוכבים (המכונה "פיצוץ סופרנובה") יש השלכות קטסטרופליות: אם הליבה של כוכב היא יותר מפי 10 ממסת השמש, שום כוח גרעיני לא יוכל לעמוד בפני קריסת הכבידה שתגרום להופעת חור שחור.

חורים שחורים סופר מסיביים

לחורים שחורים סופר-מאסיביים, שצוינו לראשונה בגרעינים של כמה גלקסיות פעילות, מקורם שונה. ישנן מספר השערות לגבי לידתם: חור שחור כוכבי שטורף את כל הכוכבים המקיפים אותו במשך מיליוני שנים; מקבץ מאוחד של חורים שחורים; ענן ענק של גז שמתמוטט ישירות לתוך חור שחור. חורים שחורים אלו הם בין העצמים האנרגטיים ביותר בחלל. הם ממוקמים במרכזן של הרבה מאוד גלקסיות, אם לא כולן. גם לגלקסיה שלנו יש חור שחור כזה. לפעמים, בגלל נוכחותו של חור שחור כזה, הליבות של הגלקסיות הללו הופכות בהירות מאוד. גלקסיות שבמרכזן חורים שחורים, מוקפות בכמות גדולה של חומר נופל ולכן מסוגלות להפיק כמות עצומה של אנרגיה, נקראות "אקטיביות", והגרעינים שלהן נקראים "גרעינים גלקטיים פעילים" (AGN). לדוגמה, קוואזרים (עצמי החלל הרחוקים ביותר מאיתנו הזמינים לתצפית שלנו) הן גלקסיות פעילות, שבהן אנו רואים רק גרעין בהיר מאוד.

בינוני ו"מיני"

תעלומה נוספת נותרה החורים השחורים במסה בינונית, שעל פי מחקרים אחרונים, עשויים להיות במרכזם של כמה צבירים כדוריים, כגון M13 ו-NCC 6388. אסטרונומים רבים סקפטיים לגבי עצמים אלה, אך מחקרים עדכניים מסוימים מצביעים על נוכחותם של חורים שחורים. בגודל בינוני אפילו לא רחוק ממרכז הגלקסיה שלנו. גם הפיזיקאי האנגלי סטיבן הוקינג הציג הנחה תיאורטית לגבי קיומו של הסוג הרביעי של חור שחור - "מיני-חור" במסה של מיליארד טון בלבד (ששווה בערך למסה של הר גדול). אנחנו מדברים על עצמים ראשוניים, כלומר אלה שהופיעו ברגעים הראשונים של חיי היקום, כשהלחץ עדיין היה גבוה מאוד. עם זאת, טרם התגלה זכר לקיומם.

איך למצוא חור שחור

רק לפני כמה שנים, נדלק אור מעל חורים שחורים. הודות לשיפור מתמיד של מכשירים וטכנולוגיות (גם יבשתיים וגם בחלל), העצמים הללו הופכים פחות ופחות מסתוריים; ליתר דיוק, החלל המקיף אותם הופך פחות מסתורי. ואכן, מכיוון שהחור השחור עצמו אינו נראה, נוכל לזהות אותו רק אם הוא מוקף בחומר מספיק (כוכבים וגז חם) המקיף אותו במרחק קטן.

צפייה במערכות כפולות

כמה חורים שחורים כוכביים התגלו על ידי התבוננות בתנועת המסלול של כוכב סביב בן לוויה בינארי בלתי נראה. מערכות בינאריות קרובות (כלומר, המורכבות משני כוכבים קרובים מאוד זה לזה), שבהן אחד מהמלווים אינו נראה, הן אובייקט תצפית מועדף על אסטרופיזיקאים המחפשים חורים שחורים.

אינדיקציה לנוכחות של חור שחור (או כוכב נויטרונים) היא פליטה חזקה של קרני רנטגן, הנגרמת על ידי מנגנון מורכב, שניתן לתאר באופן סכמטי באופן הבא. בשל כוח המשיכה העוצמתי שלו, חור שחור יכול לקרוע חומר מכוכב מלווה; גז זה מופץ בצורה של דיסק שטוח ונופל בספירלה לתוך החור השחור. חיכוך הנובע מהתנגשויות של חלקיקי גז נופלים מחמם את השכבות הפנימיות של הדיסק לכמה מיליוני מעלות, מה שגורם לפליטת קרני רנטגן עוצמתית.

תצפיות בקרני רנטגן

תצפיות בקרני רנטגן של עצמים בגלקסיה שלנו ובגלקסיות שכנות, שבוצעו כבר כמה עשורים, אפשרו לזהות מקורות בינאריים קומפקטיים, כתריסר מהם מערכות המכילות מועמדים לחורים שחורים. הבעיה העיקרית היא לקבוע את המסה של גוף שמימי בלתי נראה. ניתן למצוא את ערך המסה (אם כי לא מאוד מדויק) על ידי לימוד תנועת המלווה או, וזה הרבה יותר קשה, על ידי מדידת עוצמת קרני הרנטגן של חומר האירוע. עוצמה זו קשורה במשוואה עם מסת הגוף שעליו נופל החומר הזה.

