Se sai tämän nimen, koska se imee valoa, mutta ei heijasta sitä kuten muut esineet. Itse asiassa mustista aukoista on monia tosiasioita, ja tänään puhumme joistakin mielenkiintoisimmista. Suhteellisen äskettäin asti niin uskottiin musta aukko avaruudessa imee kaiken sen lähellä olevan tai lentää ohi: planeetta on roskaa, mutta äskettäin tutkijat alkoivat väittää, että jonkin ajan kuluttua sisältö "sylkee" takaisin, vain täysin eri muodossa. Jos olet kiinnostunut mustat aukot avaruudessa mielenkiintoisia faktoja puhumme niistä yksityiskohtaisemmin tänään.

Onko maapallolla uhka?

On olemassa kaksi mustaa aukkoa, jotka voivat muodostaa todellisen uhan planeetallemme, mutta ne ovat meidän onneksi kaukana noin 1600 valovuoden etäisyydellä. Tiedemiehet pystyivät havaitsemaan nämä esineet vain siksi, että ne olivat lähellä aurinkokuntaa ja erityiset röntgensäteitä ottavat laitteet pystyivät näkemään ne. Oletetaan, että valtava painovoima voi vaikuttaa mustiin aukkoihin siten, että ne sulautuvat yhdeksi.

On epätodennäköistä, että kukaan hänen aikalaisistaan ​​pystyy saamaan hetken, jolloin nämä salaperäiset esineet katoavat. Niin hitaasti kuolee reikiä.

Musta aukko on tähti menneisyydessä

Miten mustat aukot muodostuvat avaruuteen?? Tähteillä on vaikuttava määrä fuusiopolttoainetta, minkä vuoksi ne hehkuvat niin kirkkaasti. Mutta kaikki resurssit loppuvat, ja tähti jäähtyy, menettäen vähitellen hehkunsa ja muuttuen mustaksi kääpiöksi. Tiedetään, että jäähtyneessä tähdessä tapahtuu puristusprosessi, jonka seurauksena se räjähtää ja sen hiukkaset hajoavat pitkiä matkoja avaruudessa houkutellen naapurikohteita, mikä lisää mustan aukon kokoa.

Mielenkiintoisin avaruuden mustista aukoista meidän on vielä tutkittava, mutta yllättäen sen tiheys voi vaikuttavasta koostaan ​​huolimatta olla yhtä suuri kuin ilman tiheys. Tämä viittaa siihen, että jopa avaruuden suurimmilla esineillä voi olla sama paino kuin ilmalla, eli ne voivat olla uskomattoman kevyitä. Tässä Miten mustat aukot ilmestyvät avaruuteen?.

Aika itse mustassa aukossa ja sen lähellä virtaa hyvin hitaasti, joten lähellä lentävät esineet hidastavat liikkumistaan. Syynä kaikkeen on valtava painovoima, vielä hämmästyttävämpi tosiasia, kaikilla itse reiässä tapahtuvilla prosesseilla on uskomaton nopeus. Oletetaan, jos tarkkailemme miltä musta aukko näyttää avaruudessa, kaiken kuluttavan massan rajojen ulkopuolella näyttää siltä, ​​että kaikki pysähtyy. Kuitenkin heti kun esine pääsi sisälle, se repeytyisi hetkessä. Tänään meidät esitetään Miltä musta aukko näyttää avaruudessa? mallinnettu erityisohjelmilla.

Mustan aukon määritelmä?

Nyt tiedämme Mistä mustat aukot tulevat avaruudesta?. Mutta mitä muuta niissä on erityistä? On mahdotonta sanoa, että musta aukko on planeetta tai tähti, koska tämä kappale ei ole kaasumainen eikä kiinteä. Tämä on esine, joka voi vääristää paitsi leveyttä, pituutta ja korkeutta, myös aikajanaa. Mikä on täysin fyysisten lakien vastaista. Tiedemiehet väittävät, että aika tilayksikön horisontin alueella voi liikkua eteen- ja taaksepäin. Mitä on avaruuden mustassa aukossa on mahdotonta kuvitella, sinne putoavat valokvantit kerrotaan useita kertoja singulaarisuuden massalla, tämä prosessi lisää gravitaatiovoiman tehoa. Siksi, jos otat taskulampun mukaasi ja menet mustaan ​​aukkoon, se ei hehku. Singulaarisuus on piste, jossa kaikki pyrkii äärettömyyteen.

Mustan aukon rakenne on singulaarisuus ja tapahtumahorisontti. Singulaarisuuden sisällä fyysiset teoriat menettävät täysin merkityksensä, joten se on edelleen mysteeri tutkijoille. Ylittäessään rajan (tapahtumahorisontin) fyysinen esine menettää kyvyn palata. Tiedämme kaukana kaikki avaruuden mustista aukoista, mutta kiinnostus niitä kohtaan ei katoa.

Rajaton universumi on täynnä salaisuuksia, arvoituksia ja paradokseja. Huolimatta siitä, että moderni tiede on ottanut valtavan harppauksen eteenpäin avaruustutkimuksessa, paljon tässä valtavassa maailmassa on edelleen käsittämätöntä ihmisen maailmankuvalle. Tiedämme paljon tähdistä, sumuista, klusteista ja planeetoista. Universumin laajuudessa on kuitenkin sellaisia ​​esineitä, joiden olemassaolosta voimme vain arvailla. Tiedämme esimerkiksi hyvin vähän mustista aukoista. Perustieto ja tieto mustien aukkojen luonteesta perustuu oletuksiin ja olettamuksiin. Astrofyysikot ja atomitutkijat ovat kamppailleet tämän asian kanssa yli kymmenen vuoden ajan. Mikä on musta aukko avaruudessa? Mikä on tällaisten esineiden luonne?

Puhutaan mustista aukoista yksinkertaisin sanoin

Jotta voisi kuvitella, miltä musta aukko näyttää, riittää nähdä tunnelista lähtevän junan hännän. Kun juna syvenee tunneliin, viimeisen vaunun merkkivalot pienenevät, kunnes ne katoavat kokonaan näkyvistä. Toisin sanoen nämä ovat esineitä, joihin hirviömäisen vetovoiman vuoksi jopa valo katoaa. Alkuainehiukkaset, elektronit, protonit ja fotonit eivät pysty ylittämään näkymätöntä estettä, ne putoavat olemattomuuden mustaan ​​kuiluun, siksi tällaista avaruuden aukkoa kutsutaan mustaksi. Sen sisällä ei ole pienintäkään valopilkkua, kiinteää mustaa ja ääretöntä. Mitä mustan aukon toisella puolella on, ei tiedetä.

Tällä avaruuspölynimurilla on valtava vetovoima, ja se pystyy absorboimaan koko galaksin kaikkine tähtijoukkoineen ja -superklusteineen, joissa on käynnistyviä sumuja ja pimeää ainetta. Kuinka tämä on mahdollista? Jää vain arvailla. Tässä tapauksessa tuntemamme fysiikan lait halkeilevat saumoissa eivätkä anna selitystä käynnissä oleville prosesseille. Paradoksin ydin on siinä, että tietyssä universumin osassa kappaleiden painovoiman vuorovaikutus määräytyy niiden massan mukaan. Niiden laadullinen ja määrällinen koostumus ei vaikuta prosessiin, jossa yksi kohde imeytyy toiseen. Saavutettuaan kriittisen määrän tietyllä alueella hiukkaset siirtyvät vuorovaikutuksen toiselle tasolle, jossa gravitaatiovoimista tulee vetovoimaa. Painovoiman vaikutuksesta oleva ruumis, esine, aine tai aine alkaa kutistua ja saavuttaa valtavan tiheyden.

Suunnilleen tällaisia ​​prosesseja tapahtuu neutronitähden muodostumisen aikana, jolloin tähtiaine puristuu tilavuudeltaan sisäisen painovoiman vaikutuksesta. Vapaat elektronit yhdistyvät protonien kanssa muodostaen sähköisesti neutraaleja hiukkasia, joita kutsutaan neutroneiksi. Tämän aineen tiheys on valtava. Jalostetun sokerin palan kokoinen ainehiukkanen painaa miljardeja tonneja. Tässä olisi tarkoituksenmukaista palauttaa mieleen yleinen suhteellisuusteoria, jossa tila ja aika ovat jatkuvia suureita. Siksi pakkausprosessia ei voida pysäyttää puoliväliin, joten sillä ei ole rajoituksia.

Mahdollisesti musta aukko näyttää aukolta, jossa voi tapahtua siirtymä avaruuden osasta toiseen. Samalla tilan ja ajan ominaisuudet muuttuvat kiertyen aika-avaruussuppiloksi. Tämän suppilon pohjan saavuttaessa mikä tahansa aine hajoaa kvanteiksi. Mitä on mustan aukon, tämän jättiläisaukon, toisella puolella? Ehkä on olemassa toinen tila, jossa muut lait toimivat ja aika virtaa päinvastaiseen suuntaan.

