Mustien aukkojen sotkuisissa hallissa kaksi maailmaamme kuvaavaa perusteoriaa törmäävät. Onko mustia aukkoja todella olemassa? Näyttää kyllä. Onko mahdollista ratkaista perusongelmat, jotka tulevat esiin, kun tarkastelemme mustia aukkoja tarkemmin? Tuntematon. Ymmärtääksesi, mitä tutkijat käsittelevät, sinun on sukeltaa hieman näiden epätavallisten esineiden tutkimuksen historiaan. Ja aloitamme sanomalla, että kaikista fysiikassa olevista voimista on yksi, jota emme ymmärrä ollenkaan: painovoima.

Painovoima on perustavanlaatuisen fysiikan ja tähtitieteen leikkauspiste, raja, jossa kohtaavat kaksi perustavinta maailmaamme kuvaavaa teoriaa: kvanttiteoria ja Einsteinin teoria aika-avaruudesta ja painovoimasta, joka tunnetaan myös yleisenä suhteellisuusteoriana.

Mustat aukot ja painovoima

Nämä kaksi teoriaa näyttävät olevan ristiriidassa keskenään. Eikä se ole edes ongelma. Niitä on eri maailmoissa, kvanttimekaniikka kuvaa hyvin vähän ja yleinen suhteellisuusteoria erittäin paljon.

Vasta kun pääset äärimmäisen pieniin mittakaaviin ja äärimmäiseen painovoimaan, nämä kaksi teoriaa törmäävät ja jotenkin toinen niistä osoittautuu vääräksi. Joka tapauksessa tämä seuraa teoriasta.

Mutta maailmankaikkeudessa on yksi paikka, jossa voimme todella todistaa tämän ongelman ja ehkä jopa ratkaista sen: mustan aukon raja. Tässä kohtaamme äärimmäisen painovoiman. Vain tässä on yksi ongelma: kukaan ei ole koskaan "nähnyt" mustaa aukkoa.

Mikä on musta aukko?

Kuvittele, että kaikki fyysisen maailman draama tapahtuu aika-avaruuden teatterissa, mutta painovoima on ainoa voima, joka todella muuttaa teatteria, jossa sitä esitetään.

Painovoima hallitsee maailmankaikkeutta, mutta se ei välttämättä ole edes voima perinteisessä merkityksessä. Einstein kuvaili sitä seuraukseksi aika-avaruuden muodonmuutoksesta. Ja ehkä se ei vain sovi hiukkasfysiikan standardimalliin.

Kun erittäin suuri tähti räjähtää elinkaarensa lopussa, sen sisin osa romahtaa oman painovoimansa vaikutuksesta, koska polttoainetta ei enää ole tarpeeksi ylläpitämään painetta painovoimaa vastaan. Loppujen lopuksi painovoima pystyy edelleen käyttämään voimaa, siltä näyttää.

Aine romahtaa, eikä mikään luonnonvoima voi jättää tätä romahdusta.

Äärettömässä ajassa tähti romahtaa äärettömään pieneen pisteeseen: singulaarisuuteen tai sanotaanko sitä mustaksi aukoksi. Mutta äärellisessä ajassa, tietysti, tähtien ydin romahtaa joksikin äärellisen kokoiseksi, ja sillä on silti valtava määrä massaa äärettömän pienellä alueella. Sitä kutsutaan myös mustaksi aukoksi.

Mustat aukot eivät ime kaikkea sisäänsä.

On huomionarvoista, että ajatus siitä, että musta aukko imee väistämättä kaiken itseensä, on virheellinen.

Itse asiassa, kiertäätkö tähteä tai tähdestä muodostettua mustaa aukkoa, sillä ei ole väliä niin kauan kuin massa pysyy samana. Vanha kunnon keskipakovoima ja kulmamomenttisi pitävät sinut turvassa ja estävät sinua kaatumasta.

Ja vasta kun käytät rakettijarruja katkaistaksesi pyörimisen, alat pudota sisäänpäin.