חתן פרס נובל

משהו דומה ניתן לומר על החורים השחורים העל-מאסיביים שנצפו בליבות של גלקסיות רבות, שהמסות שלהם נאמדות על ידי מדידת מהירויות המסלול של הגז הנופל לתוך החור השחור. במקרה זה, הנגרמת משדה כבידה רב עוצמה של עצם גדול מאוד, מתגלה עלייה מהירה במהירות של ענני גז המקיפים במרכז הגלקסיות על ידי תצפיות בטווח הרדיו, כמו גם באלומות אופטיות. תצפיות בטווח רנטגן יכולות לאשר שחרור מוגבר של אנרגיה הנגרם מנפילת החומר לתוך החור השחור. מחקר בקרני רנטגן בתחילת שנות ה-60 החל על ידי האיטלקי ריקרדו ג'יאקוני, שעבד בארה"ב. הוא זכה בפרס נובל בשנת 2002 כהוקרה על "תרומתו פורצת הדרך לאסטרופיזיקה שהובילה לגילוי מקורות רנטגן בחלל".

Cygnus X-1: המועמד הראשון

הגלקסיה שלנו אינה חסינה מנוכחותם של אובייקטים מועמדים לחורים שחורים. למרבה המזל, אף אחד מהעצמים הללו אינו קרוב מספיק אלינו כדי להוות סכנה לקיומם של כדור הארץ או מערכת השמש. למרות המספר הגדול של מקורות רנטגן קומפקטיים (ואלה המועמדים הסבירים ביותר למציאת חורים שחורים שם), איננו בטוחים שהם אכן מכילים חורים שחורים. היחיד מבין המקורות הללו שאין לו גרסה חלופית הוא ה-Cygnus X-1 הקרוב, כלומר מקור קרני הרנטגן הבהיר ביותר בקבוצת הכוכבים Cygnus.

כוכבים מסיביים

מערכת זו, עם תקופת מסלול של 5.6 ימים, מורכבת מכוכב כחול בוהק מאוד בגודל גדול (קוטרו פי 20 מזו של השמש, והמסה שלו היא בערך פי 30), שניתן להבחין בקלות אפילו בטלסקופ שלך, וכן כוכב שני בלתי נראה, המסה המוערכת במספר מסות שמש (עד 10). ממוקם במרחק של 6500 שנות אור מאיתנו, הכוכב השני היה נראה לחלוטין אם היה כוכב רגיל. אי הנראות שלו, קרני הרנטגן החזקות של המערכת ולבסוף הערכת המסה שלה הובילו את רוב האסטרונומים להאמין שזו הגילוי המאושר הראשון של חור שחור כוכבי.

ספקות

עם זאת, יש גם ספקנים. ביניהם אחד מחוקרי החורים השחורים הגדולים, הפיזיקאי סטיבן הוקינג. הוא אפילו עשה הימור עם עמיתו האמריקאי קיל ת'ורן, תומך נלהב בסיווג של Cygnus X-1 כחור שחור.

המחלוקת על אופיו של האובייקט Cygnus X-1 אינה ההימור היחיד של הוקינג. לאחר שהקדיש כמה עשורים למחקרים תיאורטיים של חורים שחורים, הוא השתכנע בשגיאה של רעיונותיו הקודמים לגבי החפצים המסתוריים הללו.בפרט, הוקינג הניח שחומר לאחר נפילה לתוך חור שחור נעלם לנצח, ואיתו כל מטען המידע שלו נעלם . הוא היה כל כך בטוח בכך שהוא התערב בנושא זה ב-1997 עם עמיתו האמריקאי ג'ון פרסקיל.

מודה בטעות

ב-21 ביולי 2004, בנאומו בקונגרס היחסות בדבלין, הודה הוקינג שפרסקיל צדק. חורים שחורים אינם מובילים להיעלמות מוחלטת של החומר. יתר על כן, יש להם סוג מסוים של "זיכרון". בתוכם עשויים בהחלט להיות מאוחסנים עקבות של מה שהם ספגו. לפיכך, על ידי "אידוי" (כלומר, פליטת קרינה לאט בגלל האפקט הקוונטי), הם יכולים להחזיר את המידע הזה ליקום שלנו.

חורים שחורים בגלקסיה

לאסטרונומים עדיין יש ספקות רבים לגבי נוכחותם של חורים שחורים כוכביים בגלקסיה שלנו (כמו זה ששייך למערכת הבינארית Cygnus X-1); אבל יש הרבה פחות ספק לגבי חורים שחורים סופר מסיביים.

במרכז

יש לפחות חור שחור סופר מסיבי אחד בגלקסיה שלנו. מקורו, המכונה מזל קשת A*, ממוקם בדיוק במרכז המישור של שביל החלב. שמו מוסבר על ידי העובדה שהוא מקור הרדיו החזק ביותר בקבוצת הכוכבים קשת. בכיוון זה נמצאים המרכז הגיאומטרי והפיזי של המערכת הגלקטית שלנו. נמצא במרחק של כ-26,000 שנות אור מאיתנו, חור שחור סופר מסיבי הקשור למקור גלי הרדיו, מזל קשת A *, בעל מסה המוערכת בכ-4 מיליון מסות שמש, הכלולים בחלל שנפחו דומה. לנפח מערכת השמש. קרבתו היחסית אלינו (החור השחור הסופר-מאסיבי הזה הוא ללא ספק הקרוב ביותר לכדור הארץ) גרמה לעצם לעבור בדיקה מעמיקה במיוחד של מצפה החלל צ'אנדרה בשנים האחרונות. התברר, במיוחד, שהוא גם מקור רב עוצמה לקרני רנטגן (אך לא חזק כמו מקורות בגרעינים גלקטיים פעילים). מזל קשת A* עשוי להיות השריד הרדום של מה שהיה הליבה הפעילה של הגלקסיה שלנו לפני מיליוני או מיליארדי שנים.

