Fapte interesante despre găurile negre (18 fotografii). Cum arată o gaură neagră
Citeste si
Genialul fizician teoretic și cosmolog Stephen Hawking îi place să vorbească despre subiecte care ne fac să regândim decorul fenomene științifice. În urmă cu câteva zile, noua sa cercetare a pus la îndoială existența unuia dintre cele mai misterioase fenomene din cosmos - găurile negre. Între timp, oamenii de știință încearcă să înțeleagă noul său studiu, vă sugerez să aflați Fapte interesante despre găurile negre.
Potrivit cercetătorului (care este descris în lucrarea „Conservarea informațiilor și previziunile meteorologice pentru găurile negre”), ceea ce numim găuri negre poate exista fără așa-numitul „orizont de evenimente”, dincolo de care nimic nu poate scăpa. Hawking crede că găurile negre rețin lumina și informațiile doar pentru o perioadă, apoi „scuipă” înapoi în spațiu, totuși, într-o formă destul de distorsionată.
Găurile negre și-au primit numele pentru că aspiră lumina care îi atinge limitele și nu o reflectă.
Formată în momentul în care o masă de materie suficient de comprimată deformează spațiul și timpul, o gaură neagră are o anumită suprafață, numită „orizont de evenimente”, care marchează punctul de neîntoarcere.
Găurile negre afectează trecerea timpului
Ceasurile merg mai încet aproape de nivelul mării decât la statie spatiala, și chiar mai lent lângă găurile negre. Are ceva de-a face cu gravitația.
Cea mai apropiată gaură neagră se află la aproximativ 1600 de ani lumină distanță.
Galaxia noastră este plină de găuri negre, dar cea mai apropiată, teoretic, capabilă să distrugă planeta noastră modestă este cu mult dincolo de sistemul nostru solar.
O gaură neagră uriașă se află în centrul galaxiei Calea Lactee.
Este situat la o distanță de 30 de mii de ani lumină de Pământ, iar dimensiunea sa este de peste 30 de milioane de ori mai mare decât Soarele nostru.
Găurile negre se evaporă în cele din urmă
Se crede că nimic nu poate scăpa dintr-o gaură neagră. Singura excepție de la această regulă este radiația. Potrivit unor oameni de știință, pe măsură ce găurile negre emit radiații, ele pierd din masă. Ca urmare a acestui proces, gaura neagră poate dispărea cu totul.
Găurile negre au formă de sfere, nu de pâlnii.
În majoritatea manualelor, veți vedea găuri negre care arată ca niște pâlnii. Acest lucru se datorează faptului că sunt ilustrate dintr-o perspectivă gravitațională. În realitate, sunt mai mult ca o sferă.
Lângă o gaură neagră totul este distorsionat
Găurile negre au capacitatea de a deforma spațiul și, deoarece se rotesc, distorsiunea se înrăutățește pe măsură ce se învârt.
O gaură neagră poate ucide într-un mod îngrozitor
Deși pare evident că o gaură neagră este incompatibilă cu viața, majoritatea oamenilor cred că ar fi doar zdrobiți acolo. Nu este necesar. Cel mai probabil ai fi întins până la moarte, deoarece partea din corp care a ajuns prima la „orizontul evenimentelor” ar fi semnificativ mai afectată de gravitație.
Găurile negre nu sunt întotdeauna negre
Deși sunt cunoscuți pentru întuneric, așa cum am spus mai devreme, de fapt radiază undele electromagnetice.
Găurile negre pot nu numai să distrugă
Desigur, în cele mai multe cazuri este. Cu toate acestea, există numeroase teorii, studii și sugestii conform cărora găurile negre pot fi într-adevăr adaptate pentru energie și călătorii în spațiu.
Descoperirea găurilor negre nu îi aparține lui Albert Einstein
Albert Einstein a reînviat teoria găurilor negre abia în 1916. Cu mult înainte de asta, în 1783, un om de știință pe nume John Mitchell a dezvoltat pentru prima dată această teorie. Aceasta a venit după ce s-a întrebat dacă gravitația ar putea deveni atât de puternică încât nici măcar particulele ușoare nu ar putea scăpa de ea.
Găurile negre bâzâie
Deși vidul din spațiu nu prea transmite unde sonore dacă ascultă cu unelte speciale, puteți auzi sunetele zgomotului atmosferic. Când o gaură neagră trage ceva înăuntru, orizontul ei de evenimente accelerează particulele, până la viteza luminii, iar acestea produc un zumzet.
Găurile negre pot genera elementele necesare originii vieții
Cercetătorii cred că găurile negre creează elemente pe măsură ce se descompun în particule subatomice. Aceste particule sunt capabile să creeze elemente mai grele decât heliul, cum ar fi fierul și carbonul, precum și multe altele necesare formării vieții.
Găurile negre nu doar „înghită”, ci și „scuipă”
Găurile negre sunt renumite pentru că absorb orice în apropierea orizontului lor de evenimente. După ce ceva cade într-o gaură neagră, este comprimat cu o forță atât de monstruoasă încât componentele individuale sunt comprimate și în cele din urmă se dezintegrează în particule subatomice. Unii oameni de știință sugerează că această materie este apoi ejectată din ceea ce se numește „gaura albă”.
Orice materie poate deveni o gaură neagră
CU punct tehnic viziune, nu numai stelele pot deveni găuri negre. Dacă cheile mașinii tale ar fi micșorate la un punct infinitezimal în timp ce își păstrează masa, densitatea lor ar atinge niveluri astronomice și gravitația lor ar crește incredibil.
Legile fizicii eșuează în centrul unei găuri negre
Conform teoriilor, materia din interiorul unei găuri negre este comprimată la o densitate infinită, iar spațiul și timpul încetează să mai existe. Când se întâmplă acest lucru, legile fizicii se strică, pur și simplu pentru că mintea umană nu poate imagina un obiect care are volum zero și densitate infinită.