Suhteellisuusteorian yhteydessä mustan aukon teoria on seuraava. Avaruuden pisteellä, jossa gravitaatiovoimat ovat puristaneet minkä tahansa aineen mikroskooppisiin mittoihin, on valtava vetovoima, jonka suuruus kasvaa äärettömään. Ajan ryppy ilmestyy, ja avaruus on kaareva ja sulkeutuu yhteen pisteeseen. Mustan aukon nielemät esineet eivät pysty vastustamaan tämän hirvittävän pölynimurin sisäänvetovoimaa yksinään. Edes kvanttien hallussa oleva valonnopeus ei anna alkuainehiukkasten voittaa vetovoimaa. Jokainen sellaiseen pisteeseen pääsevä kappale lakkaa olemasta aineellinen esine, sulautuen aika-avaruuskuplaan.

Mustat aukot tieteen kannalta

Jos kysyt itseltäsi, kuinka mustat aukot muodostuvat? Yksittäistä vastausta ei tule. Universumissa on paljon paradokseja ja ristiriitoja, joita ei voida selittää tieteen näkökulmasta. Einsteinin suhteellisuusteoria sallii vain teoreettisen selityksen tällaisten esineiden luonteesta, mutta kvanttimekaniikka ja fysiikka ovat tässä tapauksessa vaiti.

Kun yritetään selittää käynnissä olevia prosesseja fysiikan laeilla, kuva näyttää tältä. Esine, joka muodostuu massiivisen tai supermassiivisen kosmisen kappaleen jättimäisen painovoiman puristumisen seurauksena. Tällä prosessilla on tieteellinen nimi - gravitaatioromahdus. Termi "musta aukko" esiintyi ensimmäisen kerran tiedeyhteisössä vuonna 1968, kun amerikkalainen tähtitieteilijä ja fyysikko John Wheeler yritti selittää tähtien romahtamisen tilaa. Hänen teoriansa mukaan painovoiman romahtamisen läpikäyneen massiivisen tähden tilalle ilmestyy tilallinen ja ajallinen aukko, jossa jatkuvasti kasvava puristus vaikuttaa. Kaikki, mistä tähti koostuu, menee itsensä sisään.

Tällainen selitys antaa meille mahdollisuuden päätellä, että mustien aukkojen luonne ei liity millään tavalla maailmankaikkeudessa tapahtuviin prosesseihin. Kaikki mitä tapahtuu tämän kohteen sisällä, ei vaikuta ympäröivään tilaan millään tavalla yhdellä "MUTTA". Mustan aukon gravitaatiovoima on niin voimakas, että se taivuttaa avaruutta, jolloin galaksit pyörivät mustien aukkojen ympärillä. Näin ollen syy siihen, miksi galaksit ovat spiraalien muotoisia, tulee selväksi. Ei tiedetä, kuinka kauan valtava Linnunradan galaksi katoaa supermassiivisen mustan aukon kuiluun. Mielenkiintoinen tosiasia on, että mustia aukkoja voi ilmaantua missä tahansa ulkoavaruuden kohdassa, jossa sille luodaan ihanteelliset olosuhteet. Tällainen ajan ja tilan ryppy tasoittaa valtavia nopeuksia, joilla tähdet pyörivät ja liikkuvat galaksin avaruudessa. Aika mustassa aukossa virtaa toisessa ulottuvuudessa. Tällä alueella ei voida tulkita fysiikan näkökulmasta painovoimalakeja. Tätä tilaa kutsutaan mustan aukon singulariteettiksi.

Mustat aukot eivät näytä ulkoisia tunnistusmerkkejä, niiden olemassaolo voidaan arvioida muiden avaruusobjektien käyttäytymisen perusteella, joihin gravitaatiokentät vaikuttavat. Koko kuva taistelusta elämästä ja kuolemasta tapahtuu mustan aukon rajalla, joka on peitetty kalvolla. Tätä suppilon kuvitteellista pintaa kutsutaan "tapahtumahorisontiksi". Kaikki, mitä näemme tähän rajaan asti, on konkreettista ja aineellista.

Skenaariot mustien aukkojen muodostumisesta

John Wheelerin teoriaa kehitettäessä voimme päätellä, että mustien aukkojen mysteeri ei ole muodostumassa. Musta aukko muodostuu neutronitähden romahtamisen seurauksena. Lisäksi tällaisen esineen massan tulisi ylittää Auringon massa vähintään kolme kertaa. Neutronitähti kutistuu, kunnes sen oma valo ei enää pääse pakoon painovoiman tiukasta otteesta. On olemassa raja, johon tähti voi kutistua synnyttääkseen mustan aukon. Tätä sädettä kutsutaan gravitaatiosäteeksi. Massiivisten tähtien kehityksen loppuvaiheessa gravitaatiosäteen tulisi olla useita kilometrejä.

Nykyään tutkijat ovat saaneet satunnaisia ​​todisteita mustien aukkojen esiintymisestä tusinassa röntgenkaksoistähdessä. Röntgentähdellä, pulsarilla tai pursottimella ei ole kiinteää pintaa. Lisäksi niiden massa on suurempi kuin kolmen auringon massa. Ulkoavaruuden nykyinen tila Cygnuksen tähdistössä, röntgentähti Cygnus X-1, mahdollistaa näiden omituisten esineiden muodostumisen jäljittämisen.

Tutkimusten ja teoreettisten oletusten perusteella on olemassa neljä skenaariota mustien tähtien muodostumiselle tieteessä nykyään:

• massiivisen tähden painovoiman romahtaminen sen evoluution viimeisessä vaiheessa;
• galaksin keskialueen romahtaminen;
• mustien aukkojen muodostuminen alkuräjähdyksen aikana;
• kvanttimustien aukkojen muodostuminen.

Ensimmäinen skenaario on realistisin, mutta nykyään tuttujen mustien tähtien määrä on suurempi kuin tunnettujen neutronitähtien määrä. Ja universumin ikä ei ole niin suuri, että niin suuri määrä massiivisia tähtiä voisi käydä läpi koko evoluutioprosessin.

Toisella skenaariolla on oikeus elämään, ja tästä on elävä esimerkki - supermassiivinen musta aukko Jousimies A *, joka on suojassa galaksimme keskellä. Tämän kohteen massa on 3,7 auringon massaa. Tämän skenaarion mekanismi on samanlainen kuin painovoiman romahtamisen skenaario, sillä ainoa ero on, että romahdus ei ole tähti, vaan tähtienvälinen kaasu. Gravitaatiovoimien vaikutuksesta kaasu puristuu kriittiseen massaan ja tiheyteen. Kriittisellä hetkellä aine hajoaa kvanteiksi muodostaen mustan aukon. Tämä teoria on kuitenkin kyseenalainen, koska Columbian yliopiston tähtitieteilijät tunnistivat äskettäin Sagittarius A* mustan aukon satelliitit. Ne osoittautuivat moniksi pieniä mustia aukkoja, jotka luultavasti muodostuivat eri tavalla.

Kolmas skenaario on enemmän teoreettinen ja liittyy Big Bang -teorian olemassaoloon. Universumin muodostuessa osa aineesta ja gravitaatiokentistä vaihtelivat. Toisin sanoen prosessit kulkivat eri polun, joka ei liittynyt kvanttimekaniikan ja ydinfysiikan tunnettuihin prosesseihin.

Viimeinen skenaario keskittyy ydinräjähdyksen fysiikkaan. Ainepakkauksissa, ydinreaktioiden prosessissa, gravitaatiovoimien vaikutuksesta tapahtuu räjähdys, jonka paikalle muodostuu musta aukko. Aine räjähtää sisäänpäin ja imee kaikki hiukkaset.

Mustien aukkojen olemassaolo ja kehitys

Karkea käsitys tällaisten outojen avaruusobjektien luonteesta on mielenkiintoista jotain muuta. Mitkä ovat mustien aukkojen todelliset koot, kuinka nopeasti ne kasvavat? Mustien aukkojen mitat määräytyvät niiden painovoimasäteen mukaan. Mustien aukkojen tapauksessa mustan aukon säde määräytyy sen massan mukaan ja sitä kutsutaan Schwarzschildin säteeksi. Esimerkiksi, jos esineen massa on yhtä suuri kuin planeettamme massa, niin Schwarzschildin säde on tässä tapauksessa 9 mm. Päävalaisimemme säde on 3 km. 108 aurinkomassan omaavan tähden paikalle muodostuneen mustan aukon keskimääräinen tiheys on lähellä veden tiheyttä. Tällaisen muodostuman säde on 300 miljoonaa kilometriä.

On todennäköistä, että tällaiset jättimäiset mustat aukot sijaitsevat galaksien keskellä. Tähän mennessä tunnetaan 50 galaksia, joiden keskellä on valtavia aika- ja avaruuskaivoja. Tällaisten jättiläisten massa on miljardeja Auringon massasta. Voidaan vain kuvitella, kuinka valtava ja hirviömäinen vetovoima sellaisella reiällä on.

Mitä tulee pieniin reikiin, nämä ovat miniesineitä, joiden säde saavuttaa mitättömät arvot, vain 10¯¹² cm. Tällaisen murun massa on 10¹⁴g. Tällaisia ​​muodostelmia syntyi alkuräjähdyksen aikaan, mutta ajan myötä niiden koko kasvoi ja nykyään ne leijuvat ulkoavaruudessa hirviöinä. Olosuhteet, joissa pienten mustien aukkojen muodostuminen tapahtui, tutkijat yrittävät nykyään luoda uudelleen maanpäällisissä olosuhteissa. Näitä tarkoituksia varten kokeita suoritetaan elektronitörmäyttimissä, joiden kautta alkuainehiukkaset kiihdytetään valonnopeuteen. Ensimmäiset kokeet mahdollistivat kvarkkigluoniplasman saamisen laboratorio-olosuhteissa - ainetta, joka oli olemassa maailmankaikkeuden muodostumisen kynnyksellä. Tällaiset kokeet antavat meille mahdollisuuden toivoa, että musta aukko maapallolla on ajan kysymys. Toinen asia on, muuttuuko tällainen ihmistieteen saavutus katastrofiksi meille ja planeetallemme. Luomalla keinotekoisesti mustan aukon voimme avata Pandoran lippaan.

