Paslaptingos ir sunkiai suvokiamos juodosios skylės. Fizikos dėsniai patvirtina jų egzistavimo visatoje galimybę, tačiau vis dar lieka daug klausimų. Daugybė stebėjimų rodo, kad visatoje yra skylių ir šių objektų yra daugiau nei milijonas.
Kas yra juodosios skylės?
Dar 1915 m., sprendžiant Einšteino lygtis, buvo prognozuojamas toks reiškinys kaip „juodosios skylės“. Tačiau mokslo bendruomenė jais susidomėjo tik 1967 m. Tada jos buvo vadinamos „sugriuvusiomis žvaigždėmis“, „užšalusiomis žvaigždėmis“.
Dabar juodoji skylė vadinama laiko ir erdvės sritimi, kuri turi tokią gravitaciją, kad iš jos negali išeiti net šviesos spindulys.
Kaip susidaro juodosios skylės?
Yra keletas juodųjų skylių atsiradimo teorijų, kurios skirstomos į hipotetines ir realistines. Paprasčiausia ir plačiausiai paplitusi realistinė teorija yra didelių žvaigždžių gravitacinio žlugimo teorija.
Kai pakankamai masyvi žvaigždė prieš „mirtį“ išauga ir tampa nestabili, sunaudodama paskutinį kurą. Tuo pačiu metu žvaigždės masė išlieka nepakitusi, tačiau jos dydis mažėja, kai vyksta vadinamasis tankinimas. Kitaip tariant, tankinimo metu sunkus branduolys „įkrenta“ į save. Lygiagrečiai sutankinimas sukelia staigų temperatūros padidėjimą žvaigždės viduje, o išoriniai dangaus kūno sluoksniai yra nuplėšiami, iš jų susidaro naujos žvaigždės. Tuo pačiu metu žvaigždės centre - šerdis patenka į savo „centrą“. Dėl gravitacinių jėgų veikimo centras subyra į tašką - tai yra, gravitacinės jėgos yra tokios stiprios, kad sugeria sutankintą šerdį. Taip gimsta juodoji skylė, kuri ima iškraipyti erdvę ir laiką, kad iš jos negali ištrūkti net šviesa.
Visų galaktikų centruose yra supermasyvi juodoji skylė. Pagal Einšteino reliatyvumo teoriją:
"Bet kokia masė iškreipia erdvę ir laiką."
Dabar įsivaizduokite, kiek juodoji skylė iškreipia laiką ir erdvę, nes jos masė didžiulė ir kartu suspausta į itin mažą tūrį. Dėl šio gebėjimo atsiranda tokia keistenybė:
„Juodosios skylės turi galimybę praktiškai sustabdyti laiką ir suspausti erdvę. Dėl šio stipraus iškraipymo skylės mums tampa nematomos.
Jei juodosios skylės nematomos, kaip mes žinome, kad jos egzistuoja?
Taip, nors juodoji skylė yra nematoma, ji turėtų būti pastebima dėl į ją patenkančios medžiagos. Kaip ir žvaigždžių dujos, kurias pritraukia juodoji skylė, artėjant prie įvykių horizonto, dujų temperatūra pradeda kilti iki itin aukštų verčių, o tai lemia švytėjimą. Štai kodėl juodosios skylės šviečia. Dėl to, nors ir silpno švytėjimo, astronomai ir astrofizikai aiškina, kad galaktikos centre yra nedidelio tūrio, bet didžiulės masės objektas. Šiuo metu, atlikus stebėjimus, buvo aptikta apie 1000 objektų, kurie savo elgesiu yra panašūs į juodąsias skyles.
Juodosios skylės ir galaktikos
Kaip juodosios skylės gali paveikti galaktikas? Šis klausimas kankina mokslininkus visame pasaulyje. Yra hipotezė, pagal kurią juodosios skylės, esančios galaktikos centre, turi įtakos jos formai ir evoliucijai. Ir kad susidūrus dviem galaktikoms juodosios skylės susilieja ir šio proceso metu išmetamas toks didžiulis energijos ir medžiagos kiekis, kad susidaro naujos žvaigždės.
Juodųjų skylių tipai
- Remiantis esama teorija, yra trijų tipų juodosios skylės: žvaigždinės, supermasyvios, miniatiūrinės. Ir kiekvienas iš jų buvo suformuotas ypatingu būdu.
- - Žvaigždžių masės juodosios skylės išauga iki milžiniškų dydžių ir griūva.
- Supermasyvios juodosios skylės, kurių masė prilygsta milijonams saulių, labai tikėtina, kad egzistuoja beveik visų galaktikų centruose, įskaitant mūsų Paukščių Taką. Mokslininkai vis dar turi skirtingas hipotezes dėl supermasyvių juodųjų skylių susidarymo. Kol kas žinoma tik viena – supermasyvios juodosios skylės yra šalutinis galaktikų susidarymo produktas. Supermasyvios juodosios skylės – nuo įprastų skiriasi tuo, kad yra labai didelio dydžio, bet paradoksaliai mažo tankio. - – Dar niekam nepavyko aptikti miniatiūrinės juodosios skylės, kurios masė būtų mažesnė už Saulės. Gali būti, kad miniatiūrinės skylės galėjo susidaryti netrukus po „Didžiojo sprogimo“, kuris yra pradinis tikslus mūsų visatos egzistavimas (maždaug prieš 13,7 mlrd. metų).
- – Visai neseniai buvo pristatyta nauja sąvoka „baltosios juodosios skylės“. Tai vis dar yra hipotetinė juodoji skylė, kuri yra priešinga juodajai skylei. Stephenas Hawkingas aktyviai tyrinėjo baltųjų skylių egzistavimo galimybę.
- – Kvantinės juodosios skylės – jos kol kas egzistuoja tik teoriškai. Kvantinės juodosios skylės gali susidaryti, kai dėl branduolinės reakcijos susiduria itin mažos dalelės.
- – Pirminės juodosios skylės taip pat yra teorija. Jie susiformavo iš karto po įvykio.
Šiuo metu yra daugybė atvirų klausimų, į kuriuos ateities kartos dar turi atsakyti. Pavyzdžiui, ar tikrai gali būti vadinamųjų „kirmgraužų“, su kuriomis galima keliauti erdvėje ir laike. Kas tiksliai vyksta juodosios skylės viduje ir kokiems dėsniams šie reiškiniai paklūsta. O kaip dėl informacijos dingimo juodojoje skylėje?
Juodoji skylė yra vienas paslaptingiausių objektų visatoje. Daugelis garsių mokslininkų, įskaitant Albertą Einšteiną, kalbėjo apie juodųjų skylių egzistavimo galimybę. Juodosios skylės savo vardą skolingos amerikiečių astrofizikui Johnui Wheeleriui. Visatoje yra dviejų tipų juodosios skylės. Pirmoji yra masyvios juodosios skylės – didžiuliai kūnai, kurių masė milijonus kartų didesnė už Saulės masę. Tokie objektai, kaip teigia mokslininkai, yra galaktikų centre. Mūsų galaktikos centre taip pat yra milžiniška juodoji skylė. Mokslininkams kol kas nepavyko išsiaiškinti tokių didžiulių kosminių kūnų atsiradimo priežasčių.
Požiūris
Šiuolaikinis mokslas neįvertina „laiko energijos“ sąvokos, kurią į mokslinį vartoseną įvedė sovietų astrofizikas N.A., svarbą. Kozyrevas.
Mes užbaigėme laiko energijos idėją, dėl kurios atsirado nauja filosofinė teorija - „idealus materializmas“. Ši teorija pateikia alternatyvų juodųjų skylių prigimties ir struktūros paaiškinimą. Juodosios skylės idealaus materializmo teorijoje vaidina pagrindinį vaidmenį, o ypač laiko energijos atsiradimo ir balanso procesuose. Teorija paaiškina, kodėl supermasyvios juodosios skylės yra beveik visų galaktikų centruose. Svetainėje bus galima susipažinti su šia teorija, tačiau tinkamai pasiruošus. žr. svetainės medžiagą).
Erdvės ir laiko sritis, kurios gravitacinė trauka tokia stipri, kad net šviesos greičiu judantys objektai negali iš jos išeiti, vadinama juodąja skyle. Juodosios skylės riba vadinama „įvykių horizonto“ sąvoka, o jos dydis – gravitacijos spinduliu. Paprasčiausiu atveju jis lygus Schwarzschildo spinduliui.
Tai, kad juodųjų skylių egzistavimas teoriškai įmanomas, gali būti įrodytas naudojant kai kurias tikslias Einšteino lygtis. Pirmąjį iš jų 1915 metais gavo tas pats Karlas Schwarzschildas. Kas pirmasis išrado šį terminą, nežinoma. Galima tik pasakyti, kad pats reiškinio įvardijimas buvo išpopuliarintas Johno Archibaldo Wheelerio dėka, kuris pirmą kartą paskelbė paskaitą „Mūsų visata: žinomas ir nežinomas (Mūsų visata: žinomas ir nežinomas)“, kur jis buvo panaudotas. Daug anksčiau šie objektai buvo vadinami „sugriuvusiomis žvaigždėmis“ arba „griūvančiomis“.