Găurile negre determină numărul de stele
Potrivit unor oameni de știință, numărul de stele din univers este limitat de numărul de găuri negre. Acest lucru se datorează modului în care aceștia afectează norii de gaz și formarea elementelor în acele părți ale universului în care se nasc stele noi.
A primit acest nume datorită faptului că absoarbe lumina, dar nu o reflectă ca și alte obiecte. De fapt, există multe fapte despre găurile negre, iar astăzi vom vorbi despre unele dintre cele mai interesante. Până de curând, se credea că gaură neagră în spațiu aspiră tot ce este în apropiere sau zboară pe lângă ea: planeta este un gunoi, dar recent oamenii de știință au început să afirme că, după un timp, conținutul „scuipă” înapoi, doar într-o formă complet diferită. Dacă sunteți interesat găuri negre în spațiu fapte interesante despre ele vom vorbi mai detaliat astăzi.
Există o amenințare la adresa Pământului?
Există două găuri negre care pot reprezenta amenințare reală planeta noastră, dar ei sunt, din fericire pentru noi, departe, la o distanță de aproximativ 1600 de ani lumină. Oamenii de știință au putut detecta aceste obiecte doar pentru că erau aproape sistem solarȘi dispozitive speciale, captând raze X, au putut să le vadă. Există o presupunere că forța uriașă a gravitației poate afecta găurile negre în așa fel încât acestea să fuzioneze într-una singură.
Este puțin probabil ca vreunul dintre contemporanii săi să poată surprinde momentul în care aceste obiecte misterioase dispar. Atât de încet este procesul de moarte a găurilor.
O gaură neagră este o stea în trecut
Cum se formează găurile negre în spațiu?? Stelele au o cantitate impresionantă de combustibil de fuziune, motiv pentru care strălucesc atât de puternic. Dar toate resursele se epuizează, iar steaua se răcește, pierzându-și treptat strălucirea și transformându-se într-o pitică neagră. Se știe că într-o stea răcită are loc un proces de compresie, ca urmare, explodează, iar particulele sale se împrăștie pe distanțe mari în spațiu, atrăgând obiectele învecinate, crescând astfel dimensiunea găurii negre.
Cel mai interesant despre găurile negre din spațiu trebuie încă să studiem, dar în mod surprinzător, densitatea sa, în ciuda dimensiunilor sale impresionante, poate fi egală cu densitatea aerului. Acest lucru sugerează că chiar și cele mai mari obiecte din spațiu pot avea aceeași greutate ca aerul, adică să fie incredibil de ușoare. Aici Cum apar găurile negre în spațiu?.
Timpul în gaura neagră în sine și în apropierea ei curge foarte lent, astfel încât obiectele care zboară în apropiere își încetinesc mișcarea. Motivul pentru tot este forța uriașă a gravitației, chiar mai mult informatie uimitoare, toate procesele care au loc în gaura în sine au o viteză incredibilă. Să presupunem că dacă observăm cum arată o gaură neagră în spațiu, fiind în afara granițelor masei atotconsumătoare, se pare că totul stă pe loc. Cu toate acestea, de îndată ce obiectul intra înăuntru, acesta va fi rupt într-o clipă. Astăzi ni se arată Cum arată o gaură neagră în spațiu? modelat prin programe speciale.
Definiția unei găuri negre?
Acum știm De unde provin găurile negre din spațiu?. Dar ce altceva este special la ei? A spune că o gaură neagră este o planetă sau o stea este imposibil a priori, deoarece acest corp nu este nici gazos, nici solid. Acesta este un obiect care poate distorsiona nu numai lățimea, lungimea și înălțimea, ci și cronologia. Ceea ce sfidează complet legile fizice. Oamenii de știință susțin că timpul din regiunea orizontului unei unități spațiale se poate deplasa înainte și înapoi. Ce este într-o gaură neagră în spațiu este imposibil de imaginat, cuantele de lumină care cad acolo sunt înmulțite de câteva ori cu masa singularității, acest proces crește puterea forței gravitaționale. Prin urmare, dacă iei o lanternă cu tine și mergi într-o gaură neagră, aceasta nu va străluci. Singularitatea este punctul în care totul tinde spre infinit.
Structura unei găuri negre este o singularitate și un orizont de evenimente. În interiorul singularității, teoriile fizice își pierd complet sensul, așa că rămâne încă un mister pentru oamenii de știință. Trecând granița (orizontul evenimentului), obiectul fizic își pierde capacitatea de a se întoarce. Știm departe de totul despre găurile negre din spațiu, dar interesul pentru ele nu dispare.
Zilele trecute, Stephen Hawking a trezit comunitatea științifică declarând că găurile negre nu există. Mai degrabă, nu sunt deloc ceea ce se credea anterior.
Potrivit cercetătorului (care este descris în lucrarea „Conservarea informațiilor și previziunile meteorologice pentru găurile negre”), ceea ce numim găuri negre poate exista fără așa-numitul „orizont de evenimente”, dincolo de care nimic nu poate scăpa. Hawking crede că găurile negre rețin lumină și informații doar pentru o perioadă, apoi „scuipă” înapoi în spațiu, totuși, într-o formă destul de distorsionată.
În timp ce comunitatea științifică digeră noua teorie, am decis să reamintim cititorului nostru ceea ce au fost considerate până acum „fapte ale găurii negre”. Deci, până acum se credea că:
Găurile negre și-au primit numele pentru că aspiră lumina care îi atinge limitele și nu o reflectă.
Formată în momentul în care o masă de materie suficient de comprimată deformează spațiul și timpul, o gaură neagră are o anumită suprafață, numită „orizont de evenimente”, care marchează punctul de neîntoarcere.
Aproape de nivelul mării, ceasurile merg mai încet decât pe o stație spațială și chiar mai încet în apropierea găurilor negre. Are ceva de-a face cu gravitația.
Cea mai apropiată gaură neagră se află la aproximativ 1600 de ani lumină distanță.
Galaxia noastră este plină de găuri negre, dar cea mai apropiată, teoretic, capabilă să distrugă planeta noastră modestă este cu mult dincolo de sistemul nostru solar.