Kuitenkin, kun alat pudota mustaan ​​aukkoon, kiihdyt vähitellen yhä suurempiin nopeuksiin, kunnes saavutat lopulta valonnopeuden.

Miksi kvanttiteoria ja yleinen suhteellisuusteoria eivät ole yhteensopivia?

Tällä hetkellä kaikki hajoaa, koska yleisen suhteellisuusteorian mukaan mikään ei voi liikkua valon nopeutta nopeammin.

Valo on substraatti, jota käytetään kvanttimaailmassa vaihtamaan voimia ja kuljettamaan tietoa makrokosmukseen. Valo määrittää, kuinka nopeasti voit yhdistää syyn ja seurauksen. Jos liikut valoa nopeammin, voit nähdä tapahtumat ja muuttaa asioita ennen kuin ne tapahtuvat. Ja tällä on kaksi seurausta:

• Kohdassa, jossa saavutat valonnopeuden putoamalla sisäänpäin, sinun täytyy myös lentää ulos siitä pisteestä vielä suuremmalla nopeudella, mikä näyttää mahdottomalta. Siksi tavallinen fyysinen viisaus kertoo sinulle, että mikään ei voi jättää mustaa aukkoa tämän esteen taakse, jota kutsumme myös "tapahtumahorisontiksi".
• Tästä seuraa myös, että kvanttiinformaation säilymisen perusperiaatteita rikotaan yhtäkkiä.

Onko tämä totta ja kuinka voimme muuttaa painovoimateoriaa (tai kvanttifysiikkaa), ovat kysymyksiä, joihin monet fyysikot etsivät vastauksia. Eikä kukaan meistä voi sanoa, mihin väitteisiin lopulta päädymme.

Onko mustia aukkoja olemassa?

Ilmeisesti kaikki tämä jännitys olisi perusteltua vain, jos mustia aukkoja todella olisi tässä universumissa. Onko niitä siis olemassa?

Kuluneen vuosisadan aikana on todistettu vakuuttavasti, että jotkin kaksoitähdet, joilla on voimakas röntgensäteily, ovat itse asiassa tähtiä, jotka ovat romahtaneet mustiksi aukoksi.

Lisäksi galaksien keskuksista löydämme usein todisteita valtavista, tummista massapitoisuuksista. Nämä voivat olla supermassiivisia versioita mustista aukoista, jotka syntyivät luultavasti galaksin keskustaan ​​syöksyneiden tähtien ja kaasupilvien sulautuessa.

Todisteet ovat vakuuttavia, mutta aiheellisia. antoi meille mahdollisuuden ainakin "kuulla" mustien aukkojen sulautumisia, mutta tapahtumahorisontin allekirjoitus on edelleen vaikeasti havaittavissa, emmekä ole koskaan "nähneet" mustia aukkoja toistaiseksi - ne ovat vain liian pieniä, liian kaukana, ja useimmissa tapauksissa liian musta.

Miltä musta aukko näyttää?

Jos katsot suoraan mustaan ​​aukkoon, näet synkimmän kuviteltavissa olevan pimeyden.

Mutta mustan aukon lähiympäristö voi olla riittävän kirkas, kun kaasut kiertävät sisäänpäin - hidastaen niiden kuljettamien magneettikenttien vastus.

Magneettisen kitkan ansiosta kaasu lämpenee valtaviin useiden kymmenien miljardien asteiden lämpötiloihin ja alkaa lähettää ultravioletti- ja röntgensäteilyä.

Kaasun magneettikentän kanssa vuorovaikutuksessa olevat ultrakuumat elektronit alkavat tuottaa voimakasta radiosäteilyä. Siten mustat aukot voivat hehkua ja niitä voi ympäröidä eri aallonpituuksilla säteilevä tulirengas.

Tulirengas, jossa on musta-musta keskikohta

Ja kuitenkin aivan keskellä tapahtumahorisontti vangitsee petolintujen tavoin jokaisen liian lähelle tulevan fotonin.