Klausimas, ar juodosios skylės iš tikrųjų egzistuoja, yra susijęs su realiu gravitacijos egzistavimu. Šiuolaikiniame moksle realiausia gravitacijos teorija yra bendroji reliatyvumo teorija, kuri aiškiai apibrėžia juodųjų skylių egzistavimo galimybę. Tačiau, nepaisant to, jų egzistavimas įmanomas ir kitų teorijų rėmuose, todėl duomenys yra nuolat analizuojami ir interpretuojami.
Teiginys apie tikrai egzistuojančių juodųjų skylių egzistavimą turėtų būti suprantamas kaip tankių ir masyvių astronominių objektų, kurie gali būti interpretuojami kaip reliatyvumo teorijos juodosios skylės, egzistavimo patvirtinimas. Be to, tokiam reiškiniui galima priskirti ir vėlyvosios žlugimo stadijos žvaigždes. Šiuolaikiniai astrofizikai nesureikšmina tokių žvaigždžių ir tikrų juodųjų skylių skirtumo.
Daugelis tų, kurie studijavo ar vis dar studijuoja astronomiją, tai žino kas yra juodoji skylė Ir iš kur ji. Bet vis tiek paprastiems žmonėms, kuriems tai nebuvo ypač įdomu, aš trumpai viską paaiškinsiu.
Juodoji skylė- tai tam tikra erdvė erdvės ar net laiko erdvė joje. Tik tai nėra įprasta sritis. Jis turi labai stiprią gravitaciją (trauką). Be to, jis toks stiprus, kad kažkas negali išeiti iš juodosios skylės, jei ten patenka! Net saulės spinduliai negali neįkristi į juodąją skylę, jei ji praeina šalia. Nors žinokite, kad saulės spinduliai (šviesa) juda šviesos greičiu – 300 000 km/sek.
Anksčiau juodosios skylės buvo vadinamos skirtingai: kolapsarai, subyrėjusios žvaigždės, sustingusios žvaigždės ir pan. Kodėl? Nes juodąsias skyles sukuria negyvos žvaigždės.
Faktas yra tas, kad kai žvaigždė išeikvoja visą savo energiją, ji tampa labai karšta milžine ir dėl to sprogsta. Jo šerdis su tam tikra tikimybe gali labai stipriai susitraukti. Ir neįtikėtinu greičiu. Kai kuriais atvejais po žvaigždės sprogimo susidaro juoda, nematoma skylė, kuri suryja viską, kas jos kelyje. Visi objektai, kurie net juda šviesos greičiu.
Juodajai skylei nesvarbu, kokius objektus ji sugeria. Tai gali būti ir erdvėlaiviai, ir saulės spinduliai. Nesvarbu, kaip greitai objektas juda. Juodajai skylei taip pat nesvarbu, kokia yra objekto masė. Jis gali praryti viską nuo kosminių mikrobų ar dulkių iki pačių žvaigždžių.
Deja, niekas dar neišsiaiškino, kas vyksta juodosios skylės viduje. Kai kurie teigia, kad objektas, patekęs į juodąją skylę, lūžta su neįtikėtina jėga. Kiti mano, kad išėjimas iš juodosios skylės gali nuvesti į kitą, kažkokią antrąją visatą. Dar kiti mano, kad (greičiausiai), jei eisite nuo įėjimo į juodosios skylės išėjimą, ji gali jus tiesiog išmesti į kitą visatos dalį.
Juodoji skylė erdvėje
Juodoji skylė- Tai kosminis objektas neįtikėtino tankio, turinčio absoliučią gravitaciją, kad bet koks kosminis kūnas ir net pati erdvė bei laikas būtų jo absorbuojami.
Juodosios skylės valdyti save visatos evoliucija. jie yra centrinėje vietoje, bet jūs jų nematote, galite rasti jų ženklus. Nors juodosios skylės turi galimybę sunaikinti, jos taip pat padeda kurti galaktikas.
Kai kurie mokslininkai tuo tiki Juodosios skylės yra vartai į paralelinės visatos. kuris gali būti. Yra nuomonė, kad juodosios skylės turi priešingą, vadinamąją baltos skylės . turintis antigravitacijos savybių.
Juodoji skylė gimes didžiausių žvaigždžių viduje, kai jos miršta, gravitacijos jėga jas sunaikina, todėl įvyksta galingas sprogimas supernova.
Juodųjų skylių egzistavimą numatė Karlas Schwarzschildas
Karlas Schwarzschildas pirmasis pritaikė Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją, kad pateisintų „negrįžimo taško“ egzistavimą. Pats Einšteinas apie juodąsias skyles negalvojo, nors jo teorija leidžia nuspėti jų egzistavimą.
Schwarzschildas pateikė savo pasiūlymą 1915 m., Einšteinui paskelbus savo bendrąją reliatyvumo teoriją. Tada atsirado terminas „Schwarzschild spindulys“ – reikšmė, nurodanti, kiek reikia suspausti objektą, kad jis taptų juodąja skyle.
Teoriškai bet kas gali tapti juodąja skyle, jei pakankamai suspaudžiama. Kuo objektas tankesnis, tuo stipresnis jis sukuria gravitacinį lauką. Pavyzdžiui, Žemė taptų juodąja skyle, jei žemės riešuto dydžio objektas turėtų savo masę.
Šaltiniai: www.alienguest.ru, cosmos-online.ru, kak-prosto.net, nasha-vselennaya.ru, www.qwrt.ru
NASA: bus sukurta laiko mašina
Projektas ExoMars
Atlantida Bermudų trikampyje
Kryžiuočių riteriai
Na, Kolos pusiasalyje
Nykštukų šalis
Kiekvienas žmogus vaikystėje svajojo būti pasakoje. Viename iš Vokietijos parkų pasijunti kaip Snieguolė tarp septynių...
Kosmoso ir mus supančio pasaulio paslaptys
NASA mokslininkų teigimu. Priešingai populiariems įsitikinimams, jei žmogus į kosmosą patenka be apsauginio skafandro, žmogus nesušals, nesprogs ir ...
Nepaaiškinami radiniai
Kartais skirtingomis aplinkybėmis skirtingose pasaulio vietose žmonės randa objektus, kurie vadinami neatpažintais iškastiniais objektais (artefaktais). Jau supratau...
Kovok su pagundomis. Kristaus gundymas dykumoje
Kova su pagunda Kiekvienas iš mūsų yra girdėjęs žodį "". Gundymas reiškia aplinkybių atsiradimą žmogaus gyvenime, kurios verčia jį daryti...
Anomali Ramiojo vandenyno zona
Vandenynas slepia daugybę paslapčių, tačiau viena iš jų visiškai glumina net patyrusius okeanologus. Tam tikru momentu...
juoda upė
Žymesnis Loch Nesas paliko daug daugiau galimybių ieškoti tokių būtybių kaip Nesės pabaisa kitose šalyse. ...
Dėl palyginti neseniai išaugusio susidomėjimo kurti populiarius mokslinius filmus apie kosmoso tyrinėjimus, šiuolaikinis žiūrovas daug girdėjo apie tokius reiškinius kaip singuliarumas arba juodoji skylė. Tačiau filmai akivaizdžiai neatskleidžia visos šių reiškinių prigimties, o kartais net iškreipia konstruojamas mokslines teorijas, siekdamos didesnio efekto. Dėl šios priežasties daugelio šiuolaikinių žmonių mintis apie šiuos reiškinius yra arba visiškai paviršutiniška, arba visiškai klaidinga. Vienas iš iškilusios problemos sprendimų yra šis straipsnis, kuriame pabandysime suprasti esamus tyrimų rezultatus ir atsakyti į klausimą – kas yra juodoji skylė?
1784 m. anglų kunigas ir gamtininkas Johnas Michellas laiške Karališkajai draugijai pirmą kartą paminėjo hipotetinį masyvų kūną, turintį tokį stiprų gravitacinį potraukį, kad antrasis kosminis greitis viršytų šviesos greitį. Antrasis kosminis greitis yra greitis, kurio santykinai mažas objektas turės įveikti dangaus kūno gravitacinę trauką ir peržengti uždaros orbitos aplink šį kūną ribas. Jo skaičiavimais, kūno, kurio tankis yra Saulės ir kurio spindulys yra 500 saulės spindulių, paviršiuje bus antrasis kosminis greitis, lygus šviesos greičiui. Tokiu atveju net šviesa nepaliks tokio kūno paviršiaus, todėl šis kūnas tik sugers įeinančią šviesą ir liks nematomas stebėtojui – savotiška juoda dėmė tamsios erdvės fone.
Tačiau Michell pasiūlyta supermasyvaus kūno koncepcija nesulaukė didelio susidomėjimo iki pat Einšteino darbo. Prisiminkite, kad pastarasis šviesos greitį apibrėžė kaip ribojantį informacijos perdavimo greitį. Be to, Einšteinas išplėtė gravitacijos teoriją greičiui, artimam šviesos greičiui (). Dėl to juodosioms skylėms taikyti Niutono teoriją nebebuvo aktualu.