O gaură neagră uriașă se află în centrul galaxiei Calea Lactee.
Este situat la o distanță de 30 de mii de ani lumină de Pământ, iar dimensiunea sa este de peste 30 de milioane de ori mai mare decât Soarele nostru.
Găurile negre se evaporă în cele din urmă
Se crede că nimic nu poate scăpa dintr-o gaură neagră. Singura excepție de la această regulă este radiația. Potrivit unor oameni de știință, pe măsură ce găurile negre emit radiații, ele pierd din masă. Ca urmare a acestui proces, gaura neagră poate dispărea cu totul.
Găurile negre au formă de sfere, nu de pâlnii.
În majoritatea manualelor, veți vedea găuri negre care arată ca niște pâlnii. Acest lucru se datorează faptului că sunt ilustrate dintr-o perspectivă gravitațională. În realitate, sunt mai mult ca o sferă.
Lângă o gaură neagră totul este distorsionat
Găurile negre au capacitatea de a deforma spațiul și, deoarece se rotesc, distorsiunea se înrăutățește pe măsură ce se învârt.
O gaură neagră poate ucide într-un mod îngrozitor
Deși pare evident că o gaură neagră este incompatibilă cu viața, majoritatea oamenilor cred că ar fi doar zdrobiți acolo. Nu este necesar. Cel mai probabil ai fi întins până la moarte, deoarece partea din corp care a ajuns prima la „orizontul evenimentelor” ar fi semnificativ mai afectată de gravitație.
Găurile negre nu sunt întotdeauna negre
Deși sunt cunoscuți pentru întuneric, așa cum am spus mai devreme, ei radiază de fapt unde electromagnetice.
Găurile negre nu pot doar să distrugă
Desigur, în cele mai multe cazuri este. Cu toate acestea, există numeroase teorii, studii și sugestii conform cărora găurile negre pot fi într-adevăr adaptate pentru energie și călătorii în spațiu.
Descoperirea găurilor negre nu îi aparține lui Albert Einstein
Albert Einstein a reînviat teoria găurilor negre abia în 1916. Cu mult înainte de asta, în 1783, un om de știință pe nume John Mitchell a dezvoltat pentru prima dată această teorie. Aceasta a venit după ce s-a întrebat dacă gravitația ar putea deveni atât de puternică încât nici măcar particulele ușoare nu ar putea scăpa de ea.
Găurile negre bâzâie
Deși vidul din spațiu nu transmite efectiv unde sonore, dacă asculți cu instrumente speciale, poți auzi sunetele interferențelor atmosferice. Când o gaură neagră trage ceva înăuntru, orizontul ei de evenimente accelerează particulele, până la viteza luminii, iar acestea produc un zumzet.
Găurile negre pot genera elementele necesare originii vieții
Cercetătorii cred că găurile negre creează elemente pe măsură ce se descompun în particule subatomice. Aceste particule sunt capabile să creeze elemente mai grele decât heliul, cum ar fi fierul și carbonul, precum și multe altele necesare formării vieții.
Găurile negre nu doar „înghită”, ci și „scuipă”
Găurile negre sunt renumite pentru că absorb orice în apropierea orizontului lor de evenimente. După ce ceva cade într-o gaură neagră, este comprimat cu o forță atât de monstruoasă încât componentele individuale sunt comprimate și în cele din urmă se dezintegrează în particule subatomice. Unii oameni de știință sugerează că această materie este apoi ejectată din ceea ce se numește „gaura albă”.
Orice materie poate deveni o gaură neagră
Din punct de vedere tehnic, nu numai stelele pot deveni găuri negre. Dacă cheile mașinii tale ar fi micșorate la un punct infinitezimal, păstrându-și masa, densitatea lor ar atinge niveluri astronomice și gravitația lor ar crește incredibil.
Legile fizicii eșuează în centrul unei găuri negre
Conform teoriilor, materia din interiorul unei găuri negre este comprimată la o densitate infinită, iar spațiul și timpul încetează să mai existe. Când se întâmplă acest lucru, legile fizicii se strică, pur și simplu pentru că mintea umană nu poate imagina un obiect care are volum zero și densitate infinită.
Găurile negre determină numărul de stele
Potrivit unor oameni de știință, numărul de stele din univers este limitat de numărul de găuri negre. Acest lucru se datorează modului în care aceștia afectează norii de gaz și formarea elementelor în acele părți ale universului în care se nasc stele noi.
>Luați în considerare cele misterioase și invizibile găuri negreîn Univers: fapte interesante, cercetările lui Einstein, tipuri supermasive și intermediare, teorie, structură.
- unul dintre cele mai interesante și misterioase obiecte din spațiul cosmic. Poseda densitate mare, iar forța gravitațională este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa de ea.
Pentru prima dată, Albert Einstein a vorbit despre găurile negre în 1916, când a creat teoria generală a relativității. Termenul în sine a apărut în 1967 datorită lui John Wheeler. Și prima gaură neagră a fost „remarcată” în 1971.
Clasificarea găurilor negre include trei tipuri: găuri negre cu masă stelară, găuri negre cu masă supermasivă și intermediară. Asigurați-vă că urmăriți videoclipul despre găurile negre pentru a afla o mulțime de fapte interesante și pentru a cunoaște mai bine aceste formațiuni cosmice misterioase.
Fapte interesante despre găurile negre
- Dacă te afli într-o gaură neagră, atunci gravitația te va întinde. Dar nu trebuie să-ți fie frică, pentru că vei muri înainte de a ajunge măcar la singularitate. Un studiu din 2012 a sugerat că efectele cuantice transformă orizontul evenimentelor într-un zid de foc care te transformă într-un morman de cenușă.
- Găurile negre nu „aspiră”. Acest proces este cauzat de vid, care nu este prezent în această formațiune. Deci materialul pur și simplu cade.
- Prima gaură neagră a fost Cygnus X-1, găsită de rachete cu contoare Geiger. În 1971, oamenii de știință au primit un semnal radio de la Cygnus X-1. Acest obiect a devenit subiectul unei dispute între Kip Thorne și Stephen Hawking. Acesta din urmă credea că aceasta nu este o gaură neagră. În 1990, a recunoscut înfrângerea.