Viimeaikaiset havainnot muista galakseista ovat antaneet tutkijoille mahdollisuuden löytää mustia aukkoja, joiden mitat ylittävät kaikki ajateltavissa olevat odotukset ja oletukset. Tällaisten kohteiden kanssa tapahtuva evoluutio antaa mahdollisuuden ymmärtää paremmin, miksi mustien aukkojen massa kasvaa, mikä on sen todellinen raja. Tutkijat ovat tulleet siihen johtopäätökseen, että kaikki tunnetut mustat aukot ovat kasvaneet todelliseen kokoonsa 13-14 miljardissa vuodessa. Kokoero johtuu ympäröivän tilan tiheydestä. Jos mustalla aukolla on tarpeeksi ravintoa painovoiman ulottuvilla, se kasvaa harppauksin saavuttaen satojen ja tuhansien aurinkomassojen massan. Tästä johtuu tällaisten galaksien keskellä sijaitsevien objektien jättimäinen koko. Massiivinen tähtijoukko, valtavat massat tähtienvälistä kaasua ovat runsaasti kasvun ravintoa. Kun galaksit sulautuvat yhteen, mustat aukot voivat sulautua yhteen ja muodostaa uuden supermassiivisen objektin.

Evoluutioprosessien analyysin perusteella on tapana erottaa kaksi mustien aukkojen luokkaa:

• esineet, joiden massa on 10 kertaa auringon massa;
• massiivisia esineitä, joiden massa on satoja tuhansia, miljardeja auringon massoja.

Siellä on mustia aukkoja, joiden keskimääräinen massa on 100-10 tuhatta auringon massaa, mutta niiden luonne on edelleen tuntematon. Jokaista galaksia kohden on noin yksi tällainen kohde. Röntgentähtien tutkiminen mahdollisti kaksi keskimääräistä mustaa aukkoa 12 miljoonan valovuoden etäisyydeltä M82-galaksista. Yhden kohteen massa vaihtelee välillä 200-800 auringon massaa. Toinen esine on paljon suurempi ja sen massa on 10-40 tuhatta auringon massaa. Tällaisten esineiden kohtalo on mielenkiintoinen. Ne sijaitsevat lähellä tähtijoukkoja, ja ne houkuttelevat vähitellen supermassiivista mustaa aukkoa, joka sijaitsee galaksin keskiosassa.

Planeettamme ja mustat aukot

Huolimatta vihjeiden etsimisestä mustien aukkojen luonteesta, tiedemaailma on huolissaan mustan aukon paikasta ja roolista Linnunradan galaksin ja erityisesti Maaplaneetan kohtalossa. Linnunradan keskellä oleva ajan ja tilan poimu nielee vähitellen kaikki ympärillä olevat esineet. Mustaan ​​aukkoon on jo imeytynyt miljoonia tähtiä ja biljoonia tonneja tähtienvälistä kaasua. Ajan myötä käännös saavuttaa Cygnuksen ja Jousimiehen käsivarret, joissa aurinkokunta sijaitsee kulkiessaan 27 tuhatta valovuotta.

Toinen lähin supermassiivinen musta aukko on Andromedan galaksin keskiosassa. Tämä on noin 2,5 miljoonan valovuoden päässä meistä. Todennäköisesti ennen kuin objektimme Jousimies A * absorboi oman galaksinsa, meidän pitäisi odottaa kahden vierekkäisen galaksin yhdistymistä. Näin ollen kaksi supermassiivista mustaa aukkoa sulautuu yhdeksi, hirvittäväksi ja kooltaan hirviömäiseksi.

Täysin eri asia ovat pienet mustat aukot. Maaplaneetan imeytymiseen riittää muutaman senttimetrin säde oleva musta aukko. Ongelmana on, että musta aukko on luonnostaan ​​täysin kasvoton esine. Hänen kohdustaan ​​ei tule säteilyä tai säteilyä, joten näin salaperäisen esineen havaitseminen on melko vaikeaa. Vain lähietäisyydeltä voidaan havaita taustavalon kaarevuus, joka osoittaa, että avaruudessa on aukko tällä universumin alueella.

Tähän mennessä tiedemiehet ovat päättäneet, että maata lähin musta aukko on V616 Monocerotis. Hirviö sijaitsee 3000 valovuoden päässä järjestelmästämme. Koon suhteen tämä on suuri muodostus, sen massa on 9-13 auringon massaa. Toinen lähellä oleva kohde, joka uhkaa maailmaamme, on musta aukko Gygnus X-1. Tämän hirviön kanssa meitä erottaa 6000 valovuoden etäisyys. Naapurustossamme paljastuneet mustat aukot ovat osa binäärijärjestelmää, ts. ovat lähellä tähteä, joka ruokkii kyltymätöntä esinettä.

Johtopäätös

Tällaisten salaperäisten ja salaperäisten esineiden, kuten mustien aukkojen, olemassaolo avaruudessa saa meidät tietysti olemaan varuillaan. Kaikki, mitä mustille aukkoille tapahtuu, tapahtuu kuitenkin melko harvoin, kun otetaan huomioon maailmankaikkeuden ikä ja valtavat etäisyydet. Aurinkokunta on ollut levossa 4,5 miljardin vuoden ajan, olemassa olevien lakien mukaan. Tänä aikana aurinkokunnan lähelle ei ilmestynyt mitään sellaista, ei avaruuden vääristymiä eikä ajan poimua. Luultavasti tähän ei ole sopivia olosuhteita. Se Linnunradan osa, jossa aurinkotähtijärjestelmä sijaitsee, on rauhallinen ja vakaa avaruuden osa.

Tutkijat myöntävät ajatuksen, että mustien aukkojen ilmaantuminen ei ole sattumaa. Tällaisilla esineillä on maailmankaikkeuden järjestäytyneiden rooli, joka tuhoaa ylimääräisen kosmisen kappaleen. Mitä tulee itse hirviöiden kohtaloon, niiden kehitystä ei ole vielä täysin tutkittu. On olemassa versio, että mustat aukot eivät ole ikuisia ja voivat jossain vaiheessa lakata olemasta. Ei ole enää salaisuus kenellekään, että tällaiset esineet ovat tehokkaimpia energianlähteitä. Mikä energia se on ja miten se mitataan, on toinen asia.

Stephen Hawkingin ponnisteluilla tieteelle esitettiin teoria, jonka mukaan musta aukko säteilee edelleen energiaa menettäen massaansa. Oletuksissaan tiedemiestä ohjasi suhteellisuusteoria, jossa kaikki prosessit ovat yhteydessä toisiinsa. Mikään ei vain katoa ilmaantumatta muualle. Mikä tahansa aine voidaan muuttaa toiseksi aineeksi, kun taas yhden tyyppinen energia siirtyy toiselle energiatasolle. Näin voi olla mustien aukkojen kohdalla, jotka ovat siirtymäportaali tilasta toiseen.

Jos sinulla on kysyttävää - jätä ne kommentteihin artikkelin alla. Me tai vieraamme vastaamme niihin mielellämme.

Jokainen tähtitiedettä perehtynyt ihminen tuntee ennemmin tai myöhemmin vahvan uteliaisuuden maailmankaikkeuden salaperäisimpien kohteiden - mustien aukkojen - suhteen. Nämä ovat todellisia pimeyden mestareita, jotka pystyvät "nielemään" minkä tahansa lähellä kulkevan atomin eivätkä päästää edes valoa karkaamaan - heidän vetovoimansa on niin voimakas. Nämä esineet ovat todellinen haaste fyysikoille ja tähtitieteilijöille. Edellinen ei vieläkään voi ymmärtää, mitä tapahtuu mustan aukon sisään pudonneelle aineelle, ja jälkimmäiset, vaikka he selittävät avaruuden eniten energiaa kuluttavat ilmiöt mustien aukkojen olemassaololla, eivät ole koskaan saaneet tilaisuutta havainnoida yhtäkään niistä. suoraan. Puhumme näistä mielenkiintoisimmista taivaankappaleista, selvitämme, mitä on jo löydetty ja mitä on vielä tiedettävä salaisuuden verhon nostamiseksi.

Mikä on musta aukko?

Nimeä "musta aukko" (englanniksi musta aukko) ehdotti vuonna 1967 amerikkalainen teoreettinen fyysikko John Archibald Wheeler (katso kuva vasemmalla). Se tarkoitti taivaankappaletta, jonka vetovoima on niin voimakas, että edes valo ei päästä itsestään irti. Siksi se on "musta", koska se ei lähetä valoa.

epäsuorat havainnot

Tämä on syy tällaiseen mysteeriin: koska mustat aukot eivät hehku, emme voi nähdä niitä suoraan ja meidän on pakko etsiä ja tutkia niitä käyttämällä vain epäsuoria todisteita niiden olemassaolosta ympäröivään tilaan. Toisin sanoen, jos musta aukko nielaisee tähden, emme voi nähdä mustaa aukkoa, mutta voimme tarkkailla sen voimakkaan gravitaatiokentän tuhoisia vaikutuksia.

