Ia menerima nama ini karena fakta bahwa ia menyerap cahaya, tetapi tidak memantulkannya seperti benda lain. Sebenarnya, ada banyak fakta tentang lubang hitam, dan hari ini kita akan membicarakan beberapa yang paling menarik. Sampai baru-baru ini, diyakini bahwa lubang hitam di luar angkasa mengisap segala sesuatu yang ada di dekatnya atau yang lewat: planet ini adalah sampah, tetapi baru-baru ini para ilmuwan mulai menegaskan bahwa setelah beberapa saat isinya "dimuntahkan" kembali, hanya dalam bentuk yang sama sekali berbeda. Jika Anda tertarik lubang hitam di luar angkasa fakta menarik kita akan membicarakannya secara lebih rinci hari ini.

Apakah ada ancaman bagi Bumi?

Ada dua lubang hitam yang bisa menjadi ancaman nyata bagi planet kita, tapi untungnya bagi kita, mereka berada jauh pada jarak sekitar 1600 tahun cahaya. Para ilmuwan dapat mendeteksi objek-objek ini hanya karena mereka dekat dengan tata surya dan perangkat khusus yang menangkap sinar-x dapat melihatnya. Ada asumsi bahwa gaya gravitasi yang sangat besar dapat mempengaruhi lubang hitam sedemikian rupa sehingga mereka bergabung menjadi satu.

Tidak mungkin orang sezamannya akan dapat menangkap momen ketika benda-benda misterius ini menghilang. Begitu lambatnya proses kematian lubang.

Lubang hitam adalah bintang di masa lalu

Bagaimana lubang hitam terbentuk di luar angkasa?? Bintang memiliki persediaan bahan bakar fusi yang mengesankan, itulah sebabnya mereka bersinar sangat terang. Tetapi semua sumber daya habis, dan bintang mendingin, secara bertahap kehilangan cahayanya dan berubah menjadi katai hitam. Diketahui bahwa proses kompresi terjadi pada bintang yang didinginkan, sebagai akibatnya, ia meledak, dan partikel-partikelnya tersebar dalam jarak yang sangat jauh di ruang angkasa, menarik objek-objek tetangga, sehingga meningkatkan ukuran lubang hitam.

Yang paling menarik tentang lubang hitam di luar angkasa kita belum mempelajarinya, tetapi yang mengejutkan, densitasnya, meskipun ukurannya mengesankan, bisa sama dengan densitas udara. Ini menunjukkan bahwa bahkan benda terbesar di luar angkasa dapat memiliki berat yang sama dengan udara, yaitu sangat ringan. Di Sini Bagaimana lubang hitam muncul di luar angkasa?.

Waktu di lubang hitam itu sendiri dan di dekatnya mengalir sangat lambat, sehingga benda-benda yang terbang di dekatnya memperlambat gerakannya. Alasan untuk semuanya adalah gaya gravitasi yang sangat besar, fakta yang lebih menakjubkan, semua proses yang terjadi di dalam lubang itu sendiri memiliki kecepatan yang luar biasa. Misalkan jika kita amati seperti apa lubang hitam di luar angkasa, berada di luar batas-batas massa yang memakan semua, tampaknya semuanya berhenti. Namun, begitu benda itu masuk, benda itu akan terkoyak dalam sekejap. Hari ini kita diperlihatkan Seperti apa lubang hitam di luar angkasa? dimodelkan oleh program khusus.

Definisi lubang hitam?