- Minuscule găuri negre ar fi putut apărea imediat după big bang. Spațiul care se rotește rapid a stors unele zone în găuri dense, cu o masivitate mai mică decât Soarele.
- Dacă steaua se apropie prea mult, se poate rupe.
- Potrivit estimărilor generale, există până la aproximativ un miliard de găuri negre stelare cu o masă de trei ori mai mare decât cea a soarelui.
- Dacă comparăm teoria corzilor și mecanica clasică, atunci prima generează mai multe varietăți de giganți masivi.
Pericolul găurilor negre
Când o stea rămâne fără combustibil, poate începe procesul de autodistrugere. Dacă masa sa ar fi de trei ori mai mare decât cea a Soarelui, atunci miezul rămas ar deveni stea neutronică sau pitică albă. Dar steaua mai mare se transformă într-o gaură neagră.
Astfel de obiecte sunt mici, dar au o densitate incredibilă. Imaginează-ți că în fața ta se află un obiect de mărimea unui oraș, dar masa lui este de trei ori mai mare decât a soarelui. Acest lucru creează o forță gravitațională incredibil de uriașă care atrage praful și gazul, mărindu-i dimensiunea. Veți fi surprins, dar în el pot fi localizate câteva sute de milioane de găuri negre stelare.
Găuri negre supermasive
Desigur, nimic din univers nu se compară cu terifiantele găuri negre supermasive. Ele sunt de miliarde de ori masa Soarelui. Se crede că astfel de obiecte există în aproape fiecare galaxie. Oamenii de știință nu cunosc încă toate complexitățile procesului de formare. Cel mai probabil, cresc datorită acumulării de masă din praful și gazul din jur.
Poate că își datorează amploarea fuziunii a mii de mici găuri negre. Sau un întreg grup de stele s-ar putea prăbuși.
Găuri negre în centrul galaxiilor
Astrofizicianul Olga Silchenko despre descoperirea unei găuri negre supermasive în Nebuloasa Andromeda, cercetări de John Kormendy și corpuri gravitatorii întunecate:
Natura surselor radio cosmice
Astrofizicianul Anatoly Zasov despre radiația sincrotron, găurile negre din nucleele galaxiilor îndepărtate și gazul neutru:
găuri negre intermediare
Recent, oamenii de știință au descoperit noul fel- găuri negre de masă medie (intermediară). Ele se pot forma atunci când stelele dintr-un cluster se ciocnesc într-o reacție în lanț. Ca urmare, ele cad în centru și formează o gaură neagră supermasivă.
În 2014, astronomii au descoperit un tip intermediar în brațul unei galaxii spirale. Sunt foarte greu de găsit deoarece pot fi amplasate în locuri imprevizibile.
micro găuri negre
Fizicianul Eduard Boos despre siguranța LHC, nașterea unei microgăuri negre și conceptul de membrană:
Teoria găurilor negre
Găurile negre sunt obiecte extrem de masive, dar acoperă o cantitate relativ modestă de spațiu. În plus, au o gravitate uriașă, nepermițând obiectelor (și chiar luminii) să-și părăsească teritoriul. Cu toate acestea, ele nu pot fi văzute direct. Cercetătorii trebuie să se îndrepte către radiația care iese atunci când o gaură neagră este alimentată.
Interesant, se întâmplă că materia care se îndreaptă spre o gaură neagră sări de pe orizontul evenimentelor și să fie aruncată afară. În acest caz, se formează jeturi strălucitoare de material, mergând mai departe viteze relativiste. Aceste emisii pot fi fixate la distanțe mari.
- obiecte uimitoare în care forța gravitației este atât de mare încât poate îndoi lumina, deformează spațiul și distorsionează timpul.
Există trei straturi în găurile negre: orizonturile evenimentelor exterior și interior și singularitatea.
Orizontul de evenimente al unei găuri negre este granița în care lumina nu are șanse să scape. De îndată ce o particulă traversează această graniță, nu va putea părăsi. Regiunea interioară în care se află masa găurii negre se numește singularitate.
Dacă vorbim din punctul de vedere al mecanicii clasice, atunci nimic nu poate lăsa o gaură neagră. Dar cuantica își face propria corecție. Faptul este că fiecare particulă are o antiparticulă. Au aceleași mase, dar sarcini diferite. Dacă se intersectează, se pot anihila reciproc.
Când o astfel de pereche apare în afara orizontului evenimentului, atunci unul dintre ei poate fi atras, iar al doilea va fi respins. Din această cauză, orizontul se poate micșora, iar gaura neagră se poate prăbuși. Oamenii de știință încă încearcă să studieze acest mecanism.
acumulare
Astrofizicianul Serghei Popov despre găurile negre supermasive, formarea planetelor și acumularea de materie în Universul timpuriu:
Cele mai cunoscute găuri negre
Întrebări frecvente despre găurile negre
Dacă este mai mare, atunci o gaură neagră este o anumită zonă din spațiu în care este concentrată o cantitate atât de mare de masă încât niciun obiect nu poate scăpa de influența gravitațională. Când vine vorba de gravitație, ne bazăm pe teoria generală a relativității propusă de Albert Einstein. Pentru a înțelege detaliile obiectului studiat, ne vom deplasa pas cu pas.
Să ne imaginăm că ești la suprafața planetei și arunci o piatră. Dacă nu ai puterea lui Hulk, nu vei putea aplica suficientă forță. Apoi piatra se va ridica la o anumită înălțime, dar sub presiunea gravitației se va prăbuși înapoi. Dacă aveți potențialul ascuns al omului puternic verde, atunci puteți oferi obiectului o accelerație suficientă, datorită căreia acesta părăsește complet zona de influență gravitațională. Aceasta se numește „viteză fugitivă”.