Einšteino lygtis
Pritaikius juodosioms skylėms bendrąjį reliatyvumą ir išsprendus Einšteino lygtis, buvo atskleisti pagrindiniai juodosios skylės parametrai, kurių yra tik trys: masė, elektros krūvis ir kampinis momentas. Pažymėtina reikšmingas indų astrofiziko Subramanjano Čandrasekharo indėlis, sukūręs esminę monografiją „Juodųjų skylių matematinė teorija“.
Taigi Einšteino lygčių sprendimas yra pavaizduotas keturiais keturių galimų juodųjų skylių tipų variantais:
- Juodoji skylė be sukimosi ir be krūvio yra Schwarzschild sprendimas. Vienas pirmųjų juodosios skylės aprašymų (1916 m.), naudojant Einšteino lygtis, tačiau neatsižvelgiant į du iš trijų kūno parametrų. Vokiečių fiziko Karlo Schwarzschildo sprendimas leidžia apskaičiuoti sferinio masyvaus kūno išorinį gravitacinį lauką. Vokiečių mokslininko juodųjų skylių koncepcijos bruožas yra įvykių horizontas ir už jo esantis horizontas. Schwarzschildas taip pat pirmiausia apskaičiavo gravitacinį spindulį, kuris gavo jo pavadinimą, kuris nustato sferos spindulį, kuriame būtų įvykio horizontas tam tikros masės kūnui.
- Juodoji skylė be sukimosi su krūviu yra Reisner-Nordström sprendimas. 1916–1918 metais pasiūlytas sprendimas, atsižvelgiant į galimą juodosios skylės elektros krūvį. Šis krūvis negali būti savavališkai didelis ir yra ribotas dėl atsirandančio elektrinio atstūmimo. Pastarąjį turi kompensuoti gravitacinė trauka.
- Juodoji skylė su sukimu ir be krūvio – Kerro sprendimas (1963). Besisukanti Kero juodoji skylė nuo statinės skiriasi tuo, kad yra vadinamoji ergosfera (daugiau apie šią ir kitus juodosios skylės komponentus skaitykite).
- BH su sukimu ir įkrovimu – Kerr-Newman sprendimas. Šis sprendimas buvo apskaičiuotas 1965 m. ir šiuo metu yra pats išsamiausias, nes jame atsižvelgiama į visus tris BH parametrus. Tačiau vis dar manoma, kad juodosios skylės gamtoje turi nereikšmingą krūvį.
Juodosios skylės susidarymas
Yra keletas teorijų apie tai, kaip susidaro ir atsiranda juodoji skylė, iš kurių garsiausia yra pakankamai masės žvaigždės atsiradimas dėl gravitacinio žlugimo. Toks suspaudimas gali užbaigti žvaigždžių, kurių masė viršija tris Saulės mases, evoliuciją. Pasibaigus termobranduolinėms reakcijoms tokių žvaigždžių viduje, jos pradeda greitai trauktis į supertankias. Jeigu neutroninės žvaigždės dujų slėgis negali kompensuoti gravitacinių jėgų, tai yra žvaigždės masė įveikia vadinamąją. Oppenheimerio-Volkovo riba, tada žlugimas tęsiasi, todėl materija susitraukia į juodąją skylę.
Antrasis scenarijus, apibūdinantis juodosios skylės gimimą, yra protogalaktinių dujų, tai yra tarpžvaigždinių dujų, kurios yra transformacijos į galaktiką ar tam tikrą spiečius, suspaudimas. Esant nepakankamam vidiniam slėgiui kompensuoti tas pačias gravitacijos jėgas, gali atsirasti juodoji skylė.
Kiti du scenarijai lieka hipotetiniai:
- Juodosios skylės atsiradimas dėl to - vadinamasis. pirmapradžių juodųjų skylių.
- Atsiradimas dėl branduolinių reakcijų esant didelei energijai. Tokių reakcijų pavyzdys yra eksperimentai su greitintuvais.
Juodųjų skylių struktūra ir fizika
Juodosios skylės struktūra pagal Schwarzschildą apima tik du anksčiau minėtus elementus: juodosios skylės singuliarumą ir įvykių horizontą. Trumpai kalbant apie singuliarumą, galima pastebėti, kad per jį neįmanoma nubrėžti tiesios linijos, be to, dauguma egzistuojančių fizinių teorijų jame neveikia. Taigi singuliarumo fizika šiandien mokslininkams tebėra paslaptis. juodoji skylė yra tam tikra riba, kurią peržengęs fizinis objektas praranda galimybę grįžti atgal už savo ribų ir vienareikšmiškai „patenka“ į juodosios skylės išskirtinumą.
Juodosios skylės struktūra tampa šiek tiek sudėtingesnė Kero tirpalo atveju, būtent esant BH sukimui. Kerro sprendimas reiškia, kad skylė turi ergosferą. Ergosfera – tam tikra sritis, esanti už įvykių horizonto, kurios viduje visi kūnai juda juodosios skylės sukimosi kryptimi. Ši sritis dar neįdomi ir ją galima palikti, kitaip nei įvykių horizonte. Ergosfera tikriausiai yra savotiškas akrecinio disko analogas, vaizduojantis aplink masyvius kūnus besisukanti medžiaga. Jei statinė Schwarzschildo juodoji skylė vaizduojama kaip juodoji sfera, tai Kerio juodoji skylė dėl ergosferos buvimo turi pailgo elipsoido formą, kurios formoje mes dažnai matėme juodąsias skyles brėžiniuose, senovėje. filmai ar vaizdo žaidimai.
- Kiek sveria juodoji skylė? – Didžiausia teorinė medžiaga apie juodosios skylės atsiradimą yra jos atsiradimo dėl žvaigždės griūties scenarijui. Šiuo atveju maksimali neutroninės žvaigždės masė ir minimali juodosios skylės masė yra nustatomos pagal Oppenheimerio – Volkovo ribą, pagal kurią apatinė BH masės riba yra 2,5 – 3 Saulės masės. Sunkiausios kada nors atrastos juodosios skylės (galaktikoje NGC 4889) masė siekia 21 milijardą Saulės masių. Tačiau nereikėtų pamiršti apie juodąsias skyles, kurios, kaip spėjama, atsiranda dėl didelės energijos branduolinių reakcijų, pavyzdžiui, susidūrimų. Tokių kvantinių juodųjų skylių, kitaip tariant „Planko juodųjų skylių“, masė yra maždaug 2 10–5 g.
- Juodosios skylės dydis. Minimalus BH spindulys gali būti apskaičiuojamas iš minimalios masės (2,5 – 3 saulės masės). Jei Saulės gravitacinis spindulys, ty sritis, kurioje būtų įvykių horizontas, yra apie 2,95 km, tai minimalus 3 Saulės masių BH spindulys bus apie devynis kilometrus. Tokie palyginti maži dydžiai netelpa į galvą, kai kalbama apie masyvius objektus, kurie traukia viską aplinkui. Tačiau kvantinių juodųjų skylių spindulys yra -10–35 m.
- Vidutinis juodosios skylės tankis priklauso nuo dviejų parametrų: masės ir spindulio. Juodosios skylės, kurios masė yra apie tris saulės mases, tankis yra apie 6 10 26 kg/m³, o vandens tankis yra 1000 kg/m³. Tačiau tokių mažų juodųjų skylių mokslininkai nerado. Daugumos aptiktų BH masė yra didesnė nei 105 saulės masės. Yra įdomus modelis, pagal kurį kuo masyvesnė juodoji skylė, tuo mažesnis jos tankis. Šiuo atveju masės pokytis 11 dydžių reiškia tankio pasikeitimą 22 dydžių eilėmis. Taigi juodosios skylės, kurios masė yra 1 ·10 9 saulės masės, tankis yra 18,5 kg/m³, tai yra vienu mažiau nei aukso tankis. O juodųjų skylių, kurių masė didesnė nei 10 10 saulės masių, vidutinis tankis gali būti mažesnis už oro tankį. Remiantis šiais skaičiavimais, logiška manyti, kad juodoji skylė susidaro ne dėl medžiagos suspaudimo, o dėl didelio medžiagos kiekio susikaupimo tam tikrame tūryje. Kvantinių juodųjų skylių tankis gali būti apie 10 94 kg/m³.
- Juodosios skylės temperatūra taip pat yra atvirkščiai proporcinga jos masei. Ši temperatūra yra tiesiogiai susijusi su. Šios spinduliuotės spektras sutampa su visiškai juodo kūno spektru, tai yra kūno, kuris sugeria visą krintančią spinduliuotę. Juodojo kūno spinduliuotės spektras priklauso tik nuo jo temperatūros, tuomet juodosios skylės temperatūrą galima nustatyti iš Hokingo spinduliuotės spektro. Kaip minėta aukščiau, ši spinduliuotė yra galingesnė, tuo mažesnė juodoji skylė. Tuo pačiu metu Hokingo spinduliuotė išlieka hipotetinė, nes astronomai jos dar nepastebėjo. Iš to išplaukia, kad jei Hokingo spinduliuotė egzistuoja, tada stebimų BH temperatūra yra tokia žema, kad neleidžia aptikti nurodytos spinduliuotės. Skaičiavimų duomenimis, net Saulės masės dydžio skylės temperatūra yra nežymiai maža (1 10 -7 K arba -272°C). Kvantinių juodųjų skylių temperatūra gali siekti apie 10 12 K, o joms greitai išgaruojant (apie 1,5 min.), tokios juodosios skylės gali skleisti dešimties milijonų atominių bombų energijos. Tačiau, laimei, tokių hipotetinių objektų sukūrimui reikės 10 14 kartų daugiau energijos nei šiandien gaunama Didžiajame hadronų greitintuve. Be to, tokių reiškinių astronomai niekada nepastebėjo.