Laplacen intuitio

Huolimatta siitä, että ilmaisu "musta aukko", joka tarkoittaa painovoiman vaikutuksesta itseensä romahtaneen tähden evoluution hypoteettista viimeistä vaihetta, ilmestyi suhteellisen äskettäin, ajatus tällaisten kappaleiden olemassaolon mahdollisuudesta syntyi enemmän. kuin kaksi vuosisataa sitten. Englantilainen John Michell ja ranskalainen Pierre-Simon de Laplace olettivat itsenäisesti "näkymättömien tähtien" olemassaolon; kun taas ne perustuivat tavanomaisiin dynamiikan lakeihin ja Newtonin yleisen painovoiman lakiin. Nykyään mustat aukot ovat saaneet oikean kuvauksensa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian perusteella.

Laplace kirjoitti teoksessaan "Statement of the system of the World" (1796): "Kirkas tähti, jonka tiheys on sama kuin Maan ja jonka halkaisija on 250 kertaa suurempi kuin Auringon halkaisija sen vetovoiman vuoksi, ei päästäisi valonsäteitä meihin. Siksi on mahdollista, että suurimmat ja kirkkaimmat taivaankappaleet ovat näkymättömiä tästä syystä.

Voittamaton painovoima

Laplacen idea perustui pakonopeuden (toisen kosmisen nopeuden) käsitteeseen. Musta aukko on niin tiheä esine, että sen vetovoima pystyy pidättämään jopa valon, joka kehittää suurimman nopeuden luonnossa (lähes 300 000 km/s). Käytännössä mustasta aukosta pakenemiseen tarvitaan valon nopeutta nopeampi nopeus, mutta tämä on mahdotonta!

Tämä tarkoittaa, että tällainen tähti olisi näkymätön, koska edes valo ei pystyisi voittamaan voimakasta painovoimaansa. Einstein selitti tämän tosiasian valon taipumisen ilmiöllä gravitaatiokentän vaikutuksesta. Todellisuudessa mustan aukon lähellä aika-avaruus on niin kaareva, että myös valonsäteiden polut sulkeutuvat itseensä. Jotta Auringosta tulisi musta aukko, meidän on keskitettävä kaikki sen massa palloon, jonka säde on 3 km, ja maapallon on muututtava palloksi, jonka säde on 9 mm!

Mustien aukkojen tyypit

Noin kymmenen vuotta sitten havainnot ehdottivat kahdentyyppisten mustien aukkojen olemassaoloa: tähtiä, jonka massa on verrattavissa Auringon massaan tai hieman sitä suurempi, ja supermassiivisia, joiden massa on useista sadasta tuhansista useisiin miljooniin auringon massoihin. Kuitenkin suhteellisen äskettäin keinotekoisista satelliiteista, kuten Chandrasta ja XMM-Newtonista saadut korkearesoluutioiset röntgenkuvat ja spektrit nostivat esiin kolmannen tyyppisen mustan aukon, jonka keskimääräinen massa ylittää Auringon massan tuhansia kertoja. .

tähtien mustia aukkoja

Tähtien mustat aukot tulivat tunnetuksi aikaisemmin kuin muut. Ne muodostuvat, kun suurimassaisesta tähdestä evoluutiopolkunsa lopussa loppuu ydinpolttoaine ja se romahtaa itseensä oman painovoimansa vuoksi. Tähtiä särkevällä räjähdyksellä (tunnetaan nimellä "supernovaräjähdys") on katastrofaaliset seuraukset: jos tähden ydin on yli 10 kertaa Auringon massa, mikään ydinvoima ei kestä gravitaatiota aiheuttavaa romahdusta, joka johtaa tähtien ilmestymiseen. musta aukko.

Supermassiiviset mustat aukot

Supermassiivisilla mustilla aukoilla, jotka havaittiin ensin joidenkin aktiivisten galaksien ytimissä, on eri alkuperä. Niiden syntymästä on useita hypoteeseja: tähtien musta aukko, joka nielee kaikki sitä ympäröivät tähdet miljoonien vuosien ajan; yhdistetty mustien aukkojen klusteri; valtava kaasupilvi, joka romahtaa suoraan mustaan ​​aukkoon. Nämä mustat aukot ovat avaruuden energisimpiä esineitä. Ne sijaitsevat hyvin monien galaksien keskuksissa, elleivät kaikki. Meidän galaksissamme on myös tällainen musta aukko. Joskus tällaisen mustan aukon vuoksi näiden galaksien ytimet muuttuvat erittäin kirkkaiksi. Galakseja, joiden keskellä on mustia aukkoja, joita ympäröi suuri määrä putoavaa ainetta ja jotka siksi pystyvät tuottamaan valtavan määrän energiaa, kutsutaan "aktiivisiksi" ja niiden ytimiä kutsutaan "aktiivisiksi galaktiksi ytimiksi" (AGN). Esimerkiksi kvasaarit (meistä kaukaisimmat havainnointimme käytettävissä olevat avaruuskohteet) ovat aktiivisia galakseja, joissa näemme vain erittäin kirkkaan ytimen.

Keskikokoinen ja "mini"

Toinen mysteeri on edelleen keskimassaiset mustat aukot, jotka viimeaikaisten tutkimusten mukaan saattavat olla joidenkin pallomaisten klustereiden, kuten M13 ja NCC 6388, keskellä. Monet tähtitieteilijät suhtautuvat näihin esineisiin skeptisesti, mutta jotkut viimeaikaiset tutkimukset viittaavat niiden olemassaoloon. mustia aukkoja, keskikokoisia jopa lähellä galaksimme keskustaa. Englantilainen fyysikko Stephen Hawking esitti myös teoreettisen oletuksen neljännen tyypin mustan aukon olemassaolosta - "mini-reiästä", jonka massa on vain miljardi tonnia (joka on suunnilleen yhtä suuri kuin suuren vuoren massa). Puhumme primäärisistä objekteista, eli niistä, jotka ilmestyivät maailmankaikkeuden elämän ensimmäisinä hetkinä, kun paine oli vielä erittäin korkea. Niiden olemassaolosta ei kuitenkaan ole vielä löydetty jälkeäkään.

Kuinka löytää musta aukko

Vain muutama vuosi sitten mustien aukkojen yli syttyi valo. Jatkuvasti kehittyvien instrumenttien ja teknologioiden (sekä maanpäällisten että avaruusjärjestelmien) ansiosta nämä kohteet ovat yhä vähemmän salaperäisempiä; tarkemmin sanottuna niitä ympäröivä tila muuttuu vähemmän salaperäiseksi. Itse asiassa, koska itse musta aukko on näkymätön, voimme tunnistaa sen vain, jos sitä ympäröi riittävästi ainetta (tähdet ja kuuma kaasu), joka kiertää sitä pienellä etäisyydellä.

Katsotaan kaksoisjärjestelmiä

Joitakin tähtien mustia aukkoja on löydetty tarkkailemalla tähden liikettä näkymättömän binaarisen kumppanin ympärillä. Suljetut binäärijärjestelmät (eli koostuvat kahdesta hyvin lähellä toisiaan olevasta tähdestä), joissa toinen seuralaisista on näkymätön, ovat mustia aukkoja etsivien astrofyysikkojen suosikkihavaintokohde.

Merkki mustan aukon (tai neutronitähden) olemassaolosta on monimutkaisen mekanismin aiheuttama voimakas röntgensäteily, joka voidaan kuvata kaavamaisesti seuraavasti. Voimakkaan painovoimansa ansiosta musta aukko voi repiä aineen pois tähdestä; tämä kaasu jakautuu litteän kiekon muodossa ja putoaa spiraalina mustaan ​​aukkoon. Putoavan kaasun hiukkasten törmäyksistä aiheutuva kitka lämmittää levyn sisäkerrokset useisiin miljooniin asteisiin, mikä aiheuttaa voimakkaan röntgensäteilyn.

Röntgenhavainnot

Useiden vuosikymmenien ajan tehdyt röntgenhavainnot galaksissamme ja naapurigalakseissamme olevista kohteista ovat mahdollistaneet kompaktien binäärilähteiden havaitsemisen, joista noin tusina on mustia aukkoja sisältäviä järjestelmiä. Suurin ongelma on määrittää näkymättömän taivaankappaleen massa. Massan arvo (vaikkakaan ei kovin tarkka) saadaan selville tutkimalla seuralaisen liikettä tai, mikä on paljon vaikeampaa, mittaamalla tulevan aineen röntgensäteilyn intensiteetti. Tämä intensiteetti on yhdistetty yhtälöllä sen kehon massan kanssa, jolle tämä aine putoaa.