Dacă este defalcat într-o formulă, atunci această viteză depinde de masa planetară. Cu cât este mai mare, cu atât prinderea gravitațională este mai puternică. Viteza de plecare va depinde exact de locul în care vă aflați: cu cât mai aproape de centru, cu atât este mai ușor să ieșiți. Viteza de plecare a planetei noastre este de 11,2 km/s, dar este de 2,4 km/s.
Ne apropiem de cel mai interesant. Să presupunem că aveți un obiect cu o concentrație incredibilă de masă adunat într-un loc mic. În acest caz, viteza de evacuare depășește viteza luminii. Și știm că nimic nu se mișcă mai repede decât acest indicator, ceea ce înseamnă că nimeni nu poate depăși o astfel de forță și nu poate scăpa. Nici măcar un fascicul de lumină nu o poate face!
În secolul al XVIII-lea, Laplace a reflectat asupra concentrației extreme de masă. După teorie generală Relativitatea Karl Schwarzschild a fost capabil să găsească o soluție matematică la ecuația teoriei pentru a descrie un astfel de obiect. Alte contribuții au fost făcute de Oppenheimer, Wolkoff și Snyder (1930). Din acel moment, oamenii au început să discute serios acest subiect. A devenit clar că atunci când o stea masivă rămâne fără combustibil, nu poate rezista forței gravitației și trebuie să se prăbușească într-o gaură neagră.
În teoria lui Einstein, gravitația este o manifestare a curburii în spațiu și timp. Faptul este că regulile geometrice obișnuite nu funcționează aici și obiectele masive distorsionează spațiu-timp. O gaură neagră are proprietăți bizare, așa că distorsiunea ei este cel mai clar vizibilă. De exemplu, un obiect are un „orizont de evenimente”. Aceasta este suprafața sferei, marcând caracteristica găurii. Adică, dacă treci peste această limită, atunci nu există întoarcere.
Literal, acesta este locul în care viteza de evadare este egală cu viteza luminii. În afara acestui punct, viteza de evacuare este mai mică decât viteza luminii. Dar dacă racheta ta este capabilă să accelereze, atunci va fi suficientă energie pentru a scăpa.
Orizontul în sine este destul de ciudat în ceea ce privește geometria. Dacă ești departe, vei simți că te uiți la o suprafață statică. Dar dacă te apropii, atunci realizezi că se mișcă spre exterior cu viteza luminii! Acum înțeleg de ce este ușor să intri, dar atât de greu să scapi. Da, acest lucru este foarte confuz, pentru că de fapt orizontul stă nemișcat, dar în același timp se grăbește cu viteza luminii. Este ca în situația cu Alice, care trebuia să alerge cât mai repede doar pentru a rămâne pe loc.
La atingerea orizontului, spațiul și timpul experimentează o distorsiune atât de puternică, încât coordonatele încep să descrie rolurile distanței radiale și ale timpului de comutare. Adică „r”, care marchează distanța față de centru, devine temporar, iar „t” este acum responsabil pentru „spațialitate”. Drept urmare, nu te vei putea opri din mișcare cu un r mai mic, așa cum nu vei putea intra în viitor în timp normal. Veți ajunge la o singularitate, unde r = 0. Puteți arunca rachete, puteți porni motorul la maximum, dar nu puteți scăpa.
Termenul „gaura neagră” a fost inventat de John Archibald Wheeler. Înainte de asta, erau numite „stele răcite”.
Fizicianul Emil Akhmedov despre studiul găurilor negre, Karl Schwarzschild și al găurilor negre gigantice:
Există două moduri de a calcula cât de mare este ceva. Puteți numi masa sau ce dimensiune ocupă zona. Dacă luăm primul criteriu, atunci nu există o limită specifică a masivității unei găuri negre. Puteți folosi orice cantitate atâta timp cât o puteți comprima la densitatea potrivită.
Majoritatea acestor formațiuni au apărut după moartea stelelor masive, așa că ne putem aștepta ca greutatea lor să fie echivalentă. Masa tipică pentru o astfel de gaură ar trebui să fie de 10 ori mai mare decât cea a soarelui - 10 31 kg. În plus, fiecare galaxie trebuie să aibă o gaură neagră supermasivă centrală, a cărei masă o depășește de un milion de ori pe cea solară - 10 36 kg.
Cu cât obiectul este mai masiv, cu atât mai multă masă cuprinde. Raza orizontului și masa sunt direct proporționale, adică dacă o gaură neagră cântărește de 10 ori mai mult decât alta, atunci raza ei este de 10 ori mai mare. Raza unei găuri cu masivitate solară este de 3 km, iar dacă este de un milion de ori mai mare, atunci 3 milioane de km. Se pare că acestea sunt lucruri incredibil de masive. Dar să nu uităm că pentru astronomie este concepte standard. Raza solară ajunge la 700.000 km, în timp ce o gaură neagră are de 4 ori mai mult.
Să presupunem că nu ai noroc și nava ta se îndreaptă inexorabil către o gaură neagră supermasivă. Nu are rost să lupți. Tocmai ai oprit motoarele și mergi spre inevitabil. La ce să te aștepți?
Să începem cu imponderabilitate. Ești în cădere liberă, așa că echipajul, nava și toate detaliile sunt fără greutate. Cu cât te apropii mai mult de centrul găurii, cu atât se simt mai puternice forțele gravitaționale ale mareelor. De exemplu, picioarele tale sunt mai aproape de centru decât capul. Apoi începi să simți că ești întins. În cele din urmă, vei fi doar rupt în bucăți.
Aceste forțe sunt discrete până când ajungi la 600.000 km de centru. E deja dincolo de orizont. Dar vorbim despre un obiect imens. Dacă cazi într-o gaură cu masă solară, forțele mareelor te-ar înghiți la 6.000 km de centru și te-ar sfâșia înainte de a ajunge la orizont (de aceea te trimitem într-o gaură mare ca să poți muri în interiorul găurii, nu pe drum) .
Ce e inauntru? Nu vreau să dezamăgesc, dar nimic remarcabil. Unele obiecte pot fi distorsionate în aparență și nimic altceva ieșit din comun. Chiar și după ce ai traversat orizontul, vei vedea lucrurile în jurul tău în timp ce se mișcă cu tine.