חור שחור שני?

עם זאת, כמה אסטרונומים מאמינים שיש הפתעה נוספת בגלקסיה שלנו. אנחנו מדברים על חור שחור שני בעל מסה ממוצעת, המחזיק יחד צביר של כוכבים צעירים ולא מאפשר להם ליפול לתוך חור שחור סופר מסיבי הממוקם במרכז הגלקסיה עצמה. איך יכול להיות שבמרחק של פחות משנת אור אחת ממנו יכול להיות צביר כוכבים שגילו הגיע בקושי ל-10 מיליון שנה, כלומר, בסטנדרטים אסטרונומיים, צעיר מאוד? לדברי החוקרים, התשובה נעוצה בעובדה שהצביר לא נולד שם (הסביבה סביב החור השחור המרכזי עוינת מדי להיווצרות כוכבים), אלא "נמשך" לשם עקב קיומו של חור שחור שני בתוכו. זה, שיש לו מסה של ערכים ממוצעים.

במסלול

הכוכבים הבודדים של הצביר, שנמשכו על ידי החור השחור העל-מסיבי, החלו לעבור לכיוון המרכז הגלקטי. עם זאת, במקום להתפזר בחלל, הם נשארים יחד בשל המשיכה של חור שחור שני הממוקם במרכז הצביר. ניתן להעריך את המסה של החור השחור הזה על פי יכולתו להחזיק צביר כוכבים שלם "ברצועה". נראה שחור שחור בגודל בינוני מסתובב סביב החור השחור המרכזי בעוד כ-100 שנים. המשמעות היא שתצפיות ארוכות טווח לאורך שנים רבות יאפשרו לנו "לראות" זאת.

« מדע בדיוני יכול להיות שימושי - הוא מגרה את הדמיון ומפיג את הפחד מהעתיד. עם זאת, העובדות המדעיות יכולות להיות הרבה יותר בולטות. המדע הבדיוני אפילו לא דמיין דברים כמו חורים שחורים.»
סטיבן הוקינג

במעמקי היקום עבור האדם טמונים אינספור תעלומות ותעלומות. אחד מהם הוא חורים שחורים - חפצים שאפילו המוחות הגדולים ביותר של האנושות אינם יכולים להבין. מאות אסטרופיזיקאים מנסים לגלות את טבעם של חורים שחורים, אך בשלב זה אפילו לא הוכחנו את קיומם בפועל.

במאי קולנוע מקדישים להם את סרטיהם, ובקרב אנשים רגילים הפכו חורים שחורים לתופעת פולחן עד כדי כך שהם מזוהים עם סוף העולם והמוות הממשמש ובא. מפחדים ושנואים אותם, אך בו בזמן הם זוכים לאלילים ומשתחווים בפני הלא נודע, שהרסיסי היקום המוזרים הללו מלאים בו. מסכים, להיבלע על ידי חור שחור זה סוג כזה של רומנטיקה. בעזרתם זה אפשרי, והם גם יכולים להפוך לנו למדריכים.

העיתונות הצהובה משערת לעתים קרובות על הפופולריות של חורים שחורים. מציאת כותרות בעיתונים הקשורות לסוף העולם על הפלנטה עקב התנגשות נוספת עם חור שחור סופר מסיבי אינה בעיה. הרבה יותר גרוע הוא שהחלק האנאלפביתי באוכלוסייה לוקח הכל ברצינות ומעורר בהלה של ממש. כדי להביא קצת בהירות, נצא למסע אל מקורות גילוי החורים השחורים וננסה להבין מה זה ואיך להתייחס אליו.

כוכבים בלתי נראים

כך קרה שפיזיקאים מודרניים מתארים את מבנה היקום שלנו בעזרת תורת היחסות, שאיינשטיין סיפק בקפידה לאנושות בתחילת המאה ה-20. על אחת כמה וכמה חורים שחורים, שבאופק האירועים שלהם כל חוקי הפיזיקה המוכרים לנו, כולל התיאוריה של איינשטיין, מפסיקים לפעול. האין זה נפלא? בנוסף, ההשערה בדבר קיומם של חורים שחורים באה לידי ביטוי הרבה לפני לידתו של איינשטיין עצמו.

בשנת 1783 חלה עלייה משמעותית בפעילות המדעית באנגליה. באותם ימים המדע הלך זה לצד זה עם הדת, הם הסתדרו היטב יחד, ומדענים כבר לא נחשבו ככופרים. יתר על כן, כמרים עסקו במחקר מדעי. אחד ממשרתי האל הללו היה הכומר האנגלי ג'ון מישל, ששאל את עצמו לא רק שאלות חיים, אלא גם משימות מדעיות למדי. מישל היה מדען בעל תואר מאוד: בתחילה הוא היה מורה למתמטיקה ולבלשנות עתיקה באחד הקולג'ים, ולאחר מכן התקבל לחברה המלכותית של לונדון עבור מספר תגליות.