Kun avaruutta kaareutuu mustan aukon valtava massa, myös valon polut ovat kaarevia ja muodostavat jopa lähes samankeskisiä ympyröitä mustan aukon ympärille, kuten kiemurteleita syvän laakson ympärille. Kuuluisa matemaatikko David Hilbert laski tämän valorengasefektin jo vuonna 1916, vain muutama kuukausi sen jälkeen, kun Albert Einstein sai päätökseen yleisen suhteellisuusteoriansa.

Usein mustan aukon kiertämisen jälkeen osa valonsäteistä saattaa paeta, kun taas toiset päätyvät tapahtumahorisonttiin. Tällä monimutkaisella valopolulla voit kirjaimellisesti katsoa mustaan ​​aukkoon. Ja "ei mikään", joka näkyy silmissäsi, on tapahtumahorisontti.

Jos ottaisit kuvan mustasta aukosta, näkisit mustan varjon, jota ympäröi hehkuva valosumu. Kutsuimme tätä ominaisuutta mustan aukon varjoksi.

Huomattavaa on, että tämä varjo näyttää olevan suurempi kuin voisi odottaa, jos otamme lähtöpisteeksi tapahtumahorisontin halkaisijan. Syynä on se, että musta aukko toimii kuin jättiläinen linssi, joka vahvistaa itseään.

Varjon ympäristöä edustaa pieni "fotonirengas" johtuen valosta, joka kiertää mustan aukon ympärillä melkein ikuisesti. Lisäksi näet enemmän valorenkaita, jotka ilmestyvät tapahtumahorisontin lähelle, mutta jotka keskittyvät mustan aukon varjon ympärille linssiefektin ansiosta.

Fantasia vai todellisuus?

Voiko musta aukko olla todellinen fiktio, jota voidaan simuloida vain tietokoneella? Vai näkyykö se käytännössä? Vastaus: ehkä.

Universumissa on kaksi suhteellisen lähellä supermassiivista mustaa aukkoa, jotka ovat niin suuria ja lähellä, että niiden varjot voidaan vangita nykytekniikalla.

Linnunradamme keskellä on 26 000 valovuoden päässä mustia aukkoja, joiden massa on 4 miljoonaa kertaa Auringon massa, ja jättimäisessä elliptisessä galaksissa M87 (Messier 87), jonka massa on 3-6 miljardia auringon massaa.

Katso sinapinjyvät New Yorkissa Euroopasta

Sattumalta yksinkertaiset säteilyteoriat ennustavat, että molemmille kohteille tapahtumahorisontin lähellä syntyvä säteily säteilee radiotaajuuksilla 230 Hz tai enemmän.

Useimmat meistä kohtaavat nämä taajuudet vain, kun joudumme kulkemaan skannerin läpi modernilla lentokentällä. Niissä kylpee koko ajan mustia aukkoja.

Tällä säteilyllä on hyvin lyhyt - millimetrin luokkaa - aallonpituus, joka imeytyy helposti veteen. Jotta teleskooppi voisi tarkkailla kosmisia millimetriaaltoja, se on sijoitettava korkealle kuivalle vuorelle, jotta vältetään säteilyn imeytyminen Maan troposfääriin.

Periaatteessa tarvitsemme millimetrin kaukoputken, joka voi nähdä sinapinsiemenen kokoisen esineen New Yorkissa jostain Alankomaista. Tämä teleskooppi on tuhat kertaa terävämpi kuin Hubble-avaruusteleskooppi, ja millimetriaaltolle sellainen kaukoputki olisi Atlantin valtameren kokoinen tai suurempi.

Maan kokoinen virtuaalinen teleskooppi

Onneksi meidän ei tarvitse peittää maapalloa yhdellä radioantennilla, sillä voimme rakentaa virtuaalisen kaukoputken samalla resoluutiolla yhdistämällä maapallon eri vuorilla sijaitsevien kaukoputkien dataa.

Tätä tekniikkaa kutsutaan aukkosynteesiksi ja erittäin pitkäksi perusinterferometriaksi (VLBI). Idea on melko vanha ja todistettu useiden vuosikymmenien ajan, mutta vasta nyt on tullut mahdolliseksi soveltaa sitä korkeilla radiotaajuuksilla.