Nobelisti

Jotain vastaavaa voidaan sanoa monien galaksien ytimissä havaituista supermassiivisista mustista aukoista, joiden massat arvioidaan mittaamalla mustaan ​​aukkoon putoavan kaasun kiertoradan nopeudet. Tässä tapauksessa erittäin suuren kohteen voimakkaan gravitaatiokentän aiheuttama galaksien keskellä kiertävien kaasupilvien nopeuden nopea nousu paljastuvat radioalueella sekä optisissa säteissä tapahtuvissa havainnoissa. Havainnot röntgenalueella voivat vahvistaa lisääntyneen energian vapautumisen, joka johtuu aineen putoamisesta mustaan ​​aukkoon. Röntgentutkimuksen aloitti 1960-luvun alussa italialainen Riccardo Giacconi, joka työskenteli Yhdysvalloissa. Hänelle myönnettiin Nobel-palkinto vuonna 2002 tunnustuksena hänen "uraauurtavasta panoksestaan ​​astrofysiikassa, joka johti röntgenlähteiden löytämiseen avaruudessa".

Cygnus X-1: ensimmäinen ehdokas

Galaksimme ei ole immuuni mustien aukkojen ehdokasobjektien esiintymiseltä. Onneksi mikään näistä kohteista ei ole tarpeeksi lähellä meitä vaarantamaan maapallon tai aurinkokunnan olemassaoloa. Huolimatta huomattujen pienten röntgenlähteiden suuresta määrästä (ja nämä ovat todennäköisimpiä ehdokkaita mustien aukkojen löytämiseen), emme ole varmoja, sisältävätkö ne todella mustia aukkoja. Ainoa näistä lähteistä, jolla ei ole vaihtoehtoista versiota, on läheinen binääri Cygnus X-1, eli Cygnus-tähdistön kirkkain röntgenlähde.

massiivisia tähtiä

Tämä järjestelmä, jonka kiertoaika on 5,6 päivää, koostuu erittäin kirkkaasta sinisestä suuresta tähdestä (sen halkaisija on 20 kertaa auringon ja massa noin 30 kertaa), joka on helposti erotettavissa jopa kaukoputkessasi, ja näkymätön toinen tähti, jonka massa on arvioitu useilla auringon massoilla (jopa 10). Toinen tähti, joka sijaitsee 6500 valovuoden etäisyydellä meistä, olisi täysin näkyvissä, jos se olisi tavallinen tähti. Sen näkymättömyys, järjestelmän voimakkaat röntgensäteet ja lopulta sen massaarvio saavat useimmat tähtitieteilijät uskomaan, että tämä on ensimmäinen vahvistettu tähtien mustan aukon löytö.

Epäilykset

On kuitenkin myös skeptikkoja. Heidän joukossaan on yksi suurimmista mustien aukkojen tutkijoista, fyysikko Stephen Hawking. Hän jopa lyö vetoa amerikkalaisen kollegansa Keel Thornen kanssa, joka tuki vahvasti Cygnus X-1:n luokittelua mustaksi aukoksi.

Kiista Cygnus X-1 -objektin luonteesta ei ole Hawkingin ainoa veto. Omistanut useita vuosikymmeniä mustien aukkojen teoreettisille tutkimuksille, hän vakuuttui aiempien käsitystensä virheellisyydestä näistä salaperäisistä objekteista. Erityisesti Hawking oletti, että aine katoaa mustaan ​​aukkoon putoamisen jälkeen ikuisiksi ajoiksi ja sen mukana kaikki tietomatkatavarat katoavat. . Hän oli tästä niin varma, että teki vedon tästä aiheesta vuonna 1997 amerikkalaisen kollegansa John Preskillin kanssa.

Virheen myöntäminen

21. heinäkuuta 2004 puheessaan suhteellisuusteorian kongressissa Dublinissa Hawking myönsi, että Preskill oli oikeassa. Mustat aukot eivät johda aineen täydelliseen katoamiseen. Lisäksi heillä on tietynlainen "muisti". Niiden sisällä voi hyvinkin olla tallennettuja jälkiä siitä, mitä ne imevät. Siten "haihduttamalla" (eli lähettämällä hitaasti säteilyä kvanttivaikutuksen vuoksi) he voivat palauttaa tämän tiedon universumiimme.

Mustat aukot galaksissa

Tähtitieteilijät epäilevät edelleen tähtien mustien aukkojen olemassaoloa galaksissamme (kuten Cygnus X-1 -binäärijärjestelmään kuuluvan); mutta supermassiivisista mustista aukoista on paljon vähemmän epäilyksiä.

Keskustassa

Galaksissamme on ainakin yksi supermassiivinen musta aukko. Sen lähde, joka tunnetaan nimellä Sagittarius A*, sijaitsee tarkasti Linnunradan tason keskellä. Sen nimi selittyy sillä, että se on Jousimiehen tähdistön tehokkain radiolähde. Juuri tähän suuntaan galaktisen järjestelmämme sekä geometriset että fyysiset keskukset sijaitsevat. Noin 26 000 valovuoden etäisyydellä meistä sijaitseva supermassiivinen musta aukko, joka liittyy radioaaltojen lähteeseen Sagittarius A *, jonka massaksi arvioidaan noin 4 miljoonaa auringon massaa, ja se sijaitsee avaruudessa, jonka tilavuus on verrattavissa tilavuuteen. aurinkokunnasta. Sen suhteellinen läheisyys meihin (tämä supermassiivinen musta aukko on epäilemättä lähinnä Maata) on saanut kohteen Chandra-avaruusobservatorion erityisen syvällisen tarkastelun kohteeksi viime vuosina. Erityisesti kävi ilmi, että se on myös voimakas röntgensäteiden lähde (mutta ei yhtä tehokas kuin aktiivisten galaktisten ytimien lähteet). Jousimies A* on mahdollisesti galaksimme aktiivisen ytimen uinuva jäännös miljoonia tai miljardeja vuosia sitten.

Toinen musta aukko?

Jotkut tähtitieteilijät uskovat kuitenkin, että galaksissamme on toinen yllätys. Puhumme toisesta keskimääräisestä mustasta aukosta, joka pitää koossa nuoria tähtiä eivätkä anna niiden pudota supermassiiviseen mustaan ​​aukkoon, joka sijaitsee itse galaksin keskustassa. Miten voi olla, että alle valovuoden etäisyydellä siitä voisi olla tähtijoukko, jonka ikä on tuskin saavuttanut 10 miljoonaa vuotta, eli tähtitieteellisesti tarkasteltuna hyvin nuori? Tutkijoiden mukaan vastaus piilee siinä, että klusteri ei syntynyt sinne (keskialueen mustan aukon ympäristö on liian vihamielinen tähtien muodostumiselle), vaan se "piirrettiin" sinne, koska sisällä oli toinen musta aukko. se, jolla on keskiarvojen massa.

Kiertoradalla

Supermassiivisen mustan aukon vetämät joukon yksittäiset tähdet alkoivat siirtyä kohti galaktista keskustaa. Sen sijaan, että ne leviäisivät avaruuteen, ne pysyvät yhdessä klusterin keskellä sijaitsevan toisen mustan aukon vetovoiman vuoksi. Tämän mustan aukon massa voidaan arvioida sen kyvystä pitää koko tähtijoukko "hihnassa". Keskikokoinen musta aukko näyttää kiertävän keskellä olevan mustan aukon noin 100 vuoden kuluttua. Tämä tarkoittaa, että pitkän aikavälin havainnot monien vuosien aikana antavat meille mahdollisuuden "nähdä" se.

S. TRANKOVSKY

Modernin fysiikan ja astrofysiikan tärkeimpiin ja kiinnostavimpiin ongelmiin akateemikko V. L. Ginzburg nimesi mustiin aukkoihin liittyvät kysymykset (ks. Science and Life, nro 11, 12, 1999). Näiden outojen esineiden olemassaolo ennustettiin yli kaksisataa vuotta sitten, niiden muodostumiseen johtaneet olosuhteet laskettiin tarkasti 1900-luvun 30-luvun lopulla, ja astrofysiikka otti ne käsiinsä alle neljäkymmentä vuotta sitten. Nykyään tieteelliset lehdet ympäri maailmaa julkaisevat tuhansia artikkeleita mustista aukoista joka vuosi.

Musta aukko voi muodostua kolmella tavalla.

Näin on tapana kuvata romahtavan mustan aukon läheisyydessä tapahtuvia prosesseja. Ajan myötä (Y) sen ympärillä oleva tila (X) (varjostettu alue) kutistuu kohti singulaarisuutta.

Mustan aukon gravitaatiokenttä aiheuttaa voimakkaita vääristymiä avaruuden geometriaan.

Teleskoopin läpi näkymätön musta aukko paljastaa itsensä vain painovoiman vaikutuksesta.

Mustan aukon voimakkaassa gravitaatiokentässä syntyy hiukkas-antihiukkas-pareja.

Hiukkas-antihiukkasparin synty laboratoriossa.

MITEN NE NÄKYVÄT

Valoisa taivaankappale, jonka tiheys on yhtä suuri kuin maan tiheys ja jonka halkaisija on kaksisataaviisikymmentä kertaa suurempi kuin Auringon halkaisija, vetovoimansa vuoksi ei anna valonsa saavuttaa meitä. Siten on mahdollista, että maailmankaikkeuden suurimmat valokappaleet pysyvät näkymättöminä juuri kokonsa vuoksi.
Pierre Simon Laplace.
Esitys maailman järjestelmästä. 1796

Vuonna 1783 englantilainen matemaatikko John Mitchell ja 13 vuotta myöhemmin hänestä riippumattomasti ranskalainen tähtitieteilijä ja matemaatikko Pierre Simon Laplace suorittivat hyvin oudon tutkimuksen. He pohtivat olosuhteita, joissa valo ei voisi lähteä tähdestä.