ג'ון מישל עסק בסימולוגיה, אבל בזמנו הפנוי הוא אהב לחשוב על הנצח ועל הקוסמוס. כך הוא הגה את הרעיון שאיפשהו במעמקי היקום עשויים להתקיים גופים סופר-מסיביים בעלי כוח כבידה כה עוצמתי, שכדי להתגבר על כוח הכבידה של גוף כזה, יש צורך לנוע במהירות השווה ל- או גבוה ממהירות האור. אם נקבל תיאוריה כזו כנכונה, אז אפילו האור לא יוכל לפתח את המהירות הקוסמית השנייה (המהירות הדרושה כדי להתגבר על המשיכה הכבידה של הגוף העוזב), ולכן גוף כזה יישאר בלתי נראה לעין בלתי מזוינת.

מישל כינה את התיאוריה החדשה שלו "כוכבים אפלים", ובמקביל ניסה לחשב את המסה של עצמים כאלה. הוא הביע את מחשבותיו בעניין זה במכתב פתוח לחברה המלכותית של לונדון. לרוע המזל, באותם ימים, מחקר כזה לא היה בעל ערך מיוחד למדע, ולכן המכתב של מישל נשלח לארכיון. רק מאתיים שנה מאוחר יותר, במחצית השנייה של המאה ה-20, הוא נמצא בין אלפי רשומות אחרות שאוחסנו בקפידה בספרייה העתיקה.

ההוכחה המדעית הראשונה לקיומם של חורים שחורים

לאחר פרסום תורת היחסות הכללית של איינשטיין, מתמטיקאים ופיזיקאים החלו ברצינות לפתור את המשוואות שהציג המדען הגרמני, שהיו אמורות לספר לנו הרבה על מבנה היקום. האסטרונום הגרמני, הפיזיקאי קרל שוורצשילד החליט לעשות את אותו הדבר ב-1916.

המדען, באמצעות חישוביו, הגיע למסקנה כי קיומם של חורים שחורים אפשרי. הוא גם היה הראשון שתיאר את מה שכונה מאוחר יותר הביטוי הרומנטי "אופק אירועים" - גבול דמיוני של מרחב-זמן בחור שחור, שלאחר חצייתו מגיעה נקודת אל-חזור. שום דבר לא בורח מאופק האירועים, אפילו לא אור. מעבר לאופק האירועים מתרחשת מה שמכונה "סינגולריות", שבה חוקי הפיזיקה המוכרים לנו מפסיקים לפעול.

בעודו ממשיך לפתח את התיאוריה שלו ולפתור משוואות, גילה שוורצשילד סודות חדשים של חורים שחורים לעצמו ולעולם. אז, הוא הצליח לחשב, אך ורק על הנייר, את המרחק ממרכזו של חור שחור, שבו מרוכזת המסה שלו, ועד לאופק האירועים. שוורצשילד כינה את המרחק הזה רדיוס הכבידה.

למרות העובדה שמבחינה מתמטית הפתרונות של שוורצשילד היו נכונים בצורה יוצאת דופן ולא ניתן היה להפריך אותם, הקהילה המדעית של תחילת המאה ה-20 לא יכלה לקבל מיד תגלית מזעזעת שכזו, וקיומם של חורים שחורים נמחק כפנטזיה, שמדי פעם באה לידי ביטוי בתורת היחסות. במשך חמש עשרה השנים הבאות, חקר המרחב לנוכחות חורים שחורים היה איטי, ורק כמה חסידים של התיאוריה של הפיזיקאי הגרמני עסקו בו.

כוכבים שמולידים חושך

לאחר שהמשוואות של איינשטיין פורקו, הגיע הזמן להשתמש במסקנות שהוסקו כדי להבין את מבנה היקום. בפרט, בתורת התפתחות הכוכבים. זה לא סוד ששום דבר בעולם שלנו לא נמשך לנצח. אפילו לכוכבים יש מחזור חיים משלהם, אם כי ארוך יותר מאדם.

אחד המדענים הראשונים שהתעניינו ברצינות באבולוציה של כוכבים היה האסטרופיזיקאי הצעיר סוברמניאן צ'נדראסקהאר, יליד הודו. ב-1930 הוא פרסם עבודה מדעית שתיארה את המבנה הפנימי לכאורה של כוכבים, כמו גם את מחזור החיים שלהם.

כבר בתחילת המאה ה-20, מדענים ניחשו על תופעה כזו כמו התכווצות כבידה (קריסת כבידה). בשלב מסוים בחייו, כוכב מתחיל להתכווץ בקצב אדיר בהשפעת כוחות הכבידה. ככלל, זה קורה ברגע מותו של כוכב, עם זאת, עם קריסת כבידה, ישנן מספר דרכים לקיומו נוסף של כדור אדום לוהט.