Ensimmäiset onnistuneet kokeet osoittivat, että tapahtumahorisonttirakenteita voitiin tutkia tällaisilla taajuuksilla. Nyt on kaikki mitä tarvitset tällaisen kokeen suorittamiseen suuressa mittakaavassa.

Työ on jo käynnissä

BlackHoleCam-projekti on eurooppalainen projekti, jossa vihdoinkin kuvataan, mitataan ja ymmärretään astrofysikaalisia mustia aukkoja. Eurooppalainen hanke on osa maailmanlaajuista yhteistyötä - Event Horizon Telescope -konsortiota, johon kuuluu yli 200 tutkijaa Euroopasta, Amerikasta, Aasiasta ja Afrikasta. Yhdessä he haluavat ottaa ensimmäisen kuvan mustasta aukosta.

Huhtikuussa 2017 he tarkkailivat galaktista keskustaa ja M87:ää kahdeksalla kaukoputkella kuudella eri vuorella Espanjassa, Arizonassa, Havaijilla, Meksikossa, Chilessä ja etelänavalla.

Kaikki kaukoputket oli varustettu tarkoilla atomikelloilla tietojensa synkronoimiseksi tarkasti. Tutkijat tallensivat useita petabyytejä raakadataa, kiitos tuolloin erittäin hyvien sääolosuhteiden ympäri maailmaa.

Kuva mustasta aukosta

Jos tiedemiehet onnistuvat näkemään tapahtumahorisontin, he tietävät, että kvanttiteorian ja yleisen suhteellisuusteorian risteyksessä nousevat ongelmat eivät ole abstrakteja, vaan hyvin todellisia. Ehkä silloin ne voidaan ratkaista.

Tämä voidaan tehdä hankkimalla selkeämpiä kuvia mustien aukkojen varjoista tai seuraamalla tähtiä ja pulsareita niiden matkalla mustien aukkojen ympärille käyttämällä kaikkia saatavilla olevia menetelmiä näiden kohteiden tutkimiseen.

Ehkä mustista aukoista tulee tulevaisuudessa eksoottisia laboratorioitamme.

Termiä "musta aukko" käytti ensimmäisen kerran vuonna 1967 John A. Wheeler. Tämä on avaruudessa ja ajassa olevan alueen nimi, jolla on niin suuri painovoima, ettei edes valokvantit pääse sieltä pois. Koko määräytyy gravitaatiosäteen mukaan, ja toiminnan rajaa kutsutaan tapahtumahorisonttiksi.

Lomakkeen ominaisuudet

Ihannetapauksessa musta aukko, mikäli se on eristetty, on täysin musta avaruuden alue. Kukaan ei vielä tiedä, miltä musta aukko todella näyttää, tiedetään vain, että se ei vastaa nimeään, koska se on täysin näkymätön. Tähtitieteilijöiden mukaan sen läsnäolo voidaan määrittää vain tapahtumahorisontin hehkun perusteella. Tämä tapahtuu kahdesta syystä:

1. Siihen putoavat aineen hiukkaset, joiden nopeus laskee lähestyessään pistettä, josta ei ole paluuta. Ne luovat kuvan diffuusista kaasu- ja pölypilvestä, jonka sisällä on kasvava tiheys.

2. Valokvantit, jotka kulkevat lähellä mustaa aukkoa, muuttavat lentorataa. Tämä vääristymä on joskus niin suuri, että valo kiertää sen useita kertoja ennen kuin pääsee sisään. Tämä muodostaa valorenkaan.

Tähtitieteilijöiden oletusten mukaan kaikkea kuluttava tähti ei ole ollenkaan muodoton, vaan näyttää puolikuulta. Tämä johtuu siitä, että tarkkailijaa kohti oleva puoli on erityisistä kosmisista syistä aina kirkkaampi kuin toinen puoli. Tumma ympyrä puolikuun keskellä on musta aukko.

ilmaantuminen

Esiintymisskenaarioita on kaksi: massiivisen tähden voimakas puristuminen, galaksin keskustan tai sen kaasun puristuminen. On myös hypoteeseja, että ne muodostuivat alkuräjähdyksen jälkeen tai syntyivät valtavan energiamäärän vapautumisen seurauksena ydinreaktiossa.