Tiedemiesten logiikka oli yksinkertainen. Kaikille tähtitieteellisille kohteille (planeetta tai tähti) voit laskea ns. pakonopeuden tai toisen kosmisen nopeuden, jonka avulla mikä tahansa kappale tai hiukkanen voi jättää sen ikuisesti. Ja tuon ajan fysiikassa hallitsi ylimpänä Newtonin teoria, jonka mukaan valo on hiukkasten virta (lähes sataviisikymmentä vuotta oli jäljellä ennen sähkömagneettisten aaltojen ja kvanttien teoriaa). Hiukkasten pakonopeus voidaan laskea planeetan pinnalla olevan potentiaalienergian ja äärettömän suurelle etäisyydelle "pakenevan" kappaleen kineettisen energian yhtäläisyyden perusteella. Tämä nopeus määritetään kaavalla #1#

Missä M on avaruusobjektin massa, R on sen säde, G on gravitaatiovakio.

Täältä saadaan helposti tietyn massan kappaleen säde (kutsutaan myöhemmin "painovoimasäteeksi". r g "), jolla pakonopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus:

Tämä tarkoittaa, että tähti on puristettu säteiseksi palloksi r g< 2GM/c 2 lakkaa lähettämästä - valo ei pääse poistumaan siitä. Universumiin ilmestyy musta aukko.

On helppo laskea, että Aurinko (sen massa on 2,1033 g) muuttuu mustaksi aukoksi, jos se kutistuu noin 3 kilometrin säteelle. Sen aineen tiheys saavuttaa tässä tapauksessa 10 16 g/cm 3 . Mustan aukon tilaan puristetun maan säde pienenisi noin yhteen senttimetriin.

Tuntui uskomattomalta, että luonnosta löytyi voimia, jotka voisivat puristaa tähden niin merkityksettömään kokoon. Siksi Mitchellin ja Laplacen yli sadan vuoden työn johtopäätöksiä pidettiin matemaattisena paradoksina, jolla ei ole fyysistä merkitystä.

Tiukka matemaattinen todiste siitä, että tällainen eksoottinen esine avaruudessa on mahdollista, saatiin vasta vuonna 1916. Saksalainen tähtitieteilijä Karl Schwarzschild, analysoituaan Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhtälöitä, sai mielenkiintoisen tuloksen. Tutkittuaan hiukkasen liikettä massiivisen kappaleen painovoimakentässä hän tuli siihen tulokseen, että yhtälö menettää fyysisen merkityksensä (sen ratkaisu menee äärettömään), kun r= 0 ja r = r g.

Pisteitä, joissa kentän ominaisuudet menettävät merkityksensä, kutsutaan yksittäisiksi eli erityisiksi. Singulariteetti nollapisteessä heijastaa pistettä, tai mikä on sama, keskussymmetristä kenttärakennetta (loppujen lopuksi mikä tahansa pallomainen kappale - tähti tai planeetta - voidaan esittää aineelliseksi pisteeksi). Ja pisteet, jotka sijaitsevat pallomaisella pinnalla, jolla on säde r g, muodostavat sen pinnan, josta poistumisnopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus. Yleisessä suhteellisuusteoriassa sitä kutsutaan Schwarzschildin singulaarisfääriksi tai tapahtumahorisontiksi (miksi - se selviää myöhemmin).

Jo meille tuttujen esineiden - Maan ja Auringon - esimerkissä on selvää, että mustat aukot ovat hyvin outoja esineitä. Jopa tähtitieteilijät, jotka käsittelevät ainetta äärimmäisissä lämpötiloissa, tiheydessä ja paineessa, pitävät niitä erittäin eksoottisina, ja viime aikoihin asti kaikki eivät uskoneet niiden olemassaoloon. Ensimmäiset viitteet mustien aukkojen mahdollisuudesta sisältyivät kuitenkin jo A. Einsteinin vuonna 1915 luotuun yleiseen suhteellisuusteoriaan. Englantilainen tähtitieteilijä Arthur Eddington, yksi ensimmäisistä suhteellisuusteorian tulkitsijoista ja popularisoijista, johti 1930-luvulla yhtälöjärjestelmän, joka kuvaa tähtien sisäistä rakennetta. Niistä seuraa, että tähti on tasapainossa vastakkaisiin suuntautuneiden gravitaatiovoimien ja sisäisen paineen vaikutuksesta, jotka syntyvät kuumien plasmahiukkasten liikkeestä valaisimen sisällä ja sen syvyyksissä syntyvän säteilyn paineesta. Ja tämä tarkoittaa, että tähti on kaasupallo, jonka keskellä on korkea lämpötila, joka laskee vähitellen reunaa kohti. Etenkin yhtälöistä seurasi, että Auringon pinnan lämpötila on noin 5500 astetta (mikä on varsin yhdenmukainen tähtitieteellisten mittaustietojen kanssa) ja sen keskellä pitäisi olla noin 10 miljoonaa astetta. Tämä antoi Eddingtonille mahdollisuuden tehdä profeetallisen johtopäätöksen: sellaisessa lämpötilassa "sytytetään" lämpöydinreaktio, joka riittää varmistamaan Auringon hehkun. Tuon ajan atomifyysikot eivät olleet samaa mieltä tästä. Heistä tuntui, että tähden suolistossa oli liian "kylmää": lämpötila siellä ei riittänyt reaktion "menemiseen". Tähän raivoissaan teoreetikko vastasi: "Etsikää kuumempaa paikkaa!"

Ja lopulta hän osoittautui oikeaksi: tähden keskustassa todella tapahtuu lämpöydinreaktio (toinen asia on, että ns. "standardi aurinkomalli", joka perustuu lämpöydinfuusion ideoihin, ilmeisesti osoittautui olla virheellinen - katso esimerkiksi "Tiede ja elämä" nro 2, 3, 2000). Siitä huolimatta reaktio tähden keskustassa tapahtuu, tähti loistaa ja tässä tapauksessa esiintyvä säteily pitää sen vakaassa tilassa. Mutta nyt tähden ydin "polttoaine" palaa loppuun. Energian vapautuminen pysähtyy, säteily sammuu ja gravitaatiovoimaa hillitsevä voima katoaa. Tähden massalla on raja, jonka jälkeen tähti alkaa peruuttamattomasti kutistua. Laskelmat osoittavat, että näin tapahtuu, jos tähden massa ylittää kaksi tai kolme auringon massaa.

GRAVITAATIOINEN KOLAPSIO

Aluksi tähden supistumisnopeus on pieni, mutta sen nopeus kasvaa jatkuvasti, koska vetovoima on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön. Kompressiosta tulee peruuttamatonta, ei ole voimia, jotka voisivat vastustaa itsepainovoimaa. Tätä prosessia kutsutaan painovoiman romahtamiseksi. Tähtien kuoren nopeus kohti keskustaa kasvaa ja lähestyy valon nopeutta. Ja tässä suhteellisuusteorian vaikutukset alkavat näytellä roolia.

Pakonopeus laskettiin newtonilaisten valon luonteen käsitysten perusteella. Yleisen suhteellisuusteorian näkökulmasta ilmiöt romahtavan tähden läheisyydessä tapahtuvat hieman eri tavalla. Sen voimakkaassa gravitaatiokentässä tapahtuu niin sanottu gravitaatiopunasiirtymä. Tämä tarkoittaa, että massiivisesta esineestä tulevan säteilyn taajuus siirtyy kohti matalia taajuuksia. Rajalla, Schwarzschild-pallon rajalla, säteilytaajuudesta tulee nolla. Toisin sanoen sen ulkopuolella oleva tarkkailija ei voi saada selville mitään siitä, mitä sisällä tapahtuu. Tästä syystä Schwarzschildin palloa kutsutaan tapahtumahorisontiksi.

Mutta taajuuden vähentäminen tarkoittaa ajan hidastamista, ja kun taajuudesta tulee nolla, aika pysähtyy. Tämä tarkoittaa, että ulkopuolinen tarkkailija näkee hyvin oudon kuvan: kasvavalla kiihtyvyydellä putoavan tähden kuori pysähtyy sen sijaan, että se saavuttaisi valonnopeuden. Hänen näkökulmastaan ​​supistuminen pysähtyy heti, kun tähden koko lähestyy gravitaatiosädettä
viikset. Hän ei koskaan tule näkemään edes yhtä hiukkasta "sukelluksen" Schwarzschild-pallon alle. Mutta mustaan ​​aukkoon putoavalla hypoteettisella tarkkailijalla kaikki päättyy hetkessä hänen kellonsa mukaan. Siten Auringon kokoisen tähden painovoiman romahdusaika on 29 minuuttia ja paljon tiheämmän ja kompaktimman neutronitähden - vain 1/20 000 sekuntia. Ja tässä hän on pulassa, joka liittyy aika-avaruuden geometriaan lähellä mustaa aukkoa.