Iš ko pagamintas CHD?
Kitas klausimas neramina ir mokslininkus, ir tiesiog astrofizikos mėgėjus – iš ko susideda juodoji skylė? Vieno atsakymo į šį klausimą nėra, nes neįmanoma pažvelgti už bet kurią juodąją skylę supančio įvykių horizonto. Be to, kaip minėta anksčiau, juodosios skylės teoriniai modeliai numato tik 3 jos komponentus: ergosferą, įvykių horizontą ir singuliarumą. Logiška manyti, kad ergosferoje yra tik tie objektai, kuriuos patraukė juodoji skylė ir kurie dabar sukasi aplink ją – įvairūs kosminiai kūnai ir kosminės dujos. Įvykių horizontas tėra plona numanoma riba, kurią užžengus tie patys kosminiai kūnai negrįžtamai traukia prie paskutinio pagrindinio juodosios skylės komponento – singuliarumo. Singuliarumo prigimtis šiandien netirta, o apie jo sudėtį kalbėti dar anksti.
Remiantis kai kuriomis prielaidomis, juodoji skylė gali būti sudaryta iš neutronų. Jei laikysimės juodosios skylės atsiradimo scenarijaus dėl žvaigždės suspaudimo į neutroninę žvaigždę ir jos vėlesnį suspaudimą, tada tikriausiai didžiąją juodosios skylės dalį sudaro neutronai, iš kurių neutroninė žvaigždė pati susideda. Paprastais žodžiais tariant: kai žvaigždė žlunga, jos atomai suspaudžiami taip, kad elektronai susijungia su protonais ir taip susidaro neutronai. Tokia reakcija išties vyksta gamtoje, susidarius neutronui, vyksta neutrinų emisija. Tačiau tai tik spėlionės.
Kas atsitiks, jei pateksite į juodąją skylę?
Įkritimas į astrofizinę juodąją skylę sukelia kūno tempimą. Apsvarstykite hipotetinį savižudį astronautą, besiveržiantį į juodąją skylę, vilkintį tik kosminį kostiumą, kojomis pirmiau. Kirtęs įvykių horizontą, astronautas nepastebės jokių pokyčių, nepaisant to, kad nebeturi galimybės grįžti atgal. Tam tikru momentu astronautas pasieks tašką (šiek tiek už įvykių horizonto), kur pradės įvykti jo kūno deformacija. Kadangi juodosios skylės gravitacinis laukas yra netolygus ir jį vaizduoja jėgos gradientas, didėjantis link centro, astronauto kojos bus veikiamos žymiai didesnio gravitacinio poveikio nei, pavyzdžiui, galva. Tada dėl gravitacijos, tiksliau, potvynio jėgų, kojos „nukris“ greičiau. Taigi kūnas pradeda palaipsniui tempti ilgį. Šiam reiškiniui apibūdinti astrofizikai sugalvojo gana kūrybišką terminą – spagetifikacija. Tolesnis kūno tempimas greičiausiai suskaidys jį į atomus, kurie anksčiau ar vėliau pasieks singuliarumą. Galima tik spėlioti, kaip žmogus jausis šioje situacijoje. Verta paminėti, kad kūno tempimo poveikis yra atvirkščiai proporcingas juodosios skylės masei. Tai yra, jei trijų Saulių masės BH akimirksniu ištempia / sulaužys kūną, tada supermasyvi juodoji skylė turės mažesnes potvynio jėgas ir yra pasiūlymų, kad kai kurios fizinės medžiagos galėtų „toleruoti“ tokią deformaciją neprarasdamos savo struktūros.
Kaip žinia, prie masyvių objektų laikas teka lėčiau, vadinasi, savižudžio astronauto laikas tekės daug lėčiau nei žemiečiams. Tokiu atveju galbūt jis pergyvens ne tik savo draugus, bet ir pačią Žemę. Norint nustatyti, kiek laiko sulėtės astronautas, reikės atlikti skaičiavimus, tačiau iš to, kas išdėstyta aukščiau, galima daryti prielaidą, kad astronautas į juodąją skylę kris labai lėtai ir gali tiesiog nesulaukti to momento, kai jo kūnas pradės deformuotis. .
Pastebėtina, kad stebėtojui lauke visi kūnai, atskridę iki įvykių horizonto, liks šio horizonto pakraštyje, kol jų vaizdas išnyks. Šio reiškinio priežastis yra gravitacinis raudonasis poslinkis. Šiek tiek supaprastinus galima teigti, kad šviesa, krintanti ant įvykio horizonte „užstingusio“ savižudžio astronauto kūno, dėl sulėtėjusio laiko keis savo dažnį. Laikui bėgant lėčiau, šviesos dažnis mažės, o bangos ilgis padidės. Dėl šio reiškinio išėjime, ty išoriniam stebėtojui, šviesa palaipsniui pasislinks į žemo dažnio - raudonos spalvos. Vyks šviesos poslinkis išilgai spektro, nes savižudis astronautas, nors ir beveik nepastebimai, vis labiau tolsta nuo stebėtojo, o jo laikas teka vis lėčiau. Taigi, jo kūno atspindima šviesa greitai išeis už matomo spektro ribų (vaizdas išnyks), o ateityje astronauto kūną bus galima aptikti tik infraraudonųjų spindulių srityje, vėliau – radijo dažnių srityje ir dėl to spinduliuotė bus visiškai nepagaunama.
Nepaisant to, kas buvo parašyta aukščiau, daroma prielaida, kad labai didelėse supermasyviose juodosiose skylėse potvynių jėgos taip nesikeičia atsižvelgiant į atstumą ir beveik vienodai veikia krintantį kūną. Tokiu atveju krintantis erdvėlaivis išlaikytų savo struktūrą. Kyla pagrįstas klausimas – kur veda juodoji skylė? Į šį klausimą gali atsakyti kai kurių mokslininkų darbai, susiejantys du tokius reiškinius kaip kirmgraužos ir juodosios skylės.
Dar 1935 m. Albertas Einsteinas ir Nathanas Rosenas, atsižvelgdami į tai, iškėlė hipotezę apie vadinamųjų kirmgraužų egzistavimą, jungiančių du erdvėlaikio taškus reikšmingo pastarojo kreivumo vietose - Einšteino-Roseno tiltu. arba kirmgrauža. Tokiam galingam erdvės kreivumui reikės milžiniškos masės kūnų, su kurių vaidmeniu puikiai susidorotų juodosios skylės.
Einšteino-Rozeno tiltas laikomas nepraeinančia kirmgrauža, nes yra mažas ir nestabilus.
Juodųjų ir baltųjų skylių teorijoje yra įmanoma perkeliama kirmgrauža. Kur baltoji skylė yra informacijos, kuri pateko į juodąją skylę, išvestis. Baltoji skylė aprašyta bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose, tačiau šiandien ji tebėra hipotetinė ir nebuvo atrasta. Amerikiečių mokslininkai Kipas Thorne'as ir jo absolventas Mike'as Morrisas pasiūlė kitą kirmgraužės modelį, kuris gali būti įveikiamas. Tačiau, kaip ir Moriso-Thorno kirmgraužos atveju, taip pat juodųjų ir baltųjų skylių atveju, norint keliauti, būtina egzotiška vadinamoji materija, kuri turi neigiamą energiją ir taip pat lieka hipotetinė.
Juodosios skylės visatoje
Juodųjų skylių egzistavimas buvo patvirtintas palyginti neseniai (2015 m. rugsėjį), tačiau iki to laiko jau buvo daug teorinės medžiagos apie juodųjų skylių prigimtį, taip pat daug kandidatų į juodosios skylės vaidmenį. Visų pirma, reikėtų atsižvelgti į juodosios skylės matmenis, nes nuo jų priklauso pats reiškinio pobūdis:
- žvaigždžių masės juodoji skylė. Tokie objektai susidaro dėl žvaigždės žlugimo. Kaip minėta anksčiau, minimali kūno, galinčio suformuoti tokią juodąją skylę, masė yra 2,5–3 saulės masės.
- Vidutinės masės juodosios skylės. Sąlyginis tarpinis juodųjų skylių tipas, išaugęs dėl netoliese esančių objektų, tokių kaip dujų sankaupos, gretimos žvaigždės (dviejų žvaigždžių sistemose) ir kitų kosminių kūnų, absorbcijos.
- Supermasyvi juodoji skylė. Kompaktiški objektai su 10 5 -10 10 saulės masių. Išskirtinės tokių BH savybės yra paradoksaliai mažas tankis, taip pat silpnos potvynio jėgos, apie kurias buvo kalbama anksčiau. Tai ši supermasyvi juodoji skylė mūsų Paukščių Tako galaktikos (Šaulys A*, Sgr A*), kaip ir daugumos kitų galaktikų, centre.