המפקח של צ'נדרסכר, ראלף פאולר, פיזיקאי תיאורטי מכובד בזמנו, הציע שבמהלך קריסת כבידה, כל כוכב הופך לכוכב קטן וחם יותר - ננס לבן. אבל התברר שהתלמיד "שבר" את התיאוריה של המורה, שהייתה שותפה לרוב הפיזיקאים בתחילת המאה הקודמת. על פי עבודתו של הינדי צעיר, מותו של כוכב תלוי במסה הראשונית שלו. לדוגמה, רק אותם כוכבים שמסתם אינה עולה על פי 1.44 ממסת השמש יכולים להפוך לננסים לבנים. מספר זה נקרא גבול צ'נדראסקהאר. אם מסת הכוכב עברה את הגבול הזה, אז הוא מת בצורה שונה לחלוטין. בתנאים מסוימים, כוכב כזה בזמן המוות יכול להיוולד מחדש לכוכב נויטרונים חדש - עוד תעלומה של היקום המודרני. תורת היחסות, לעומת זאת, אומרת לנו עוד אפשרות אחת - דחיסת כוכב לערכים קטנים במיוחד, וכאן מתחילה המעניינת ביותר.

ב-1932 הופיע מאמר באחד מכתבי העת המדעיים בו הציע הפיזיקאי המבריק מברית המועצות לב לנדאו שבמהלך הקריסה, כוכב על-מסיבי נדחס לנקודה בעלת רדיוס אינסופי ומסה אינסופית. למרות העובדה שאירוע כזה קשה מאוד לדמיין מנקודת מבטו של אדם לא מוכן, לנדאו לא היה רחוק מהאמת. הפיזיקאי גם הציע שלפי תורת היחסות, כוח הכבידה בנקודה כזו יהיה כה גדול עד שיתחיל לעוות את המרחב-זמן.

אסטרופיזיקאים אהבו את התיאוריה של לנדאו, והם המשיכו לפתח אותה. ב-1939, באמריקה, הודות למאמצים של שני פיזיקאים - רוברט אופנהיימר והארטלנד סניידר - הופיעה תיאוריה המתארת ​​בפירוט כוכב סופר-מסיבי בזמן הקריסה. כתוצאה מאירוע כזה, היה צריך להופיע חור שחור אמיתי. למרות שכנוע הטיעונים, מדענים המשיכו להכחיש את האפשרות של קיומם של גופים כאלה, כמו גם את הפיכתם של כוכבים אליהם. אפילו איינשטיין התרחק מהרעיון הזה, מתוך אמונה שהכוכב אינו מסוגל לבצע טרנספורמציות פנומנליות כאלה. פיזיקאים אחרים לא היו קמצנים בהצהרותיהם, וכינו את האפשרות של אירועים כאלה מגוחכת.
עם זאת, המדע תמיד מגיע לאמת, אתה רק צריך לחכות קצת. וכך זה קרה.

העצמים הבהירים ביותר ביקום

העולם שלנו הוא אוסף של פרדוקסים. לפעמים מתקיימים בו דברים דו-קיום, שהדו-קיום שלהם נוגד כל היגיון. לדוגמה, המונח "חור שחור" לא ישויך באדם רגיל לביטוי "בהיר להפליא", אבל הגילוי של תחילת שנות ה-60 של המאה הקודמת אפשר למדענים לשקול אמירה זו לא נכונה.

בעזרת טלסקופים הצליחו אסטרופיזיקאים לזהות עצמים לא ידועים עד כה בשמים זרועי הכוכבים, שהתנהגו בצורה מוזרה למדי למרות העובדה שהם נראו כמו כוכבים רגילים. בחן את המאורות המוזרים הללו, המדען האמריקאי מרטין שמידט הפנה את תשומת הלב לספקטרוגרפיה שלהם, שהנתונים שלהם הראו תוצאות שונות מסריקת כוכבים אחרים. במילים פשוטות, הכוכבים האלה לא היו כמו האחרים שאנחנו רגילים אליהם.

לפתע התחוור לשמידט, והוא הפנה את תשומת הלב לשינוי הספקטרום בטווח האדום. התברר שהעצמים האלה הרבה יותר רחוקים מאיתנו מהכוכבים שאנחנו רגילים לראות בשמים. לדוגמה, העצם שנצפה על ידי שמידט נמצא במרחק של שניים וחצי מיליארד שנות אור מכוכב הלכת שלנו, אבל זהר בבהירות כמו כוכב במרחק של כמאה שנות אור. מסתבר שהאור מעצם אחד כזה דומה לבהירות של גלקסיה שלמה. גילוי זה היה פריצת דרך אמיתית באסטרופיזיקה. המדען כינה את העצמים הללו "כמו-כוכבים" או פשוט "קוואזאר".

מרטין שמידט המשיך לחקור חפצים חדשים וגילה שזוהר כה בהיר יכול להיגרם רק מסיבה אחת - הצטברות. צבירה היא תהליך קליטת החומר הסובב על ידי גוף סופר מסיבי בעזרת כוח הכבידה. המדען הגיע למסקנה שבמרכז הקוואזרים יש חור שחור ענק, שבכוח מדהים שואב לתוכו את החומר המקיף אותו בחלל. בתהליך ספיגת החומר על ידי החור, החלקיקים מואצים למהירויות אדירות ומתחילים לזהור. הכיפה הזוהרת המיוחדת סביב חור שחור נקראת דיסק צבירה. ההדמיה שלו הודגמה היטב בסרטו של כריסטופר נולאן "בין כוכבים", שהוליד שאלות רבות "איך יכול חור שחור לזהור?".