Tarkkailija astuu kaarevaan tilaan. Lähellä gravitaatiosädettä painovoimat tulevat äärettömän suuriksi; he venyttävät raketin astronautti-tarkkailijan kanssa äärettömän ohueksi, äärettömän pituiseksi langaksi. Mutta hän itse ei huomaa tätä: kaikki hänen muodonmuutoksensa vastaavat tila-aikakoordinaattien vääristymiä. Nämä pohdinnat viittaavat tietysti ihanteelliseen, hypoteettiseen tapaukseen. Kaikki todelliset ruumiit repeytyvät vuorovesivoimien vaikutuksesta kauan ennen kuin se lähestyy Schwarzschildin palloa.

MUSTIEN REIKIEN MITAT

Mustan aukon koko tai pikemminkin Schwarzschildin pallon säde on verrannollinen tähden massaan. Ja koska astrofysiikka ei aseta mitään rajoituksia tähden koolle, musta aukko voi olla mielivaltaisen suuri. Jos se syntyisi esimerkiksi 108 Auringon massan omaavan tähden romahtamisen yhteydessä (tai satojen tuhansien tai jopa miljoonien suhteellisen pienten tähtien sulautumisen seurauksena), sen säde olisi noin 300 miljoonaa kilometriä, kaksi kertaa maapallon kiertoradalla. Ja tällaisen jättiläisen aineen keskimääräinen tiheys on lähellä veden tiheyttä.

Ilmeisesti juuri tällaisia ​​mustia aukkoja löytyy galaksien keskuksista. Joka tapauksessa tähtitieteilijät laskevat nykyään noin viisikymmentä galaksia, joiden keskellä epäsuorien todisteiden perusteella (käsittelemme niitä jäljempänä) on mustia aukkoja, joiden massa on noin miljardi (10 9) aurinkoa. Ilmeisesti galaksissamme on myös oma musta aukko; sen massa arvioitiin melko tarkasti - 2,4. 10 6 ±10 % Auringon massasta.

Teoria olettaa, että tällaisten superjättiläisten ohella olisi pitänyt syntyä mustia minireikiä, joiden massa on noin 10 14 g ja säde noin 10 -12 cm (atomiytimen koko). Ne saattoivat ilmaantua maailmankaikkeuden olemassaolon ensimmäisinä hetkinä osoituksena aika-avaruuden erittäin voimakkaasta epähomogeenisuudesta valtavalla energiatiheydellä. Tutkijat ymmärtävät nyt maailmankaikkeudessa silloin vallinneet olosuhteet voimakkailla törmäyksillä (kiihdyttimillä törmäyssäteillä). Aiemmin tänä vuonna CERNissä tehdyt kokeet mahdollistivat kvarkkigluoniplasman saamisen - ainetta, joka oli olemassa ennen alkuainehiukkasten ilmaantumista. Tämän aineen tilan tutkimus jatkuu Brookhavenissa, amerikkalaisessa kiihdytinkeskuksessa. Se pystyy kiihdyttämään hiukkaset energioihin, jotka ovat puolitoista tai kaksi suuruusluokkaa suurempia kuin kiihdytin
CERN. Tuleva kokeilu aiheutti vakavaa ahdistusta: syntyykö sen toteutuksen aikana musta minireikä, joka taivuttaa avaruuttamme ja tuhoaa maapallon?

Tämä pelko aiheutti niin voimakkaan vastauksen, että Yhdysvaltain hallituksen oli pakko kutsua koolle arvovaltainen komissio testaamaan tätä mahdollisuutta. Tuntevista tutkijoista koostuva komissio päätteli, että kiihdytinenergia on liian alhainen mustan aukon muodostumiselle (tämä koe on kuvattu Science and Life -lehdessä, nro 3, 2000).

MITEN NÄHDÄ NÄKYMÄTTÖMÄN

Mustat aukot eivät säteile mitään, eivät edes valoa. Tähtitieteilijät ovat kuitenkin oppineet näkemään ne tai pikemminkin löytämään "ehdokkaita" tähän rooliin. On kolme tapaa havaita musta aukko.

1. On tarpeen seurata tähtien kiertoa ryhmissä tietyn painopisteen ympärillä. Jos käy ilmi, että tässä keskustassa ei ole mitään ja tähdet pyörivät ikään kuin tyhjän paikan ympärillä, voimme sanoa melko luottavaisesti: tässä "tyhjyydessä" on musta aukko. Tällä perusteella oletettiin mustan aukon olemassaoloa galaksimme keskustassa ja arvioitiin sen massa.

2. Musta aukko imee aktiivisesti ainetta itseensä ympäröivästä avaruudesta. Tähtienvälinen pöly, kaasu, lähellä olevien tähtien ainekset putoavat sen päälle spiraalina, muodostaen niin sanotun accretion kiekon, joka on samanlainen kuin Saturnuksen rengas. (Juuri tämä oli pelottavaa Brookhavenin kokeessa: kiihdytinessä syntynyt musta minireikä alkaa imeä maapalloa itseensä, eikä tätä prosessia pystyisi pysäyttämään millään voimalla.) Lähestyessä Schwarzschildin palloa, hiukkaset kokevat kiihtyvyys ja alkaa säteilemään röntgenalueella. Tällä säteilyllä on ominaisspektri, joka on samanlainen kuin hyvin tutkitulla synkrotronissa kiihdytettyjen hiukkasten säteilyllä. Ja jos tällaista säteilyä tulee joltain maailmankaikkeuden alueelta, voimme varmuudella sanoa, että siellä täytyy olla musta aukko.

3. Kun kaksi mustaa aukkoa sulautuvat yhteen, tapahtuu gravitaatiosäteilyä. Lasketaan, että jos kunkin massa on noin kymmenen auringon massaa, niin niiden sulautuessa muutamassa tunnissa vapautuu energiaa, joka vastaa 1 % niiden kokonaismassasta gravitaatioaaltojen muodossa. Tämä on tuhat kertaa enemmän kuin aurinko, lämpö ja muu energia, jonka aurinko on lähettänyt koko olemassaolonsa aikana - viisi miljardia vuotta. He toivovat pystyvänsä havaitsemaan gravitaatiosäteilyä LIGO ja muiden avulla, joita nyt rakennetaan Amerikkaan ja Eurooppaan venäläisten tutkijoiden osallistuessa (ks. "Tiede ja elämä" nro 5, 2000).

Ja silti, vaikka tähtitieteilijöillä ei ole epäilystäkään mustien aukkojen olemassaolosta, kukaan ei voi kategorisesti väittää, että täsmälleen yksi niistä sijaitsee tietyssä pisteessä avaruudessa. Tieteellinen etiikka, tutkijan tunnollisuus edellyttävät esitettyyn kysymykseen yksiselitteistä vastausta, joka ei siedä eroja. Näkymättömän esineen massan arvioiminen ei riitä, vaan sen säde on mitattava ja osoitettava, että se ei ylitä Schwarzschildin massaa. Ja edes galaksissamme tätä ongelmaa ei ole vielä ratkaistu. Tästä syystä tiedemiehet osoittavat tiettyä pidättyväisyyttä kertoessaan löydöstään, ja tieteelliset lehdet ovat kirjaimellisesti täynnä raportteja teoreettisesta työstä ja havaintoja vaikutuksista, jotka voivat valaista heidän mysteeriään.

Totta, mustilla aukoilla on myös yksi teoreettisesti ennustettu ominaisuus, joka ehkä mahdollistaisi niiden näkemisen. Mutta kuitenkin yhdellä ehdolla: mustan aukon massan on oltava paljon pienempi kuin Auringon massa.

MUSTA REIKÄ VOI OLLA VALKOINEN

Pitkään mustia aukkoja pidettiin pimeyden ruumiillistumana, esineinä, jotka tyhjiössä, aineen absorption puuttuessa, eivät säteile mitään. Kuitenkin vuonna 1974 kuuluisa englantilainen teoreetikko Stephen Hawking osoitti, että mustille aukkoille voidaan määrittää lämpötila ja siksi niiden täytyy säteillä.

Kvanttimekaniikan käsitteiden mukaan tyhjiö ei ole tyhjiö, vaan eräänlainen "avaruus-aikavaahto", virtuaalisten (maailmassamme havaitsemattomien) hiukkasten ryöstö. Kvanttienergian vaihtelut pystyvät kuitenkin "heittämään" hiukkas-antihiukkas-parin tyhjiöstä. Esimerkiksi kun kaksi tai kolme gamma-kvanttia törmäävät, elektroni ja positroni ilmestyvät kuin tyhjästä. Tätä ja vastaavia ilmiöitä on havaittu toistuvasti laboratorioissa.

Kvanttivaihtelut määräävät mustien aukkojen säteilyprosessit. Jos pari hiukkasia, joilla on energioita E Ja -E(parin kokonaisenergia on nolla), syntyy Schwarzschild-pallon läheisyydessä, hiukkasten tuleva kohtalo on erilainen. He voivat tuhoutua lähes välittömästi tai mennä tapahtumahorisontin alle yhdessä. Tässä tapauksessa mustan aukon tila ei muutu. Mutta jos vain yksi hiukkanen menee horisontin alle, havainnoija rekisteröi toisen, ja hänestä näyttää, että se on mustan aukon synnyttämä. Tässä tapauksessa musta aukko, joka on absorboinut hiukkasen energiaa -E, vähentää sen energiaa ja energiaa E- lisääntyä.