Kandidatai į CHD
Artimiausia juodoji skylė, tiksliau, kandidatas į juodosios skylės vaidmenį, yra objektas (V616 Unicorn), esantis 3000 šviesmečių atstumu nuo Saulės (mūsų galaktikoje). Jį sudaro du komponentai: žvaigždė, kurios masė yra pusė saulės masės, taip pat nematomas mažas kūnas, kurio masė yra 3–5 saulės masės. Jei šis objektas pasirodys esanti maža žvaigždžių masės juodoji skylė, tada dešinėje tai bus artimiausia juodoji skylė.
Po šio objekto antra artimiausia juodoji skylė yra Cyg X-1 (Cyg X-1), kuri buvo pirmoji kandidatė į juodosios skylės vaidmenį. Atstumas iki jo yra maždaug 6070 šviesmečių. Gana gerai ištirta: jo masė yra 14,8 saulės masės, o įvykių horizonto spindulys yra apie 26 km.
Kai kurių šaltinių teigimu, dar vienas artimiausias kandidatas į juodosios skylės vaidmenį gali būti žvaigždžių sistemos V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) kūnas, kuris, remiantis 1999 m. skaičiavimais, buvo 1600 šviesmečių atstumu. Tačiau vėlesni tyrimai padidino šį atstumą mažiausiai 15 kartų.
Kiek juodųjų skylių yra mūsų galaktikoje?
Tikslaus atsakymo į šį klausimą nėra, nes juos stebėti gana sunku, o viso dangaus tyrimo metu mokslininkams pavyko aptikti apie tuziną juodųjų skylių Paukščių Take. Nesileidžiant į skaičiavimus, pastebime, kad mūsų galaktikoje yra apie 100–400 milijardų žvaigždžių ir maždaug kiekviena tūkstantoji žvaigždė turi pakankamai masės, kad susidarytų juodoji skylė. Tikėtina, kad per Paukščių Tako egzistavimą galėjo susidaryti milijonai juodųjų skylių. Kadangi didžiules juodąsias skyles registruoti lengviau, logiška manyti, kad dauguma mūsų galaktikos BH nėra supermasyvios. Pastebėtina, kad 2005 metais NASA atlikti tyrimai rodo, kad aplink galaktikos centrą skrieja visas būrys juodųjų skylių (10-20 tūkst.). Be to, 2016 m. japonų astrofizikai netoli objekto aptiko didžiulį palydovą * – juodąją skylę, Paukščių Tako šerdį. Dėl mažo šio kūno spindulio (0,15 šviesmečio) ir didžiulės masės (100 000 Saulės masių) mokslininkai teigia, kad šis objektas taip pat yra supermasyvi juodoji skylė.
Mūsų galaktikos šerdis, Paukščių Tako juodoji skylė (Sagittarius A *, Sgr A * arba Sagittarius A *) yra supermasyvi, jos masė yra 4,31 10 6 Saulės masės, o spindulys – 0,00071 šviesmečio (6,25 šviesos valandos). arba 6,75 mlrd. km). Šaulio A* temperatūra kartu su spiečiumi aplink jį yra apie 1 10 7 K.
Didžiausia juodoji skylė
Didžiausia juodoji skylė visatoje, kurią mokslininkams pavyko aptikti, yra supermasyvi juodoji skylė, FSRQ blazaras, esantis galaktikos S5 0014+81 centre, 1,2·10 10 šviesmečių atstumu nuo Žemės. Remiantis preliminariais stebėjimo rezultatais, naudojant Swift kosminę observatoriją, juodosios skylės masė siekė 40 milijardų (40 10 9) Saulės masių, o tokios skylės Schwarzschildo spindulys – 118,35 milijardo kilometrų (0,013 šviesmečių). Be to, remiantis skaičiavimais, jis atsirado prieš 12,1 milijardo metų (1,6 milijardo metų po Didžiojo sprogimo). Jei ši milžiniška juodoji skylė nesugers ją supančios materijos, tuomet ji išgyvens juodųjų skylių erą – vieną iš Visatos raidos erų, kurios metu joje dominuos juodosios skylės. Jei galaktikos S5 0014+81 šerdis ir toliau augs, ji taps viena iš paskutinių juodųjų skylių, kurios egzistuos visatoje.
Kitos dvi žinomos juodosios skylės, nors ir neįvardintos, turi didžiausią reikšmę juodųjų skylių tyrimams, nes patvirtino jų egzistavimą eksperimentiškai, taip pat davė svarbių rezultatų tiriant gravitaciją. Kalbame apie įvykį GW150914, kuris vadinamas dviejų juodųjų skylių susidūrimu į vieną. Į šį renginį buvo leista registruotis.
Juodųjų skylių aptikimas
Prieš svarstant juodųjų skylių aptikimo būdus, reikėtų atsakyti į klausimą – kodėl juodoji skylė yra juoda? - atsakymas į jį nereikalauja gilių astrofizikos ir kosmologijos žinių. Faktas yra tas, kad juodoji skylė sugeria visą ant jos patenkančią spinduliuotę ir visai nespinduliuoja, jei neatsižvelgsite į hipotetinius. Jei panagrinėsime šį reiškinį išsamiau, galime daryti prielaidą, kad juodosiose skylėse nėra procesų, dėl kurių elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu išsiskiria energija. Tada, jei juodoji skylė spinduliuoja, tai ji yra Hokingo spektre (kuris sutampa su įkaitusio, absoliučiai juodo kūno spektru). Tačiau, kaip minėta anksčiau, ši spinduliuotė nebuvo aptikta, o tai rodo visiškai žemą juodųjų skylių temperatūrą.
Kita visuotinai pripažinta teorija teigia, kad elektromagnetinė spinduliuotė visiškai nepajėgi palikti įvykių horizonto. Labiausiai tikėtina, kad fotonų (šviesos dalelių) netraukia masyvūs objektai, nes, remiantis teorija, jie patys neturi masės. Tačiau juodoji skylė vis tiek „pritraukia“ šviesos fotonus per erdvės laiko iškraipymą. Jei įsivaizduosime juodąją skylę erdvėje kaip tam tikrą įdubimą lygiame erdvėlaikio paviršiuje, tai nuo juodosios skylės centro yra tam tikras atstumas, prie kurio artėjant šviesa nebegalės nuo jos tolti. . Tai yra, grubiai tariant, šviesa pradeda „kristi“ į „duobę“, kuri net neturi „dugno“.
Be to, jei atsižvelgsime į gravitacinio raudonojo poslinkio poveikį, gali būti, kad šviesa juodojoje skylėje praranda dažnį, pasislinkdama spektru į žemo dažnio ilgųjų bangų spinduliuotės sritį, kol visiškai praras energiją.
Taigi juodoji skylė yra juoda, todėl ją sunku aptikti erdvėje.
Aptikimo metodai
Apsvarstykite metodus, kuriuos astronomai naudoja juodajai skylei aptikti:
Be minėtų metodų, mokslininkai dažnai sieja tokius objektus kaip juodosios skylės ir. Kvazarai yra kai kurios kosminių kūnų ir dujų sankaupos, kurios yra vieni ryškiausių astronominių objektų Visatoje. Kadangi jie turi didelį liuminescencijos intensyvumą esant santykinai mažiems dydžiams, yra pagrindo manyti, kad šių objektų centras yra supermasyvi juodoji skylė, kuri pritraukia aplinkinę medžiagą. Dėl tokios galingos gravitacinės traukos pritraukta medžiaga taip įkaista, kad intensyviai spinduliuoja. Tokių objektų aptikimas paprastai lyginamas su juodosios skylės aptikimu. Kartais kvazarai gali skleisti įkaitintos plazmos čiurkšles dviem kryptimis – reliatyvistines. Tokių čiurkšlių (jet) atsiradimo priežastys nėra iki galo aiškios, bet greičiausiai jas sukelia BH ir akrecinio disko magnetinių laukų sąveika, o ne tiesioginė juodoji skylė.
M87 galaktikos reaktyvinis lėktuvas pataiko iš juodosios skylės centro
Apibendrinant tai, kas išdėstyta, galima įsivaizduoti iš arti: tai sferinis juodas objektas, aplink kurį sukasi stipriai įkaitusi medžiaga, sudarydama šviečiantį akrecinį diską.
Juodųjų skylių susiliejimas ir susidūrimas
Vienas įdomiausių astrofizikos reiškinių – juodųjų skylių susidūrimas, kuris taip pat leidžia aptikti tokius masyvius astronominius kūnus. Tokie procesai domina ne tik astrofizikus, nes dėl jų atsiranda fizikų menkai ištirtų reiškinių. Ryškiausias pavyzdys – anksčiau minėtas įvykis pavadinimu GW150914, kai dvi juodosios skylės priartėjo tiek, kad dėl abipusės gravitacinės traukos susiliejo į vieną. Svarbi šio susidūrimo pasekmė buvo gravitacinių bangų atsiradimas.