עד כה, מדענים מצאו אלפי קוואזרים בשמים זרועי הכוכבים. העצמים המוזרים והבהירים להפליא נקראים משואות היקום. הם מאפשרים לנו לדמיין את מבנה הקוסמוס קצת יותר טוב ולהתקרב לרגע שממנו הכל התחיל.

למרות העובדה שאסטרופיזיקאים משיגים ראיות עקיפות לקיומם של עצמים בלתי נראים סופר מסיביים ביקום במשך שנים רבות, המונח "חור שחור" לא היה קיים עד 1967. כדי להימנע משמות מסובכים, הציע הפיזיקאי האמריקני ג'ון ארצ'יבלד וילר לקרוא לאובייקטים כאלה "חורים שחורים". למה לא? במידה מסוימת הם שחורים, כי אנחנו לא יכולים לראות אותם. בנוסף, הם מושכים הכל, אתה יכול ליפול לתוכם, ממש כמו בחור אמיתי. ולצאת ממקום כזה על פי חוקי הפיזיקה המודרניים זה פשוט בלתי אפשרי. עם זאת, סטיבן הוקינג טוען שכאשר נוסע דרך חור שחור, אתה יכול להיכנס ליקום אחר, לעולם אחר, וזוהי התקווה.

פחד מהאינסוף

בשל המסתורין והרומנטיזציה המוגזמת של חורים שחורים, החפצים הללו הפכו לסיפור אימה אמיתי בקרב אנשים. העיתונות הצהובה אוהבת לשער על האנאלפביתיות של האוכלוסייה, ומפרסמת סיפורים מדהימים על איך חור שחור ענק נע לעבר כדור הארץ שלנו, שיבלע את מערכת השמש תוך מספר שעות, או פשוט יפלוט גלים של גז רעיל לכיוון שלנו. כוכב לכת.

פופולרי במיוחד הוא הנושא של השמדת כוכב הלכת בעזרת מאיץ ההדרונים הגדול, שנבנה באירופה ב-2006 בשטח המועצה האירופית למחקר גרעיני (CERN). גל הפאניקה התחיל כבדיחה מטופשת של מישהו, אבל גדל כמו כדור שלג. מישהו התחיל בשמועה שעלול להיווצר חור שחור במאיץ החלקיקים של המתנגש, שיבלע כליל את כוכב הלכת שלנו. כמובן, האנשים הממורמרים החלו לדרוש איסור על ניסויים ב-LHC, מפחדים מתוצאה כזו. לבית המשפט האירופי החלו להגיע תביעות בדרישה לסגור את המתנגש, והמדענים שיצרו אותו להיענש במלוא היקף החוק.

למעשה, פיזיקאים אינם מכחישים שכאשר חלקיקים מתנגשים במתאיץ האדרון הגדול, יכולים להופיע עצמים הדומים בתכונותיהם לחורים שחורים, אך גודלם הוא ברמה של גדלי החלקיקים היסודיים, ו"חורים" כאלה קיימים לזמן כה קצר. שאנחנו אפילו לא יכולים לתעד את התרחשותם.

אחד המומחים המרכזיים שמנסים להפיג את גל הבורות בפני אנשים הוא סטיבן הוקינג - הפיזיקאי התיאורטי המפורסם, אשר יתר על כן, נחשב ל"גורו" אמיתי בכל הנוגע לחורים שחורים. הוקינג הוכיח שחורים שחורים לא תמיד סופגים את האור המופיע בדיסקות הצבירה, וחלקו מפוזר בחלל. תופעה זו כונתה קרינת הוקינג, או אידוי חור שחור. הוקינג גם קבע קשר בין גודלו של חור שחור לבין קצב "האידוי" שלו – ככל שהוא קטן יותר, כך הוא קיים פחות בזמן. וזה אומר שכל המתנגדים למאיץ ההדרונים הגדול לא צריכים לדאוג: חורים שחורים בו לא יוכלו להתקיים אפילו למיליונית השנייה.

תיאוריה לא הוכחה בפועל

למרבה הצער, הטכנולוגיות של האנושות בשלב זה של התפתחות אינן מאפשרות לנו לבדוק את רוב התיאוריות שפותחו על ידי אסטרופיזיקאים ומדענים אחרים. מצד אחד, קיומם של חורים שחורים מוכח בצורה משכנעת למדי על הנייר ומוסק באמצעות נוסחאות שבהן הכל התכנס עם כל משתנה. מצד שני, בפועל עוד לא הספקנו לראות במו עינינו חור שחור אמיתי.

למרות כל חילוקי הדעות, פיסיקאים מציעים שבמרכז כל אחת מהגלקסיות ישנו חור שחור סופר מסיבי, שאוסף כוכבים לצבירים בעזרת כוח המשיכה שלו וגורם לכם לטייל ברחבי היקום בחברה גדולה וידידותית. בגלקסיית שביל החלב שלנו, על פי הערכות שונות, ישנם בין 200 ל-400 מיליארד כוכבים. כל הכוכבים האלה סובבים סביב משהו שיש לו מסה עצומה, סביב משהו שאנחנו לא יכולים לראות בטלסקופ. סביר להניח שזה חור שחור. האם היא צריכה לפחד? - לא, לפחות לא במיליארדי השנים הקרובות, אבל אנחנו יכולים לעשות עליה עוד סרט מעניין.