Cât timp vor dura toate acestea? Totul depinde de distanța ta. De exemplu, ați pornit de la un punct de repaus, unde singularitatea este de 10 ori mai mare decât raza găurii. Va dura doar 8 minute pentru a se apropia de orizont, iar apoi încă 7 secunde pentru a intra în singularitate. Dacă cazi într-o mică gaură neagră, atunci totul se va întâmpla mai repede.
De îndată ce treci peste orizont, poți trage rachete, țipi și plângi. Ai la dispoziție 7 secunde pentru toate acestea, până ajungi în singularitate. Dar nimic nu va salva. Așa că bucurați-vă de plimbare.
Să presupunem că ești condamnat și căzi într-o groapă, iar prietena/iubita ta privesc de departe. Ei bine, el va vedea lucrurile altfel. El va observa că mai aproape de orizont vei încetini. Dar chiar dacă o persoană stă o sută de ani, nu va aștepta până când ajungi la orizont.
Să încercăm să explicăm. O gaură neagră ar fi putut veni de la o stea care se prăbușește. Din moment ce materialul este distrus, Cyril (lasă-l să-ți fie prieten) îi vede scăderea, dar nu va observa niciodată apropierea orizontului. De aceea au fost numite „stelele înghețate”, pentru că par să înghețe cu o anumită rază.
Ce s-a întâmplat? Să-i spunem o iluzie optică. Pentru a forma o gaură, infinitul nu este necesar, precum și pentru a traversa orizontul. Pe măsură ce te apropii, lumina durează mai mult să ajungă la Cyril. Pentru a fi mai precis, radiația în timp real de la tranziția ta va fi fixată la orizont pentru totdeauna. Ai trecut deja peste linie de mult timp, iar Kirill încă urmărește semnalul luminos.
Sau te poți apropia din cealaltă parte. Timpul se întinde mai mult în apropierea orizontului. De exemplu, ai o navă super-puternică. Ai reușit să te apropii de orizont, să stai acolo câteva minute și să ieși în viață la Kirill. Pe cine vei vedea? Om batran! Pentru tine, timpul a trecut mult mai încet.
Ce este atunci adevărat? Iluzie sau joc al timpului? Totul depinde de sistemul de coordonate folosit pentru a descrie gaura neagră. Dacă ne bazăm pe coordonatele Schwarzschild, atunci când traversăm orizontul, coordonata de timp (t) este echivalată cu infinit. Dar indicatorii acestui sistem oferă o vedere neclară a ceea ce se întâmplă lângă obiectul însuși. La linia orizontului, toate coordonatele sunt distorsionate (singularitate). Dar puteți folosi ambele sisteme de coordonate, așa că două răspunsuri sunt valide.
În realitate, vei deveni pur și simplu invizibil, iar Cyril va înceta să te vadă chiar înainte de a trece mult timp. Nu uitați de redshift. Emiteți lumină observabilă la o anumită lungime de undă, dar Cyril o va vedea la o lungime de undă mai mare. Valurile se lungesc pe măsură ce se apropie de orizont. În plus, nu uitați că radiațiile apar în anumiți fotoni.
De exemplu, în momentul tranziției, veți trimite ultimul foton. Va ajunge la Cyril la un anumit timp finit (aproximativ o oră pentru o gaură neagră supermasivă).
Desigur că nu. Nu uitați de existența orizontului evenimentelor. Doar din această zonă nu poți ieși. Este suficient să nu te apropii de ea și să te simți calm. Mai mult, de la o distanta sigura, acest obiect ti se va parea cel mai obisnuit.
Paradoxul informațional al lui Hawking
Fizicianul Emil Akhmedov asupra efectului gravitației asupra undelor electromagnetice, paradoxul informațional al găurilor negre și principiul predictibilității în știință:
Nu intrați în panică, deoarece Soarele nu se va transforma niciodată într-un astfel de obiect pentru că pur și simplu nu are suficientă masă. Mai mult, își va păstra curentul aspectîncă 5 miliarde de ani. Apoi va trece la stadiul gigantului roșu, absorbind Mercur, Venus și prăjind bine planeta noastră, iar apoi va deveni o pitică albă obișnuită.
Dar să ne răsfățăm cu fantezie. Deci soarele a devenit o gaură neagră. Pentru început, întunericul și frigul ne vor învălui imediat. Pământul și alte planete nu vor fi aspirate în gaură. Ele vor continua să se învârtească în jurul noului obiect pe orbite normale. De ce? Pentru că orizontul va ajunge la doar 3 km, iar gravitația nu va putea face nimic cu noi.
Da. Desigur, nu ne putem baza pe observația vizibilă, deoarece lumina nu reușește să scape. Dar există dovezi circumstanțiale. De exemplu, vedeți o zonă în care ar putea exista o gaură neagră. Cum se verifică? Începeți prin a vă măsura greutatea. Dacă este clar că există prea mult într-o zonă sau este, așa cum ar fi, invizibil, atunci ești pe calea cea buna. Există două puncte de căutare: centrul galactic și sistemele binare cu raze X.
Astfel, obiecte centrale masive au fost găsite în 8 galaxii, a căror masă de nuclee variază de la un milion la un miliard solar. Masa se calculează observând viteza de rotație a stelelor și a gazului în jurul centrului. Cu cât mai repede, cu atât trebuie să fie mai mare pentru a le menține pe orbită.
Aceste obiecte masive sunt considerate găuri negre din două motive. Ei bine, pur și simplu nu există alte opțiuni. Nu există nimic mai masiv, mai întunecat și mai compact. În plus, există o teorie conform căreia toate galaxiile active și mari au un astfel de monstru ascuns în centru. Cu toate acestea, aceasta nu este o dovadă 100%.