Pagal gravitacinių bangų apibrėžimą, tai gravitacinio lauko pokyčiai, sklindantys panašiu būdu iš masyvių judančių objektų. Kai du tokie objektai artėja vienas prie kito, jie pradeda suktis aplink bendrą svorio centrą. Kai jie artėja vienas prie kito, jų sukimasis aplink savo ašį didėja. Tokie kintami gravitacinio lauko svyravimai tam tikru momentu gali sudaryti vieną galingą gravitacinę bangą, kuri gali sklisti erdvėje milijonus šviesmečių. Taigi 1,3 milijardo šviesmečių atstumu įvyko dviejų juodųjų skylių susidūrimas, kuris suformavo galingą gravitacinę bangą, Žemę pasiekusią 2015 metų rugsėjo 14 dieną ir užfiksavusią LIGO ir VIRGO detektorių.
Kaip miršta juodosios skylės?
Akivaizdu, kad juodoji skylė nustotų egzistuoti, ji turėtų prarasti visą savo masę. Tačiau pagal jos apibrėžimą niekas negali palikti juodosios skylės, jei ji peržengė įvykių horizontą. Žinoma, kad pirmą kartą sovietų fizikas teorinis Vladimiras Gribovas savo diskusijoje su kitu sovietų mokslininku Jakovu Zeldovičiumi paminėjo dalelių išmetimo iš juodosios skylės galimybę. Jis teigė, kad kvantinės mechanikos požiūriu juodoji skylė gali išmesti daleles per tunelio efektą. Vėliau, pasitelkęs kvantinę mechaniką, jis sukūrė savo, kiek kitokią teoriją – anglų teorinį fiziką Stepheną Hawkingą. Daugiau apie šį reiškinį galite perskaityti. Trumpai tariant, vakuume yra vadinamosios virtualios dalelės, kurios nuolat gimsta poromis ir naikina viena kitą, kartu nesąveikdamos su aplinkiniu pasauliu. Bet jei tokios poros atsiranda juodosios skylės įvykių horizonte, tada stipri gravitacija hipotetiškai gali jas atskirti, kai viena dalelė patenka į juodąją skylę, o kita pasitraukia iš juodosios skylės. O kadangi iš skylės nuskridusią dalelę galima stebėti, taigi ir turinčią teigiamą energiją, tai į skylę įkritusi dalelė turi turėti neigiamą energiją. Taigi juodoji skylė praras savo energiją ir atsiras efektas, vadinamas juodosios skylės išgaravimu.
Pagal turimus juodosios skylės modelius, kaip minėta anksčiau, mažėjant jos masei, jos spinduliavimas tampa intensyvesnis. Tada paskutiniame juodosios skylės egzistavimo etape, kai ji gali būti sumažinta iki kvantinės juodosios skylės dydžio, ji išskirs didžiulį energijos kiekį spinduliuotės pavidalu, kuris gali prilygti tūkstančiams ar net milijonai atominių bombų. Šis įvykis kažkuo primena juodosios skylės sprogimą, tarsi ta pati bomba. Remiantis skaičiavimais, pirmykštės juodosios skylės galėjo atsirasti dėl Didžiojo sprogimo, o tos iš jų, kurių masė yra apie 10 12 kg, maždaug mūsų laikais turėjo išgaruoti ir sprogti. Kad ir kaip būtų, tokių sprogimų astronomai dar nematė.
Nepaisant Hokingo pasiūlyto juodųjų skylių naikinimo mechanizmo, Hokingo spinduliuotės savybės sukelia paradoksą kvantinės mechanikos sistemoje. Jei juodoji skylė sugeria kokį nors kūną, o po to praranda masę, susidariusią dėl šio kūno sugėrimo, tada, nepaisant kūno pobūdžio, juodoji skylė nesiskirs nuo to, kokia buvo prieš kūno absorbciją. Tokiu atveju informacija apie kūną prarandama visam laikui. Teorinių skaičiavimų požiūriu, pradinės grynos būsenos transformacija į susidariusią mišrią („terminę“) būseną neatitinka dabartinės kvantinės mechanikos teorijos. Šis paradoksas kartais vadinamas informacijos dingimu juodojoje skylėje. Tikras šio paradokso sprendimas niekada nebuvo rastas. Žinomos paradokso sprendimo galimybės:
- Hokingo teorijos nenuoseklumas. Tai reiškia, kad neįmanoma sunaikinti juodosios skylės ir jos nuolat auga.
- Baltųjų skylių buvimas. Tokiu atveju sugerta informacija nedingsta, o tiesiog išmetama į kitą Visatą.
- Visuotinai priimtos kvantinės mechanikos teorijos nenuoseklumas.
Neišspręsta juodosios skylės fizikos problema
Sprendžiant iš visko, kas buvo aprašyta anksčiau, juodosios skylės, nors ir buvo tiriamos gana ilgą laiką, vis dar turi daug ypatybių, kurių veikimo mechanizmai mokslininkams vis dar nėra žinomi.
- 1970 metais anglų mokslininkas suformulavo vadinamąjį. „kosminės cenzūros principas“ – „Gamta bjaurisi plika išskirtinumu“. Tai reiškia, kad singuliarumas susidaro tik nuo akių paslėptose vietose, pavyzdžiui, juodosios skylės centre. Tačiau šis principas dar neįrodytas. Taip pat yra teorinių skaičiavimų, pagal kuriuos gali atsirasti „nuogas“ singuliarumas.
- „No-hair teorema“, pagal kurią juodosios skylės turi tik tris parametrus, taip pat nebuvo įrodyta.
- Visa juodosios skylės magnetosferos teorija nebuvo sukurta.
- Gravitacinio singuliarumo prigimtis ir fizika nebuvo ištirta.
- Nėra tiksliai žinoma, kas nutinka paskutiniame juodosios skylės egzistavimo etape ir kas lieka po kvantinio skilimo.
Įdomūs faktai apie juodąsias skyles
Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, galime pabrėžti keletą įdomių ir neįprastų juodųjų skylių prigimties bruožų:
- Juodosios skylės turi tik tris parametrus: masę, elektros krūvį ir kampinį momentą. Dėl tokio mažo skaičiaus šio kūno charakteristikų teorema, kuri tai teigia, vadinama „neplaukų teorema“. Iš čia taip pat kilo posakis „juodoji skylė neturi plaukų“, reiškianti, kad dvi juodosios skylės yra visiškai identiškos, trys minėti jų parametrai yra vienodi.
- Juodųjų skylių tankis gali būti mažesnis už oro tankį, o temperatūra artima absoliučiam nuliui. Iš to galime daryti prielaidą, kad juodoji skylė susidaro ne dėl medžiagos suspaudimo, o dėl didelio medžiagos kiekio susikaupimo tam tikrame tūryje.
- Juodųjų skylių absorbuotų kūnų laikas eina daug lėčiau nei išoriniam stebėtojui. Be to, absorbuoti kūnai yra gerokai ištempti juodosios skylės viduje, kurią mokslininkai pavadino spagetizavimu.
- Mūsų galaktikoje gali būti apie milijonas juodųjų skylių.
- Tikriausiai kiekvienos galaktikos centre yra supermasyvi juodoji skylė.
- Ateityje, pagal teorinį modelį, Visata pasieks vadinamąją juodųjų skylių erą, kai juodosios skylės taps dominuojančiais kūnais Visatoje.
Iš visų žmonijai žinomų objektų, esančių kosmose, juodosios skylės sukuria baisiausią ir nesuprantamą įspūdį. Šis jausmas apima beveik kiekvieną žmogų paminėjus juodąsias skyles, nepaisant to, kad žmonija apie jas žinojo daugiau nei pusantro amžiaus. Pirmosios žinios apie šiuos reiškinius buvo gautos gerokai anksčiau nei Einšteinas publikavo reliatyvumo teoriją. Tačiau tikrasis šių objektų egzistavimo patvirtinimas buvo gautas ne taip seniai.
Žinoma, juodosios skylės pagrįstai garsėja savo keistomis fizinėmis savybėmis, kurios sukelia dar daugiau paslapčių visatoje. Jie lengvai nepaiso visų kosminių fizikos ir kosminės mechanikos dėsnių. Norėdami suprasti visas tokio reiškinio, kaip kosminės skylės, egzistavimo detales ir principus, turime susipažinti su šiuolaikiniais astronomijos pasiekimais ir pritaikyti fantaziją, be to, turėsime peržengti standartines sąvokas. Kad būtų lengviau suprasti ir susipažinti su erdvės skylėmis, portalo svetainė paruošė daug įdomios informacijos, susijusios su šiais reiškiniais Visatoje.
Juodųjų skylių ypatybės iš portalo svetainės
Visų pirma, reikia pastebėti, kad juodosios skylės neatsiranda iš niekur, jos susidaro iš žvaigždžių, kurios turi milžiniškus dydžius ir mases. Be to, didžiausia kiekvienos juodosios skylės savybė ir išskirtinumas yra tai, kad jos turi labai stiprią gravitacinę trauką. Objektų traukos jėga į juodąją skylę viršija antrąjį kosminį greitį. Tokie gravitacijos rodikliai rodo, kad net šviesos spinduliai negali ištrūkti iš juodosios skylės veikimo lauko, nes jų greitis yra daug mažesnis.