חורים שחורים - אולי האובייקטים האסטרונומיים המסתוריים והחידתיים ביותר ביקום שלנו, משכו את תשומת לבם של מבינים ומסעירים את דמיונם של סופרי מדע בדיוני מאז גילוים. מהם חורים שחורים ואיך הם נראים? חורים שחורים הם כוכבים כבויים, בשל המאפיינים הפיזיים שלהם, בעלי צפיפות כה גבוהה וכוח משיכה כה רב עוצמה, שאפילו אור אינו יכול לברוח מהם.

ההיסטוריה של גילוי החורים השחורים

בפעם הראשונה, קיומם התיאורטי של חורים שחורים, הרבה לפני גילוים בפועל, הוצע על ידי מישהו ד' מישל (כומר אנגלי מיורקשייר, שחובב אסטרונומיה בשעות הפנאי שלו) עוד ב-1783. לפי החישובים שלו, אם ניקח את שלנו ונדחוס אותו (במונחי מחשב מודרניים, ארכיון אותו) לרדיוס של 3 ק"מ, נוצר כוח כבידה כל כך גדול (רק עצום), שאפילו אור לא יכול לצאת ממנו. כך הופיע המושג "חור שחור", למרות שלמעשה הוא אינו שחור כלל, לדעתנו המונח "חור אפל" יתאים יותר, כי דווקא היעדר אור מתרחש.

מאוחר יותר, ב-1918, כתב המדען הגדול אלברט איינשטיין על נושא החורים השחורים בהקשר של תורת היחסות. אבל רק ב-1967, באמצעות מאמציו של האסטרופיזיקאי האמריקאי ג'ון ווילר, הרעיון של חורים שחורים זכה סוף סוף למקום בחוגים אקדמיים.

כך או כך, גם ד' מישל וגם אלברט איינשטיין וג'ון ווילר בעבודותיהם הניחו רק את קיומם התיאורטי של העצמים השמימיים המסתוריים הללו בחלל החיצון, אולם הגילוי האמיתי של חורים שחורים התרחש בשנת 1971, זה היה אז הם הבחינו לראשונה בחלל. טלסקופ.

כך נראה חור שחור.

איך נוצרים חורים שחורים בחלל?

כפי שאנו יודעים מהאסטרופיזיקה, לכל הכוכבים (כולל השמש שלנו) יש כמות מוגבלת של דלק. ולמרות שחייו של כוכב יכולים להימשך מיליארדי שנות אור, במוקדם או במאוחר אספקת דלק מותנית זו מסתיימת, והכוכב "כבה". תהליך ה"הכחדה" של כוכב מלווה בתגובות אינטנסיביות, שבמהלכן הכוכב עובר טרנספורמציה משמעותית ובהתאם לגודלו יכול להפוך לננס לבן, לכוכב נויטרונים או לחור שחור. יתרה מכך, הכוכבים הגדולים ביותר, בעלי ממדים מרשימים להפליא, הופכים בדרך כלל לחור שחור - עקב דחיסת הגדלים המדהימים הללו, מתרבים המסה וכוח הכבידה של החור השחור החדש שנוצר, שהופך למעין ואקום גלקטי מנקה - סופג הכל וכל מה שמסביבו.

חור שחור בולע כוכב.

הערה קטנה - השמש שלנו, בסטנדרטים גלקטיים, אינה כוכב גדול כלל, ולאחר דהייה, שתתרחש בעוד ככמה מיליארדי שנים, סביר להניח שהיא לא תהפוך לחור שחור.

אבל בואו נהיה כנים אתכם - כיום, מדענים עדיין לא יודעים את כל המורכבויות של היווצרות חור שחור, ללא ספק, זהו תהליך אסטרופיזי מורכב ביותר, שבעצמו יכול להימשך מיליוני שנות אור. למרות שניתן להתקדם בכיוון זה, מתרחש הגילוי והמחקר הבא של מה שנקרא חורים שחורים ביניים, כלומר כוכבים הנמצאים במצב של הכחדה, שבו מתבצע התהליך הפעיל של יצירת חור שחור. . אגב, כוכב דומה התגלה על ידי אסטרונומים ב-2014 בזרועה של גלקסיה ספירלית.

כמה חורים שחורים קיימים ביקום

על פי התיאוריות של מדענים מודרניים, עשויים להיות עד מאות מיליוני חורים שחורים בגלקסיית שביל החלב שלנו. אולי יש לא פחות מהם בגלקסיה שלידנו, שאליה אין מה לעוף משביל החלב שלנו - 2.5 מיליון שנות אור.

התיאוריה של חורים שחורים

למרות המסה העצומה (שגדולה מאות אלפי מונים מהמסה של השמש שלנו) וחוזקה המדהים של כוח הכבידה, לא היה קל לראות חורים שחורים דרך טלסקופ, כי הם אינם פולטים אור כלל. מדענים הצליחו להבחין בחור שחור רק ברגע ה"ארוחה" שלו - בליעה של כוכב אחר, ברגע זה מופיעה קרינה אופיינית, שכבר ניתן לצפות בה. לפיכך, תיאוריית החורים השחורים מצאה אישור ממשי.