Dar două descoperiri recente vorbesc în favoarea teoriei. În apropierea celei mai apropiate galaxii active, în apropierea nucleului a fost observat un sistem „water maser” (o sursă puternică de radiații cu microunde). Folosind un interferometru, oamenii de știință au afișat distribuția vitezelor gazului. Adică, au măsurat viteza în decurs de jumătate de an lumină în centrul galactic. Acest lucru i-a ajutat să înțeleagă că în interior există un obiect masiv, a cărui rază ajunge la jumătate de an lumină.
A doua descoperire este și mai convingătoare. Folosind raze X, cercetătorii au dat peste linia spectrală a nucleului galactic, indicând prezența atomilor din apropiere, a căror viteză este incredibil de mare (1/3 din viteza luminii). În plus, radiația corespundea deplasării spre roșu, care corespunde orizontului găurii negre.
O altă clasă poate fi găsită în Calea Lactee. Acestea sunt găuri negre stelare care se formează după o explozie de supernovă. Dacă ar exista separat, atunci chiar și aproape cu greu am observa. Dar suntem norocoși, pentru că majoritatea există în sisteme binare. Sunt ușor de găsit, deoarece gaura neagră va trage masa vecinului său și o va influența gravitațional. Materialul „smuls” formează un disc de acreție, în care totul se încălzește, ceea ce înseamnă că creează radiații puternice.
Să presupunem că ai reușit să găsești un sistem binar. Cum să înțelegeți că un obiect compact este o gaură neagră? Ne îndreptăm din nou către mase. Pentru a face acest lucru, măsurați viteza orbitală a unei stele vecine. Dacă masa este incredibil de mare pentru o dimensiune atât de mică, atunci nu mai există opțiuni.
Acesta este un mecanism complex. Stephen Hawking a ridicat un subiect similar încă din anii 1970. El a spus că găurile negre nu sunt tocmai „negre”. Există efecte mecanice cuantice care îl determină să creeze radiații. Treptat, gaura începe să se micșoreze. Rata de radiație crește odată cu scăderea masei, astfel încât gaura radiază mai mult și accelerează procesul de contracție până când se dizolvă.
Totuși, aceasta este doar o schemă teoretică, pentru că nimeni nu poate spune exact ce se întâmplă în ultima etapă. Unii cred că rămâne o amprentă mică, dar stabilă. Teoriile moderneîncă nu am venit cu nimic mai bun. Dar procesul în sine este incredibil și complex. Este necesar să se calculeze parametrii într-un spațiu-timp curbat, iar rezultatele în sine nu pot fi verificate în condițiile obișnuite.
Aici puteți folosi Legea conservării energiei, dar numai pentru perioade scurte. Universul poate crea energie și masă de la zero, dar ele trebuie să dispară rapid. Una dintre manifestări este fluctuațiile de vid. Perechile de particule și antiparticule cresc din neant, există pentru o anumită perioadă scurtă de timp și pier în anihilarea reciprocă. Când apar, echilibrul energetic este perturbat, dar totul este restabilit după dispariție. Pare fantastic, dar acest mecanism a fost confirmat experimental.
Să presupunem că una dintre fluctuațiile de vid acționează în apropierea orizontului unei găuri negre. Poate că una dintre particule cade spre interior, în timp ce a doua scapă. Evadatul ia cu ea o parte din energia găurii și poate cădea în ochii observatorului. I se va părea că obiectul întunecat a eliberat pur și simplu o particulă. Dar procesul se repetă și vedem un flux continuu de radiații din gaura neagră.
Am spus deja că lui Cyril i se pare că ai nevoie de infinit pentru a păși peste linia orizontului. În plus, s-a menționat că găurile negre se evaporă după un interval de timp finit. Deci, când ajungi la orizont, gaura va dispărea?
Nu. Când am descris observațiile lui Kirill, nu am vorbit despre procesul de evaporare. Dar, dacă acest proces este prezent, atunci totul se schimbă. Prietenul tău te va vedea zburând peste orizont chiar în momentul evaporării. De ce?
Domnește asupra lui Cyril iluzie optica. Lumina emisă în orizontul evenimentului durează mult până ajunge la un prieten. Dacă gaura durează pentru totdeauna, atunci lumina poate călători la nesfârșit, iar Kirill nu va aștepta tranziția. Dar, dacă gaura s-a evaporat, atunci nimic nu va opri lumina și va ajunge la tip în momentul exploziei de radiație. Dar nu-ți mai pasă, pentru că ai murit demult în singularitate.
Formulele teoriei generale a relativităţii au caracteristică interesantă- simetrie în timp. De exemplu, în orice ecuație, vă puteți imagina că timpul curge înapoi și obțineți o soluție diferită, dar totuși corectă. Dacă aplicăm acest principiu găurilor negre, atunci se naște o gaură albă.
O gaură neagră este o anumită zonă din care nimic nu poate scăpa. Dar a doua opțiune este o gaură albă în care nimic nu poate cădea. De fapt, respinge totul. Deși, din punct de vedere matematic, totul pare neted, dar asta nu dovedește existența lor în natură. Cel mai probabil, nu sunt, precum și o modalitate de a afla.
Până în acest moment, am vorbit despre clasicul găurii negre. Ele nu se rotesc și sunt lipsite de sarcină electrică. Dar în varianta opusă începe cea mai interesantă. De exemplu, puteți intra înăuntru, dar evitați singularitatea. Mai mult, „interiorul” său este capabil să intre în contact cu gaura albă. Adică te vei găsi într-un fel de tunel, unde gaura neagră este intrarea, iar gaura albă este ieșirea. O astfel de combinație se numește gaură de vierme.
Interesant este că o gaură albă poate fi oriunde, chiar și într-un alt univers. Dacă putem gestiona astfel de găuri de vierme, atunci vom asigura transport rapid în orice zonă a spațiului. Și chiar mai cool - posibilitatea călătoriei în timp.
Dar nu-ți împachetează rucsacul până nu știi câteva lucruri. Din păcate, există o mare probabilitate ca astfel de formațiuni să nu existe. Am spus deja că găurile albe sunt o concluzie a formulelor matematice, și nu un obiect real și confirmat. Și toate găurile negre observate creează căderea materiei și nu formează găuri de vierme. Iar oprirea finală este singularitatea.