Traukos ypatybe galima pavadinti tai, kad ji pritraukia visus arti esančius objektus. Kuo didesnis objektas praeina šalia juodosios skylės, tuo daugiau įtakos ir patrauklumo jis gaus. Atitinkamai galime daryti išvadą, kad kuo didesnis objektas, tuo stipriau jį traukia juodoji skylė, o norint išvengti tokios įtakos, kosminis kūnas turi turėti labai didelius judėjimo greičio rodiklius.
Taip pat galima drąsiai teigti, kad visoje Visatoje nėra tokio kūno, kuris galėtų išvengti juodosios skylės pritraukimo, būdamas arti, nes net greičiausias šviesos srautas negali išvengti šios įtakos. Einšteino reliatyvumo teorija puikiai padeda suprasti juodųjų skylių ypatybes. Remiantis šia teorija, gravitacija gali turėti įtakos laiko ir erdvės iškraipymui. Taip pat sakoma, kad kuo didesnis objektas kosmose, tuo labiau jis lėtina laiką. Atrodo, kad šalia pačios juodosios skylės laikas visiškai sustoja. Kai erdvėlaivis patenka į erdvės skylės veikimo lauką, galima būtų stebėti, kaip jis priartėdamas sulėtės, o galiausiai visai išnyks.
Jūs neturėtumėte labai bijoti tokių reiškinių kaip juodosios skylės ir tikėti visa šiuo metu galinčia egzistuoti nemoksline informacija. Visų pirma, turime išsklaidyti labiausiai paplitusią mitą, kad juodosios skylės gali įsiurbti visą aplinką esančią medžiagą ir objektus, o tai darydamos vis daugiau auga ir sugeria. Visa tai nėra visiškai tiesa. Taip, iš tiesų, jie gali sugerti kosminius kūnus ir materiją, bet tik tuos, kurie yra tam tikru atstumu nuo pačios skylės. Be galingos gravitacijos, jos mažai kuo skiriasi nuo įprastų milžiniškos masės žvaigždžių. Net kai mūsų Saulė pavirs juodąja skyle, ji galės traukti tik nedideliu atstumu esančius objektus, o visos planetos toliau suksis įprastomis orbitomis.
Remdamiesi reliatyvumo teorija, galime daryti išvadą, kad visi objektai, turintys stiprią gravitaciją, gali paveikti laiko ir erdvės kreivumą. Be to, kuo didesnė kūno masė, tuo stipresnis iškraipymas. Taigi visai neseniai mokslininkams pavyko tai pamatyti praktiškai, kai buvo galima apmąstyti kitus objektus, kurie mūsų akims turėjo būti nepasiekiami dėl didžiulių kosminių kūnų, tokių kaip galaktikos ar juodosios skylės. Visa tai įmanoma dėl to, kad šviesos spinduliai, praeinantys šalia juodosios skylės ar kito kūno, veikiami gravitacijos yra labai stipriai išlinkę. Toks iškraipymas leidžia mokslininkams pažvelgti kur kas toliau į kosmosą. Tačiau atliekant tokius tyrimus labai sunku nustatyti tikrąją tiriamo kūno vietą.
Juodosios skylės neatsiranda iš niekur, jos susidaro dėl supermasyvių žvaigždžių sprogimo. Be to, kad susidarytų juodoji skylė, sprogusios žvaigždės masė turi būti bent dešimt kartų didesnė už Saulės masę. Kiekviena žvaigždė egzistuoja dėl termobranduolinių reakcijų, vykstančių žvaigždės viduje. Šiuo atveju sintezės proceso metu išsiskiria vandenilio lydinys, tačiau jis negali palikti žvaigždės įtakos zonos, nes jo gravitacija pritraukia vandenilį atgal. Visas šis procesas leidžia žvaigždėms egzistuoti. Vandenilio sintezė ir žvaigždės gravitacija yra nusistovėję mechanizmai, tačiau šios pusiausvyros pažeidimas gali sukelti žvaigždės sprogimą. Daugeliu atvejų tai sukelia branduolinio kuro išeikvojimas.
Priklausomai nuo žvaigždės masės, galimi keli jų vystymosi scenarijai po sprogimo. Taigi, masyvios žvaigždės sudaro supernovos sprogimo lauką, o dauguma jų lieka už buvusios žvaigždės šerdies, astronautai tokius objektus vadina Baltosiomis nykštukais. Daugeliu atvejų aplink šiuos kūnus susidaro dujų debesis, kurį laiko šios nykštuko gravitacija. Galimas ir kitas supermasyvių žvaigždžių vystymosi būdas, kai susidariusi juodoji skylė labai stipriai pritrauks visą žvaigždės materiją į savo centrą, o tai lems jos stiprų suspaudimą.
Tokie suspausti kūnai vadinami neutroninėmis žvaigždėmis. Rečiausiais atvejais, po žvaigždės sprogimo, mūsų supratimu apie šį reiškinį gali susidaryti juodoji skylė. Tačiau norint sukurti skylę, žvaigždės masė turi būti tiesiog milžiniška. Tokiu atveju, sutrikus branduolinių reakcijų pusiausvyrai, žvaigždės gravitacija tiesiog išprotėja. Tuo pačiu metu jis pradeda aktyviai žlugti, o po to tampa tik tašku erdvėje. Kitaip tariant, galime sakyti, kad žvaigždė kaip fizinis objektas nustoja egzistuoti. Nepaisant to, kad ji išnyksta, už jos susidaro ta pati gravitacija ir masė juodoji skylė.
Būtent žvaigždžių žlugimas lemia tai, kad jos visiškai išnyksta, o jų vietoje susidaro juodoji skylė, kurios fizinės savybės yra tokios pat kaip ir išnykusi žvaigždė. Skirtumas yra tik didesnis skylės suspaudimo laipsnis, nei buvo žvaigždės tūris. Svarbiausias visų juodųjų skylių bruožas yra jų išskirtinumas, kuris lemia jos centrą. Ši sritis prieštarauja visiems fizikos, materijos ir erdvės dėsniams, kurie nustoja egzistuoti. Norėdami suprasti singuliarumo sąvoką, galime pasakyti, kad tai yra barjeras, vadinamas kosminių įvykių horizontu. Tai taip pat yra išorinė juodosios skylės riba. Singuliarumą galima pavadinti negrįžimo tašku, nes čia pradeda veikti milžiniška skylės gravitacinė jėga. Net šviesa, kuri kerta šį barjerą, negali ištrūkti.
Įvykių horizontas turi tokį patrauklų efektą, kad visus kūnus traukia šviesos greičiu, artėjant prie pačios juodosios skylės greičio rodikliai dar labiau padidėja. Štai kodėl visi objektai, patenkantys į šios jėgos veikimo zoną, yra pasmerkti įsiurbti į skylę. Reikėtų pažymėti, kad tokios jėgos gali modifikuoti kūną, kuris pateko į tokios traukos įtaką, po to jos ištemptos į ploną stygą, o tada visiškai nustoja egzistuoti erdvėje.
Atstumas tarp įvykių horizonto ir singuliarumo gali skirtis, ši erdvė vadinama Schwarzschildo spinduliu. Štai kodėl kuo didesnis juodosios skylės dydis, tuo didesnis bus veikimo spindulys. Pavyzdžiui, galime pasakyti, kad juodosios skylės, kurios masė būtų tokia pati kaip mūsų Saulės, Schwarzschildo spindulys būtų trys kilometrai. Atitinkamai, didelės juodosios skylės turi didesnį veikimo spindulį.
Juodųjų skylių paieška yra gana sudėtingas procesas, nes šviesa iš jų negali ištrūkti. Todėl paieška ir apibrėžimas remiasi tik netiesioginiais jų egzistavimo įrodymais. Paprasčiausias būdas juos rasti, kurį naudoja mokslininkai, yra jų paieška ieškant vietų tamsioje erdvėje, jei jos turi didelę masę. Daugeliu atvejų astronomai gali rasti juodųjų skylių dvinarėse žvaigždžių sistemose arba galaktikų centruose.
Dauguma astronomų linkę manyti, kad mūsų galaktikos centre taip pat yra itin galinga juodoji skylė. Šis teiginys kelia klausimą, ar ši skylė gali praryti viską mūsų galaktikoje? Tiesą sakant, tai neįmanoma, nes pati skylė turi tokią pat masę kaip ir žvaigždės, nes ji pagaminta iš žvaigždės. Be to, visi mokslininkų skaičiavimai nerodo jokių pasaulinių įvykių, susijusių su šiuo objektu. Be to, milijardus metų mūsų galaktikos kosminiai kūnai tyliai suksis aplink šią juodąją skylę be jokių pokyčių. Paukščių tako centre esančios skylės egzistavimo įrodymas gali būti mokslininkų užfiksuotos rentgeno bangos. Ir dauguma astronomų linkę manyti, kad juodosios skylės jas aktyviai spinduliuoja dideliais kiekiais.
Gana dažnai mūsų galaktikoje yra paplitusios žvaigždžių sistemos, susidedančios iš dviejų žvaigždžių, ir dažnai viena iš jų gali tapti juodąja skyle. Šioje versijoje juodoji skylė sugeria visus savo kelyje esančius kūnus, o materija pradeda suktis aplink ją, dėl to susidaro vadinamasis pagreičio diskas. Ypatybe galima vadinti tai, kad jis padidina sukimosi greitį ir artėja prie centro. Būtent į juodosios skylės vidurį patekusi materija skleidžia rentgeno spindulius, o pati materija sunaikinama.