Sekarang kita tahu Dari mana lubang hitam berasal dari luar angkasa?. Tapi apa lagi yang spesial dari mereka? Untuk mengatakan bahwa lubang hitam adalah planet atau bintang tidak mungkin secara apriori, karena benda ini tidak berbentuk gas atau padat. Ini adalah objek yang dapat mendistorsi tidak hanya lebar, panjang dan tinggi, tetapi juga garis waktu. Yang benar-benar menentang hukum fisika. Para ilmuwan berpendapat bahwa waktu di wilayah cakrawala suatu unit spasial dapat bergerak maju dan mundur. Apa yang ada di lubang hitam di luar angkasa tidak mungkin dibayangkan, kuanta cahaya yang jatuh di sana dikalikan beberapa kali dengan massa singularitas, proses ini meningkatkan kekuatan gaya gravitasi. Karena itu, jika Anda membawa senter dan pergi ke lubang hitam, itu tidak akan bersinar. Singularitas adalah titik di mana segala sesuatu cenderung tak terhingga.

Struktur lubang hitam adalah singularitas dan cakrawala peristiwa. Di dalam singularitas, teori fisika benar-benar kehilangan maknanya, sehingga masih menjadi misteri bagi para ilmuwan. Melintasi batas (event horizon), objek fisik kehilangan kemampuan untuk kembali. Kami tahu jauh dari semua tentang lubang hitam di luar angkasa, tapi minat mereka tidak memudar.

Semesta tanpa batas penuh dengan rahasia, misteri, dan paradoks. Terlepas dari kenyataan bahwa sains modern telah membuat lompatan besar ke depan dalam eksplorasi ruang angkasa, banyak hal di dunia yang luas ini tetap tidak dapat dipahami oleh pandangan dunia manusia. Kita tahu banyak tentang bintang, nebula, gugusan, dan planet. Namun, dalam luasnya Semesta ada benda-benda seperti itu, yang keberadaannya hanya bisa kita tebak. Misalnya, kita hanya tahu sedikit tentang lubang hitam. Informasi dan pengetahuan dasar tentang sifat lubang hitam didasarkan pada asumsi dan dugaan. Astrofisikawan dan ilmuwan atom telah berjuang dengan masalah ini selama lebih dari belasan tahun. Apa itu lubang hitam di luar angkasa? Apa sifat benda-benda seperti itu?

Berbicara tentang lubang hitam secara sederhana

Untuk membayangkan seperti apa lubang hitam itu, cukup dengan melihat ekor kereta api yang meninggalkan terowongan. Lampu sinyal di gerbong terakhir saat kereta semakin dalam ke dalam terowongan akan berkurang ukurannya sampai benar-benar hilang dari pandangan. Dengan kata lain, ini adalah objek di mana, karena daya tarik yang mengerikan, bahkan cahaya pun menghilang. Partikel dasar, elektron, proton, dan foton tidak mampu mengatasi penghalang tak terlihat, mereka jatuh ke dalam jurang kehampaan yang hitam, oleh karena itu lubang di ruang angkasa seperti itu disebut hitam. Tidak ada titik terang sedikit pun di dalamnya, kegelapan pekat dan tak terhingga. Apa yang ada di sisi lain lubang hitam tidak diketahui.

Penyedot debu ruang angkasa ini memiliki daya tarik yang sangat besar dan mampu menyerap seluruh galaksi dengan semua gugus dan supergugus bintang, dengan nebula dan materi gelap untuk boot. Bagaimana ini mungkin? Tetap hanya untuk menebak. Hukum fisika yang kita ketahui dalam kasus ini retak di lapisan dan tidak memberikan penjelasan untuk proses yang sedang berlangsung. Inti dari paradoks terletak pada kenyataan bahwa di bagian tertentu dari Semesta, interaksi gravitasi benda ditentukan oleh massanya. Proses penyerapan oleh satu objek ke objek lain tidak dipengaruhi oleh komposisi kualitatif dan kuantitatifnya. Partikel, setelah mencapai jumlah kritis di area tertentu, memasuki tingkat interaksi lain, di mana gaya gravitasi menjadi gaya tarik-menarik. Tubuh, objek, zat atau materi di bawah pengaruh gravitasi mulai menyusut, mencapai kepadatan yang sangat besar.