מאפיינים של חורים שחורים

המאפיין העיקרי של חור שחור הוא שדות הכבידה המדהימים שלו, שאינם מאפשרים למרחב ולזמן שמסביב להישאר במצבם הרגיל. כן, שמעתם נכון, הזמן בתוך חור שחור זורם הרבה פעמים לאט מהרגיל, ואם הייתם שם, ואז חוזרים חזרה (אם היה לכם כל כך בר מזל, כמובן) תופתעו לשים לב שחלפו מאות שנים על כדור הארץ, ואפילו לא תזדקן יהיה לך זמן. למרות שבוא נהיה כנים, אם הייתם בתוך חור שחור, בקושי הייתם שורדים, שכן כוח הכבידה שם הוא כזה שכל חפץ חומרי פשוט היה נקרע, אפילו לא לחלקים, לאטומים.

אבל אם הייתם אפילו קרובים לחור שחור, בגבולות שדה הכבידה שלו, אז גם אתם הייתם מתקשים, כי ככל שהתנגדתם לכוח המשיכה שלו, מנסים לעוף משם, כך הייתם נופלים לתוכו מהר יותר. הסיבה לפרדוקס לכאורה זה היא שדה מערבולת הכבידה, אשר לכל החורים השחורים יש.

מה אם אדם נופל לתוך חור שחור

אידוי של חורים שחורים

האסטרונום האנגלי ס' הוקינג גילה עובדה מעניינת: גם חורים שחורים, מסתבר, פולטים אידוי. נכון, זה חל רק על חורים בעלי מסה קטנה יחסית. כוח הכבידה העוצמתי סביבם יוצר זוגות של חלקיקים ואנטי-חלקיקים, אחד מהזוג נמשך פנימה על ידי החור, והשני נפלט החוצה. לפיכך, חור שחור מקרין אנטי-חלקיקים קשים וקרני גמא. האידוי או הקרינה הזו מחור שחור נקראה על שם המדען שגילה אותו - "קרינת הוקס".

החור השחור הגדול ביותר

לפי תורת החורים השחורים, במרכז כמעט כל הגלקסיות יש חורים שחורים ענקיים עם מסות של כמה מיליונים עד כמה מיליארדי מסות שמש. ולאחרונה יחסית, מדענים גילו את שני החורים השחורים הגדולים ביותר הידועים עד כה, הם נמצאים בשתי גלקסיות סמוכות: NGC 3842 ו-NGC 4849.

NGC 3842 היא הגלקסיה המוארת ביותר בקבוצת הכוכבים אריה, הממוקמת במרחק של 320 מיליון שנות אור מאיתנו. במרכזו יש חור שחור ענק במסה של 9.7 מיליארד מסות שמש.

NGC 4849 היא גלקסיה בצביר תרדמה, במרחק של 335 מיליון שנות אור, ומתהדרת בחור שחור מרשים לא פחות.

אזורי הפעולה של שדה הכבידה של חורים שחורים ענקיים אלה, או במונחים אקדמיים, אופק האירועים שלהם, הוא בערך פי 5 מהמרחק מהשמש אל! חור שחור כזה יאכל את מערכת השמש שלנו ואפילו לא נחנק.

החור השחור הקטן ביותר

אבל יש נציגים קטנים מאוד במשפחה העצומה של החורים השחורים. אז החור השחור הננסי ביותר שהתגלה על ידי מדענים כרגע במסה שלו הוא רק פי 3 מהמסה של השמש שלנו. למעשה, זהו המינימום התיאורטי הדרוש להיווצרות חור שחור, אם הכוכב הזה היה קצת יותר קטן, החור לא היה נוצר.

חורים שחורים הם קניבלים

כן, יש תופעה כזו, כפי שכתבנו למעלה, חורים שחורים הם מעין "שואבי אבק גלקטיים" שסופגים את כל מה שמסביבם, כולל... חורים שחורים אחרים. לאחרונה, אסטרונומים גילו שחור שחור מגלקסיה אחת נאכל על ידי גרגרן שחור גדול אחר מגלקסיה אחרת.

• לפי ההשערות של כמה מדענים, חורים שחורים הם לא רק שואבי אבק גלקטיים ששואבים הכל לתוך עצמם, אלא בנסיבות מסוימות הם עצמם יכולים ליצור יקומים חדשים.
• חורים שחורים יכולים להתאדות עם הזמן. כתבנו למעלה שהתגלה על ידי המדען האנגלי סטיבן הוקינג שלחורים שחורים יש תכונה של קרינה, ואחרי פרק זמן ארוך מאוד, כשאין מה לספוג מסביב, החור השחור יתחיל להתאדות יותר, עד שבסופו של דבר. הוא מוותר על כל המסה שלו לחלל שמסביב. למרות שזו רק הנחה, השערה.
• חורים שחורים מאטים את הזמן ומכופפים את המרחב. כבר כתבנו על הרחבת הזמן, אבל החלל בתנאים של חור שחור יהיה מעוקל לחלוטין.
• חורים שחורים מגבילים את מספר הכוכבים ביקום. כלומר, שדות הכבידה שלהם מונעים את התקררותם של ענני גז בחלל, שמהם, כידוע, נולדים כוכבים חדשים.

חורים שחורים בערוץ דיסקברי, וידאו

ולסיכום, אנו מציעים לכם סרט תיעודי מדעי מעניין על חורים שחורים מערוץ דיסקברי.