Dvejetainės žvaigždžių sistemos yra pačios pirmosios kandidatės į juodosios skylės statusą. Tokiose sistemose lengviausia rasti juodąją skylę, dėl matomos žvaigždės tūrio galima apskaičiuoti ir nematomo bičiulio rodiklius. Šiuo metu pati pirmoji kandidatė į juodosios skylės statusą gali būti žvaigždė iš Cygnus žvaigždyno, kuri aktyviai skleidžia rentgeno spindulius.
Iš viso to, kas pasakyta, padarę išvadą apie juodąsias skyles, galime teigti, kad jos nėra toks pavojingas reiškinys, žinoma, esant artimam artumui, tai dėl gravitacijos jėgos galingiausi objektai kosminėje erdvėje. Todėl galime teigti, kad jie niekuo nesiskiria nuo kitų kūnų, pagrindinis jų bruožas – stiprus gravitacinis laukas.
Kalbant apie juodųjų skylių paskirtį, buvo pasiūlyta daugybė teorijų, tarp kurių buvo net absurdiškų. Taigi, pasak vieno iš jų, mokslininkai manė, kad juodosios skylės gali sukelti naujų galaktikų. Ši teorija remiasi tuo, kad mūsų pasaulis yra gana palanki vieta gyvybės atsiradimui, tačiau pasikeitus vienam iš veiksnių, gyvenimas būtų neįmanomas. Dėl šios priežasties juodųjų skylių fizikinių savybių kitimo ypatumai ir ypatumai gali sukelti visiškai naują Visatą, kuri gerokai skirsis nuo mūsų. Bet tai tik teorija ir gana silpna dėl to, kad nėra įrodymų apie tokį juodųjų skylių poveikį.
Kalbant apie juodąsias skyles, jos ne tik gali sugerti medžiagą, bet ir išgaruoti. Panašus reiškinys buvo įrodytas prieš kelis dešimtmečius. Dėl šio išgaravimo juodoji skylė gali prarasti visą savo masę ir visiškai išnykti.
Visa tai yra mažiausia informacija apie juodąsias skyles, kurią galite rasti portalo svetainėje. Taip pat turime daug įdomios informacijos apie kitus kosminius reiškinius.
Paskelbimo data: 2012-09-27Daugelis žmonių miglotai arba neteisingai įsivaizduoja, kas yra juodosios skylės. Tuo tarpu tai tokie globalūs ir galingi Visatos objektai, su kuriais palyginus mūsų planeta ir visas mūsų gyvenimas yra niekas.
Esmė
Tai kosminis objektas, turintis tokią didžiulę gravitaciją, kad sugeria viską, kas patenka į jo ribas. Tiesą sakant, juodoji skylė yra objektas, kuris net neišskiria šviesos ir išlenkia erdvėlaikį. Net laikas prie juodųjų skylių teka lėčiau.
Tiesą sakant, juodųjų skylių egzistavimas yra tik teorija (ir šiek tiek praktikos). Mokslininkai turi prielaidų ir praktinės patirties, tačiau dar nebuvo įmanoma iš arti ištirti juodųjų skylių. Štai kodėl juodosiomis skylėmis sąlygiškai vadinami visi objektai, kurie atitinka šį aprašymą. Juodosios skylės yra mažai ištirtos, todėl daug klausimų lieka neišspręsta.
Bet kuri juodoji skylė turi įvykių horizontą – tą ribą, po kurios niekas negali išeiti. Be to, kuo objektas arčiau juodosios skylės, tuo lėčiau jis juda.
Išsilavinimas
Yra keli juodųjų skylių formavimo tipai ir būdai:
- juodųjų skylių susidarymas dėl visatos formavimosi. Tokios juodosios skylės atsirado iškart po Didžiojo sprogimo.
- mirštančios žvaigždės. Kai žvaigždė praranda savo energiją ir termobranduolinės reakcijos sustoja, žvaigždė pradeda trauktis. Priklausomai nuo suspaudimo laipsnio, išskiriamos neutroninės žvaigždės, baltosios nykštukai ir, tiesą sakant, juodosios skylės.
- gavimas eksperimento būdu. Pavyzdžiui, greitintuve galite sukurti kvantinę juodąją skylę.
Versijos
Daugelis mokslininkų yra linkę manyti, kad juodosios skylės išmeta visą absorbuotą medžiagą kitur. Tie. turi būti „baltosios skylės“, kurios veikia kitu principu. Jei galite patekti į juodąją skylę, bet negalite išeiti, tada jūs negalite patekti į baltąją skylę. Pagrindinis mokslininkų argumentas – erdvėje užfiksuoti aštrūs ir galingi energijos pliūpsniai.
Stygų teoretikai paprastai sukūrė savo juodosios skylės modelį, kuris nesunaikina informacijos. Jų teorija vadinasi „Fuzzball“ – leidžia atsakyti į klausimus, susijusius su informacijos išskirtinumu ir išnykimu.
Kas yra informacijos singuliarumas ir išnykimas? Singuliarumas yra erdvės taškas, kuriam būdingas begalinis slėgis ir tankis. Daugelį glumina singuliarumo faktas, nes fizikai negali dirbti su begaliniais skaičiais. Daugelis yra įsitikinę, kad juodojoje skylėje yra singuliarumas, tačiau jos savybės aprašomos labai paviršutiniškai.
Paprastais žodžiais tariant, visos problemos ir nesusipratimai kyla iš kvantinės mechanikos ir gravitacijos santykio. Kol kas mokslininkai negali sukurti juos vienijančios teorijos. Štai kodėl kyla problemų dėl juodosios skylės. Juk juodoji skylė tarsi sunaikina informaciją, tačiau pažeidžiami kvantinės mechanikos pagrindai. Nors visai neseniai S.Hawkingas tarsi išsprendė šią problemą, pareiškęs, kad informacija juodosiose skylėse vis dar nėra sunaikinta.
stereotipai
Pirma, juodosios skylės negali egzistuoti neribotą laiką. Ir visa tai dėka Hokingo išgaravimo. Todėl nereikėtų manyti, kad juodosios skylės anksčiau ar vėliau praris Visatą.
Antra, mūsų Saulė netaps juodąja skyle. Kadangi mūsų žvaigždės masės nepakaks. Mūsų saulė greičiausiai pavirs baltąja nykštuke (ir tai nėra faktas).
Trečia, Didysis hadronų greitintuvas nesunaikins mūsų Žemės sukurdamas juodąją skylę. Net jei jie sąmoningai sukurs juodąją skylę ir ją „paleis“, dėl mažo dydžio ji sugers mūsų planetą labai labai ilgai.
Ketvirta, nemanykite, kad juodoji skylė yra „skylė“ erdvėje. Juodoji skylė yra sferinis objektas. Taigi dauguma nuomonių, kad juodosios skylės veda į paralelinę visatą. Tačiau šis faktas dar neįrodytas.
Penkta, juodoji skylė neturi spalvos. Jis aptinkamas arba rentgeno spinduliais, arba kitų galaktikų ir žvaigždžių fone (lęšio efektas).
Dėl to, kad žmonės dažnai painioja juodąsias skyles su kirmgraužomis (kurios iš tikrųjų egzistuoja), šios sąvokos tarp paprastų žmonių nėra skiriamos. Kirmgrauža tikrai leidžia judėti erdvėje ir laike, bet kol kas tik teoriškai.
Sudėtingi dalykai paprastais žodžiais
Sunku tokį reiškinį paprastais žodžiais apibūdinti kaip juodąją skylę. Jei laikote save tiksliuosius mokslus išmanančiu techniku, patariu tiesiogiai skaityti mokslininkų darbus. Jei norite sužinoti daugiau apie šį reiškinį, skaitykite Stepheno Hawkingo raštus. Jis daug nuveikė mokslo labui, o ypač juodųjų skylių srityje. Jo vardu pavadintas juodųjų skylių garavimas. Jis yra pedagoginio požiūrio šalininkas, todėl visi jo darbai bus suprantami net paprastam žmogui.
Knygos:
– Juodosios skylės ir jaunos visatos, 1993 m.
– Pasaulis trumpai 2001 m.
– metų „Trumpiausia visatos istorija 2005“.
Ypač noriu rekomenduoti jo mokslo populiarinimo filmus, kurie jums suprantama kalba pasakos ne tik apie juodąsias skyles, bet ir apskritai apie Visatą:
– „Stiveno Hokingo visata“ – 6 serijų serija.
– „Giliai į visatą su Stephenu Hawkingu“ – 3 serijų serija.
Visi šie filmai buvo išversti į rusų kalbą ir dažnai rodomi „Discovery“ kanaluose.
Ačiū už dėmesį!
Naujausi mokslo ir technikos patarimai:
Ar šis patarimas jums padėjo? Padėti projektui galite paaukodami bet kokią norimą sumą jo plėtrai. Pavyzdžiui, 20 rublių. Arba daugiau:)