Kira-kira proses seperti itu terjadi selama pembentukan bintang neutron, di mana materi bintang dikompresi dalam volume di bawah pengaruh gravitasi internal. Elektron bebas bergabung dengan proton untuk membentuk partikel netral yang disebut neutron. Kepadatan zat ini sangat besar. Sebuah partikel materi seukuran sepotong gula halus memiliki berat miliaran ton. Di sini akan tepat untuk mengingat teori relativitas umum, di mana ruang dan waktu adalah kuantitas yang kontinu. Oleh karena itu, proses kompresi tidak dapat dihentikan di tengah jalan dan karena itu tidak memiliki batas.

Secara potensial, lubang hitam terlihat seperti lubang di mana mungkin ada transisi dari satu bagian ruang ke bagian lain. Pada saat yang sama, sifat-sifat ruang dan waktu itu sendiri berubah, berputar menjadi corong ruang-waktu. Mencapai bagian bawah corong ini, materi apa pun meluruh menjadi kuanta. Apa yang ada di sisi lain lubang hitam, lubang raksasa ini? Mungkin ada ruang lain di mana hukum lain bekerja dan waktu mengalir ke arah yang berlawanan.

Dalam konteks teori relativitas, teori lubang hitam adalah sebagai berikut. Titik di ruang angkasa, di mana gaya gravitasi telah menekan materi apa pun ke dimensi mikroskopis, memiliki gaya tarik-menarik yang sangat besar, yang besarnya meningkat hingga tak terhingga. Kerutan waktu muncul, dan ruang melengkung, menutup di satu titik. Benda-benda yang ditelan oleh lubang hitam tidak mampu menahan kekuatan penarikan dari penyedot debu yang mengerikan ini dengan sendirinya. Bahkan kecepatan cahaya yang dimiliki oleh kuanta tidak memungkinkan partikel elementer mengatasi gaya tarik-menarik. Setiap benda yang mencapai titik seperti itu tidak lagi menjadi objek material, menyatu dengan gelembung ruang-waktu.

Lubang hitam dalam hal sains

Jika Anda bertanya pada diri sendiri, bagaimana lubang hitam terbentuk? Tidak akan ada jawaban tunggal. Ada banyak paradoks dan kontradiksi di alam semesta yang tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang sains. Teori relativitas Einstein hanya memungkinkan penjelasan teoretis tentang sifat benda-benda seperti itu, tetapi mekanika kuantum dan fisika diam dalam kasus ini.

Mencoba menjelaskan proses yang sedang berlangsung menurut hukum fisika, gambarnya akan terlihat seperti ini. Objek yang terbentuk sebagai hasil kompresi gravitasi kolosal dari benda kosmik masif atau supermasif. Proses ini memiliki nama ilmiah - keruntuhan gravitasi. Istilah "lubang hitam" pertama kali muncul di komunitas ilmiah pada tahun 1968, ketika astronom dan fisikawan Amerika John Wheeler mencoba menjelaskan keadaan keruntuhan bintang. Menurut teorinya, di tempat bintang masif yang telah mengalami keruntuhan gravitasi, celah spasial dan temporal muncul, di mana kompresi yang terus tumbuh terjadi. Segala sesuatu yang terdiri dari bintang itu masuk ke dalam dirinya sendiri.

Penjelasan seperti itu memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa sifat lubang hitam sama sekali tidak terkait dengan proses yang terjadi di Alam Semesta. Segala sesuatu yang terjadi di dalam objek ini tidak mempengaruhi ruang di sekitarnya dengan cara apa pun dengan satu "TAPI". Gaya gravitasi lubang hitam begitu kuat sehingga membelokkan ruang angkasa, menyebabkan galaksi berotasi di sekitar lubang hitam. Dengan demikian, alasan mengapa galaksi berbentuk spiral menjadi jelas. Berapa lama waktu yang dibutuhkan galaksi Bima Sakti yang besar untuk menghilang ke dalam jurang lubang hitam supermasif tidak diketahui. Fakta yang aneh adalah bahwa lubang hitam dapat muncul di titik mana pun di luar angkasa, di mana kondisi ideal diciptakan untuk ini. Kerutan waktu dan ruang seperti itu menyebabkan kecepatan luar biasa bintang-bintang berputar dan bergerak di ruang galaksi. Waktu dalam lubang hitam mengalir di dimensi lain. Dalam wilayah ini, tidak ada hukum gravitasi yang dapat ditafsirkan dari sudut pandang fisika. Keadaan ini disebut singularitas lubang hitam.