Găurile negre sunt misterioase, incredibil de dense și grele; fizica abia începe să le investigheze proprietățile. Odată prinși în îmbrățișarea lor, nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa de ei.
Deși acest fenomen uimitor excită imaginația cu misterul său, nimeni nu a văzut vreodată o singură gaură neagră. Dacă vedeți o imagine a unei mase negre distorsionând continuumul spațiu-timp în jurul ei, știți că aceasta este doar o ilustrare.
Arata grozav, dar este doar o poza
De ce niciun astronom nu a observat vreodată în mod direct o gaură neagră
Cea mai mare problemă care împiedică încercarea de a detecta găurile negre este că chiar și cele mai masive sunt relativ mici. Dimitrios Psaltis, un astrofizician la Universitatea din Arizona explică:
„Cea mai mare gaură neagră de pe cerul nostru se află în centru Calea lactee. Și să faci o fotografie este ca și cum ai face un CD pe suprafața lunii.”
În plus, datorită câmpului gravitațional puternic, găurile negre sunt de obicei înconjurate de alte obiecte strălucitoare, așa că este deosebit de dificil să le vezi singure.
Deci, atunci când un astronom caută o gaură neagră, nici măcar nu încearcă să o imagineze - în schimb, el caută dovezi că câmpul gravitațional și radiația ei interacționează cu alte obiecte. Psaltis spune:
„De obicei fixăm orbitele stelelor și acumulările de gaze care sunt concentrate în jurul unei zone întunecate a cerului și încercăm să măsurăm masa acestui obiect întunecat. Dacă masa este prea mare pentru orice alt obiect întunecat care ar putea fi acolo, considerăm că acesta este un semn al unei găuri negre.
Cu toate acestea, avem imagini indirecte ale găurilor negre
Unele dintre cele mai bune imagini au fost făcute la Observatorul de raze X Chandra, unde lucrează Edmonds. El spune:
„Fricația și viteza mare a materiei care formează o gaură neagră devin o sursă naturală de raze X. Și Chandra este un telescop spațial special conceput pentru a detecta astfel de raze.”
Deci, Observatorul Chandra a documentat exploziile de raze X formate în timpul fuziune două galaxii la aproximativ 26 de milioane de ani lumină de Pământ. Astrofizicienii bănuiesc că sursa lor imediată a fost o gaură neagră masivă.
Raze X: NASA / CXC / Universitatea din Texas / E. Schlegel et al.; Gama optică: NASA / STScI
De asemenea, petele purpurie din această imagine sunt zone cu emisie intensă de raze X. Se presupune că sursele lor au fost găuri negre formate în timpul ciocnirii a două galaxii (inele roz și albastre).
NASA / CXC / IoA / A. Fabian et al.
Această animație arată cea mai mare erupție cu raze X dintr-o regiune din centrul Căii Lactee, unde se crede că se află o gaură neagră masivă. Înregistrat de telescopul Chandra.
NASA / CXC / Amherst College / D. Haggard et al.
Și acesta este același blitz cu raze X, dar cu o mărire mai mică.
Forma generală parte a cerului unde a fost înregistrată un fulger cu raze X din centrul Căii Lactee. (NASA / CXC / Amherst College / D. Haggard et al.
Vedem jeturi gigantice de materie - jeturi pe care găurile negre le aruncă în spațiu
Aceasta este o imagine compozită (construită prin combinarea datelor de la telescoapele Hubble și radio) care arată jeturi de materie și energie care emană din centrul galaxiei Hercules. Ele zboară aproape cu viteza luminii, ilustrând puterea distructivă uimitoare a obiectelor spațiale.
NASA / Telescopul Hubble
Următoarea imagine arată avioane uriașe despre care se crede că sunt generate de o gaură neagră din centrul galaxiei Centaurus A, situată la 13 milioane de ani lumină de Pământ. Jeturile sunt mai lungi decât galaxia însăși.
ESO / WFI (gamă vizibilă); MPIfR / ESO /APEX / A. Weiss et al.(radiația cu microunde); NASA /CXC / CfA / R. Kraft și colab. (Raze X)
Astronomii observă stele care orbitează în jurul unor obiecte întunecate misterioase, cel mai probabil găuri negre
Acest videoclip arată mișcarea stelelor în apropierea centrului Căii Lactee pe un interval de 16 ani, indicând prezența unei găuri negre acolo.
În curând putem vedea o adevărată gaură neagră
Partea unei găuri negre care poate fi capturată este orizontul ei de evenimente, granița dincolo de care nimic nu poate scăpa. Oamenii de știință sugerează că va arăta ca cel prezentat în imagine: o graniță ascuțită între lumină și întuneric.
NASA/JPL-Caltech
În ilustrația de mai sus, gaura neagră supermasivă din centru este înconjurată de materia pe care o absoarbe, formând așa-numitul disc de acreție. Acest disc este format din praf și gaz care cad în gaura neagră sub influența gravitației. De asemenea, este prezentat un flux de particule de înaltă energie care se crede că sunt alimentate de rotația găurii negre.
Fotografia reală poate arăta și un disc de acreție, adică un inel luminos de materie care se rotește în jurul găurii (când gaura neagră este prezentată în filmul Interstellar, vedem exact discul de acreție).
Interesant este că în următorii câțiva ani, oamenii de știință speră să confirme existența unei găuri negre în centrul Căii Lactee - și să determine cum arată.
Acest lucru poate fi posibil datorită telescopului Event Horizon - este o rețea globală de senzori care, de fapt, alcătuiesc un singur telescop de dimensiunea planetei noastre. Conform planului, imaginea găurii negre ar trebui să fie gata până la sfârșitul anului 2017 - aceasta va fi prima imagine a orizontului evenimentului. Edmonds spune:
„Ei speră să vadă umbra însăși, zona întunecată însăși. Va fi foarte realizare importantă».
Imaginea directă a unei găuri negre va permite oamenilor de știință să învețe mai multe despre efectele gravitației ultraînalte și să ofere date suplimentare pentru a testa teoria relativității.