Erilaisia

Päätyyppejä on useita: Supermassiivinen - hyvin umpeenkasvu, sijaitsee usein galaksien keskellä; Ensisijainen - oletetaan, että ne voisivat ilmaantua suurilla poikkeamilla gravitaatiokentän ja tiheyden yhtenäisyydessä, kun maailmankaikkeus ilmestyi; Kvantti - syntyvät hypoteettisesti ydinreaktioiden aikana ja niillä on mikroskooppiset mitat.

Mustan aukon elämä ei ole ikuista

S. Hawkingin oletuksen mukaan se rajoittuu vuosien 10-60 asteeseen. Reikä "ohenee" vähitellen ja jättää jälkeensä vain alkuainehiukkasia.

Oletetaan, että on olemassa antipodi - valkoinen aukko. Jos kaikki tulee ensimmäiseen eikä poistu, toiseen on mahdotonta päästä - se vain vapautuu. Tämän teorian mukaan valkoinen aukko ilmestyy lyhyeksi ajaksi ja hajoaa sinkoutuen energiaa ja ainetta. Melko vakavat tiedemiehet uskovat, että tällä tavalla luodaan eräänlainen tunneli, jonka avulla voidaan liikkua valtavia matkoja.

Termiä "musta aukko" käytti ensimmäisen kerran vuonna 1967 John A. Wheeler. Tämä on avaruudessa ja ajassa olevan alueen nimi, jolla on niin suuri painovoima, ettei edes valokvantit pääse sieltä pois. Koko määräytyy gravitaatiosäteen mukaan, ja toiminnan rajaa kutsutaan tapahtumahorisonttiksi.

Lomakkeen ominaisuudet

Ihannetapauksessa musta aukko, mikäli se on eristetty, on täysin musta avaruuden alue. Kukaan ei vielä tiedä, miltä musta aukko todella näyttää, tiedetään vain, että se ei vastaa nimeään, koska se on täysin näkymätön. Tähtitieteilijöiden mukaan sen läsnäolo voidaan määrittää vain tapahtumahorisontin hehkun perusteella. Tämä tapahtuu kahdesta syystä:

1. Siihen putoavat aineen hiukkaset, joiden nopeus laskee lähestyessään pistettä, josta ei ole paluuta. Ne luovat kuvan diffuusista kaasu- ja pölypilvestä, jonka sisällä on kasvava tiheys.

2. Valokvantit, jotka kulkevat lähellä mustaa aukkoa, muuttavat lentorataa. Tämä vääristymä on joskus niin suuri, että valo kiertää sen useita kertoja ennen kuin pääsee sisään. Tämä muodostaa valorenkaan.

Tähtitieteilijöiden oletusten mukaan kaikkea kuluttava tähti ei ole ollenkaan muodoton, vaan näyttää puolikuulta. Tämä johtuu siitä, että tarkkailijaa kohti oleva puoli on erityisistä kosmisista syistä aina kirkkaampi kuin toinen puoli. Tumma ympyrä puolikuun keskellä on musta aukko.

ilmaantuminen

Esiintymisskenaarioita on kaksi: massiivisen tähden voimakas puristuminen, galaksin keskustan tai sen kaasun puristuminen. On myös hypoteeseja, että ne muodostuivat alkuräjähdyksen jälkeen tai syntyivät valtavan energiamäärän vapautumisen seurauksena ydinreaktiossa.

Erilaisia

Päätyyppejä on useita: Supermassiivinen - hyvin umpeenkasvu, sijaitsee usein galaksien keskellä; Ensisijainen - oletetaan, että ne voisivat ilmaantua suurilla poikkeamilla gravitaatiokentän ja tiheyden yhtenäisyydessä, kun maailmankaikkeus ilmestyi; Kvantti - syntyvät hypoteettisesti ydinreaktioiden aikana ja niillä on mikroskooppiset mitat.