Lubang hitam tidak menunjukkan tanda-tanda identifikasi eksternal, keberadaannya dapat dinilai dari perilaku objek luar angkasa lain yang dipengaruhi oleh medan gravitasi. Seluruh gambaran perjuangan hidup dan mati terjadi di perbatasan lubang hitam, yang ditutupi oleh selaput. Permukaan imajiner corong ini disebut "cakrawala peristiwa". Segala sesuatu yang kita lihat sampai batas ini adalah nyata dan material.

Skenario untuk pembentukan lubang hitam

Mengembangkan teori John Wheeler, kita dapat menyimpulkan bahwa misteri lubang hitam tidak dalam proses pembentukannya. Pembentukan lubang hitam terjadi sebagai akibat dari runtuhnya bintang neutron. Selain itu, massa benda semacam itu harus melebihi massa Matahari tiga kali lipat atau lebih. Bintang neutron menyusut hingga cahayanya sendiri tidak lagi mampu lepas dari cengkeraman gravitasi yang ketat. Ada batasan ukuran bintang yang bisa menyusut untuk melahirkan lubang hitam. Jari-jari ini disebut jari-jari gravitasi. Bintang masif pada tahap akhir perkembangannya harus memiliki radius gravitasi beberapa kilometer.

Saat ini, para ilmuwan telah memperoleh bukti tidak langsung untuk keberadaan lubang hitam di selusin bintang biner sinar-x. Bintang sinar-X, pulsar atau burster tidak memiliki permukaan padat. Selain itu, massa mereka lebih besar dari massa tiga Matahari. Keadaan luar angkasa saat ini di konstelasi Cygnus, bintang sinar-X Cygnus X-1, memungkinkan untuk melacak pembentukan benda-benda aneh ini.

Berdasarkan penelitian dan asumsi teoritis, ada empat skenario pembentukan bintang hitam dalam sains saat ini:

• keruntuhan gravitasi bintang masif pada tahap akhir evolusinya;
• runtuhnya wilayah pusat galaksi;
• pembentukan lubang hitam selama Big Bang;
• pembentukan lubang hitam kuantum.

Skenario pertama adalah yang paling realistis, tetapi jumlah bintang hitam yang kita kenal sekarang melebihi jumlah bintang neutron yang diketahui. Dan usia Alam Semesta tidak begitu besar sehingga sejumlah bintang masif bisa melalui proses evolusi penuh.

Skenario kedua memiliki hak untuk hidup, dan ada contoh nyata tentang ini - lubang hitam supermasif Sagitarius A *, terlindung di pusat galaksi kita. Massa benda ini adalah 3,7 massa matahari. Mekanisme skenario ini mirip dengan skenario keruntuhan gravitasi, dengan perbedaan hanya bahwa bukan bintang yang mengalami keruntuhan, tetapi gas antarbintang. Di bawah pengaruh gaya gravitasi, gas dikompresi ke massa kritis dan kepadatan. Pada saat kritis, materi pecah menjadi kuanta, membentuk lubang hitam. Namun, teori ini dipertanyakan, karena para astronom di Universitas Columbia baru-baru ini mengidentifikasi satelit lubang hitam Sagitarius A*. Ternyata banyak lubang hitam kecil, yang mungkin terbentuk dengan cara yang berbeda.