Hawking laski nopeudet, joilla kaikki nämä prosessit etenevät, ja päätyi siihen tulokseen, että negatiivisen energian hiukkasten absorption todennäköisyys on suurempi. Tämä tarkoittaa, että musta aukko menettää energiaa ja massaa - se haihtuu. Lisäksi se säteilee täysin mustana kappaleena lämpötilan kanssa T = 6 . 10 -8 M Kanssa / M kelvinit, missä M c on Auringon massa (2,1033 g), M on mustan aukon massa. Tämä yksinkertainen suhde osoittaa, että mustan aukon lämpötila, jonka massa on kuusi kertaa Auringon massa, on asteen sadasmiljoonasosa. On selvää, että tällainen kylmä keho ei säteile käytännössä mitään, ja kaikki yllä olevat argumentit pysyvät voimassa. Toinen asia - mini-reiät. On helppo nähdä, että 10 14 -10 30 gramman massalla ne kuumenevat kymmeniin tuhansiin asteisiin ja ovat valkokuumia! On kuitenkin välittömästi huomattava, että mustien aukkojen ominaisuuksien kanssa ei ole ristiriitaa: tämä säteily säteilee kerroksesta Schwarzschildin pallon yläpuolella, ei sen alapuolella.

Joten musta aukko, joka näytti olevan ikuisesti jäätynyt esine, ennemmin tai myöhemmin katoaa haihtuen. Lisäksi kun se "laihtua", haihtumisnopeus kasvaa, mutta se kestää silti erittäin kauan. On arvioitu, että 10 14 grammaa painavien minireikien, jotka ilmestyivät heti alkuräjähdyksen jälkeen 10-15 miljardia vuotta sitten, pitäisi haihtua kokonaan meidän aikanamme. Niiden elinkaaren viimeisessä vaiheessa niiden lämpötila saavuttaa valtavan arvon, joten haihtumistuotteiden on oltava erittäin korkean energian hiukkasia. On mahdollista, että ne synnyttävät laajoja ilmakehän suihkuja - EAS:ita Maan ilmakehässä. Joka tapauksessa epätavallisen korkean energian hiukkasten alkuperä on toinen tärkeä ja mielenkiintoinen ongelma, joka voidaan liittää läheisesti mustien aukkojen fysiikan yhtä kiehtoviin kysymyksiin.

Julkaisupäivä: 27.09.2012

Useimmilla ihmisillä on epämääräinen tai väärä käsitys siitä, mitä mustat aukot ovat. Samaan aikaan nämä ovat niin globaaleja ja voimakkaita universumin esineitä, joihin verrattuna planeettamme ja koko elämämme ei ole mitään.

Essence

Tämä on avaruusobjekti, jolla on niin valtava painovoima, että se imee kaiken, mikä kuuluu sen rajoihin. Itse asiassa musta aukko on esine, joka ei edes vapauta valoa ja taivuttaa aika-avaruutta. Aikakin kuluu hitaammin mustien aukkojen lähellä.

Itse asiassa mustien aukkojen olemassaolo on vain teoria (ja vähän käytäntöä). Tutkijoilla on oletuksia ja käytännön kokemusta, mutta mustia aukkoja ei ole vielä voitu tutkia tarkasti. Siksi mustia aukkoja kutsutaan ehdollisesti kaikkiin objekteihin, jotka sopivat tähän kuvaukseen. Mustia aukkoja tutkitaan vähän, ja siksi monet kysymykset jäävät ratkaisematta.

Jokaisella mustalla aukolla on tapahtumahorisontti - se raja, jonka jälkeen mikään ei pääse ulos. Lisäksi mitä lähempänä mustaa aukkoa esine on, sitä hitaammin se liikkuu.

koulutus

Mustien aukkojen muodostumiseen on useita tyyppejä ja tapoja:
- mustien aukkojen muodostuminen maailmankaikkeuden muodostumisen seurauksena. Tällaiset mustat aukot ilmestyivät heti alkuräjähdyksen jälkeen.
- kuolevat tähdet. Kun tähti menettää energiansa ja lämpöydinreaktiot pysähtyvät, tähti alkaa kutistua. Puristusasteesta riippuen erotetaan neutronitähdet, valkoiset kääpiöt ja itse asiassa mustat aukot.
- saaminen kokeen avulla. Esimerkiksi törmäimessä voit luoda kvanttimustan aukon.

Versiot

Monet tutkijat ovat taipuvaisia ​​uskomaan, että mustat aukot heittävät kaiken imeytyneen aineen muualle. Nuo. täytyy olla "valkoisia aukkoja", jotka toimivat eri periaatteella. Jos pääset mustaan ​​aukkoon, mutta et pääse ulos, et pääse valkoiseen aukkoon. Tiedemiesten pääargumentti on avaruuteen tallennetut terävät ja voimakkaat energiapurkaukset.

Kieliteoreetikot loivat yleensä oman mallinsa mustasta aukosta, joka ei tuhoa tietoa. Heidän teoriansa on nimeltään "Fuzzball" - sen avulla voit vastata kysymyksiin, jotka liittyvät tiedon singulaarisuuteen ja katoamiseen.

Mitä on tiedon singulaarisuus ja katoaminen? Singulariteetti on avaruuden piste, jolle on ominaista ääretön paine ja tiheys. Monet ovat hämmentyneitä singulaarisuuden tosiasiasta, koska fyysikot eivät voi työskennellä äärettömien lukujen kanssa. Monet ovat varmoja, että mustassa aukossa on singulariteetti, mutta sen ominaisuuksia kuvataan hyvin pinnallisesti.

Yksinkertaisesti sanottuna kaikki ongelmat ja väärinkäsitykset johtuvat kvanttimekaniikan ja painovoiman välisestä suhteesta. Toistaiseksi tiedemiehet eivät voi luoda teoriaa, joka yhdistää heidät. Siksi mustan aukon kanssa on ongelmia. Loppujen lopuksi musta aukko näyttää tuhoavan tietoa, mutta kvanttimekaniikan perusteita rikotaan. Vaikka aivan äskettäin S. Hawking näytti ratkaisneen tämän ongelman, totesi, että mustissa aukoissa oleva tieto ei ole vieläkään tuhoutunut.

stereotypiat

Ensinnäkin mustia aukkoja ei voi olla olemassa loputtomiin. Ja kaikki kiitos Hawkingin haihtumisen. Siksi ei pidä ajatella, että mustat aukot nielevät ennemmin tai myöhemmin universumin.

Toiseksi, Auringosta ei tule musta aukko. Koska tähtemme massa ei riitä. Aurinkomme muuttuu todennäköisemmin valkoiseksi kääpiöksi (ja se ei ole tosiasia).

Kolmanneksi, suuri hadronitörmätin ei tuhoa maapalloamme luomalla mustan aukon. Vaikka he tarkoituksella luovat mustan aukon ja "vapauttavat" sen, pienen kokonsa vuoksi se imee planeettamme hyvin, hyvin pitkään.

Neljänneksi, älä ajattele, että musta aukko on "reikä" avaruudessa. Musta aukko on pallomainen esine. Tästä syystä suurin osa mielipiteistä, joiden mukaan mustat aukot johtavat rinnakkaisuniversumiin. Tätä tosiasiaa ei kuitenkaan ole vielä todistettu.

Viidenneksi mustalla aukolla ei ole väriä. Se havaitaan joko röntgensäteillä tai muiden galaksien ja tähtien taustalla (linssiefekti).

Koska ihmiset usein sekoittavat mustat aukot madonreikiin (jotka todella ovat olemassa), näitä käsitteitä ei eroteta tavallisten ihmisten keskuudessa. Madonreikä todella mahdollistaa liikkumisen tilassa ja ajassa, mutta toistaiseksi vain teoriassa.

Monimutkaisia ​​asioita yksinkertaisin sanoin

Tällaista ilmiötä on vaikea kuvailla yksinkertaisesti mustaksi aukoksi. Jos pidät itseäsi tarkkojen tieteiden asiantuntijana, suosittelen lukemaan tutkijoiden teoksia suoraan. Jos haluat tietää enemmän tästä ilmiöstä, lue Stephen Hawkingin kirjoitukset. Hän teki paljon tieteen hyväksi ja erityisesti mustien aukkojen alalla. Hänen mukaansa on nimetty mustien aukkojen haihtuminen. Hän on pedagogisen lähestymistavan kannattaja, ja siksi kaikki hänen teoksensa ovat ymmärrettäviä myös tavalliselle ihmiselle.

Kirjat:
- Mustat aukot ja nuoret universumit, 1993.
- Maailma pähkinänkuoressa 2001.
- Vuoden "Universumin lyhin historia 2005".

Erityisesti haluan suositella hänen populaaritieteellisiä elokuviaan, jotka kertovat ymmärrettävällä kielellä paitsi mustista aukoista myös universumista yleensä:
- "Stephen Hawkingin universumi" - 6 jakson sarja.
- "Syvään maailmankaikkeuteen Stephen Hawkingin kanssa" - 3-jaksoinen sarja.
Kaikki nämä elokuvat on käännetty venäjäksi ja niitä esitetään usein Discovery-kanavilla.

Kiitos huomiostasi!

Viimeaikaiset tieteen ja tekniikan vinkit:

Auttoiko tämä neuvo sinua? Voit auttaa hanketta lahjoittamalla haluamasi summan sen kehittämiseen. Esimerkiksi 20 ruplaa. Tai enemmän:)