Mustan aukon elämä ei ole ikuista

S. Hawkingin oletuksen mukaan se rajoittuu vuosien 10-60 asteeseen. Reikä "ohenee" vähitellen ja jättää jälkeensä vain alkuainehiukkasia.

Oletetaan, että on olemassa antipodi - valkoinen aukko. Jos kaikki tulee ensimmäiseen eikä poistu, toiseen on mahdotonta päästä - se vain vapautuu. Tämän teorian mukaan valkoinen aukko ilmestyy lyhyeksi ajaksi ja hajoaa sinkoutuen energiaa ja ainetta. Melko vakavat tiedemiehet uskovat, että tällä tavalla luodaan eräänlainen tunneli, jonka avulla voidaan liikkua valtavia matkoja.

Termiä "musta aukko" käytti ensimmäisen kerran vuonna 1967 John A. Wheeler. Tämä on avaruudessa ja ajassa olevan alueen nimi, jolla on niin suuri painovoima, ettei edes valokvantit pääse sieltä pois. Koko määräytyy gravitaatiosäteen mukaan, ja toiminnan rajaa kutsutaan tapahtumahorisonttiksi.

Lomakkeen ominaisuudet

Ihannetapauksessa musta aukko, mikäli se on eristetty, on täysin musta avaruuden alue. Kukaan ei vielä tiedä, miltä musta aukko todella näyttää, tiedetään vain, että se ei oikeuta nimeään, koska se on täysin näkymätön. Tähtitieteilijöiden mukaan sen läsnäolo voidaan määrittää vain tapahtumahorisontin hehkun perusteella. Tämä tapahtuu kahdesta syystä:

Siihen putoaa aineen hiukkasia, joiden nopeus laskee lähestyessään pistettä, josta ei ole paluuta. Ne luovat kuvan diffuusista kaasu- ja pölypilvestä, jonka sisällä on kasvava tiheys.
Valokvantit, jotka kulkevat lähellä mustaa aukkoa, muuttavat lentorataa. Tämä vääristymä on joskus niin suuri, että valo kiertää sen useita kertoja ennen kuin pääsee sisään. Tämä muodostaa valorenkaan.
Tähtitieteilijöiden oletusten mukaan kaikkea kuluttava tähti ei ole ollenkaan muodoton, vaan näyttää puolikuulta. Tämä johtuu siitä, että tarkkailijaa kohti oleva puoli on erityisistä kosmisista syistä aina kirkkaampi kuin toinen puoli. Tumma ympyrä puolikuun keskellä on musta aukko.

ilmaantuminen

Esiintymisskenaarioita on kaksi: massiivisen tähden voimakas puristuminen, galaksin keskustan tai sen kaasun puristuminen. On myös hypoteeseja, että ne muodostuivat alkuräjähdyksen jälkeen tai syntyivät valtavan energiamäärän vapautumisen seurauksena ydinreaktiossa.

Erilaisia

Päätyyppejä on useita: Supermassiivinen - hyvin umpeenkasvu, sijaitsee usein galaksien keskellä; Ensisijainen - oletetaan, että ne voisivat ilmaantua suurilla poikkeamilla gravitaatiokentän ja tiheyden yhtenäisyydessä, kun maailmankaikkeus ilmestyi; Kvantti - syntyvät hypoteettisesti ydinreaktioiden aikana ja niillä on mikroskooppiset mitat.

Mustan aukon elämä ei ole ikuista

S. Hawkingin oletuksen mukaan se rajoittuu vuosien 10-60 asteeseen. Reikä "ohenee" vähitellen ja jättää jälkeensä vain alkuainehiukkasia.

Oletetaan, että on olemassa antipodi - valkoinen aukko. Jos kaikki tulee ensimmäiseen eikä poistu, toiseen on mahdotonta päästä - se vain vapautuu. Tämän teorian mukaan valkoinen aukko ilmestyy lyhyeksi ajaksi ja hajoaa sinkoutuen energiaa ja ainetta. Melko vakavat tiedemiehet uskovat, että tällä tavalla luodaan eräänlainen tunneli, jonka avulla voidaan liikkua valtavia matkoja.