Skenario ketiga lebih bersifat teoritis dan berkaitan dengan keberadaan teori Big Bang. Pada saat pembentukan alam semesta, sebagian materi dan medan gravitasi berfluktuasi. Dengan kata lain, proses tersebut mengambil jalur yang berbeda, tidak terkait dengan proses mekanika kuantum dan fisika nuklir yang diketahui.

Skenario terakhir difokuskan pada fisika ledakan nuklir. Dalam gumpalan materi, dalam proses reaksi nuklir, di bawah pengaruh gaya gravitasi, ledakan terjadi, di mana lubang hitam terbentuk. Materi meledak ke dalam, menyerap semua partikel.

Keberadaan dan evolusi lubang hitam

Memiliki gambaran kasar tentang sifat benda luar angkasa yang aneh seperti itu, ada hal lain yang menarik. Berapa ukuran sebenarnya dari lubang hitam, seberapa cepat mereka tumbuh? Dimensi lubang hitam ditentukan oleh jari-jari gravitasinya. Untuk lubang hitam, jari-jari lubang hitam ditentukan oleh massanya dan disebut jari-jari Schwarzschild. Misalnya, jika sebuah benda memiliki massa yang sama dengan massa planet kita, maka jari-jari Schwarzschild dalam hal ini adalah 9 mm. Termasyhur utama kami memiliki radius 3 km. Massa jenis rata-rata lubang hitam yang terbentuk di tempat bintang bermassa 10⁸ massa matahari akan mendekati rapat massa air. Jari-jari formasi seperti itu akan mencapai 300 juta kilometer.

Kemungkinan besar lubang hitam raksasa tersebut terletak di pusat galaksi. Hingga saat ini, 50 galaksi diketahui, di tengahnya terdapat sumur ruang dan waktu yang sangat besar. Massa raksasa seperti itu adalah miliaran massa Matahari. Orang hanya bisa membayangkan betapa dahsyat dan dahsyatnya daya tarik yang dimiliki lubang semacam itu.

Adapun lubang kecil, ini adalah benda mini, yang jari-jarinya mencapai nilai yang dapat diabaikan, hanya 10¯¹² cm, massa remah seperti itu adalah 10¹⁴g. Formasi seperti itu muncul pada saat Big Bang, tetapi seiring waktu mereka bertambah besar dan hari ini mereka memamerkan di luar angkasa sebagai monster. Kondisi di mana pembentukan lubang hitam kecil terjadi, para ilmuwan saat ini mencoba untuk menciptakan kembali kondisi terestrial. Untuk tujuan ini, eksperimen dilakukan dalam penumbuk elektron, di mana partikel elementer dipercepat hingga kecepatan cahaya. Eksperimen pertama memungkinkan untuk mendapatkan plasma quark-gluon dalam kondisi laboratorium - materi yang ada pada awal pembentukan Semesta. Eksperimen semacam itu memungkinkan kita untuk berharap bahwa lubang hitam di Bumi hanyalah masalah waktu. Hal lain adalah apakah pencapaian ilmu pengetahuan manusia seperti itu akan berubah menjadi malapetaka bagi kita dan planet kita. Dengan membuat lubang hitam secara artifisial, kita bisa membuka kotak Pandora.

Pengamatan terbaru dari galaksi lain telah memungkinkan para ilmuwan untuk menemukan lubang hitam yang dimensinya melebihi semua harapan dan asumsi yang mungkin. Evolusi yang terjadi dengan benda-benda seperti itu memungkinkan untuk lebih memahami mengapa massa lubang hitam tumbuh, berapa batas sebenarnya. Para ilmuwan telah sampai pada kesimpulan bahwa semua lubang hitam yang diketahui telah tumbuh ke ukuran sebenarnya dalam 13-14 miliar tahun. Perbedaan ukuran ini disebabkan oleh kepadatan ruang di sekitarnya. Jika lubang hitam memiliki cukup makanan dalam jangkauan gaya gravitasi, ia tumbuh dengan pesat, mencapai massa ratusan dan ribuan massa matahari. Oleh karena itu ukuran raksasa dari benda-benda tersebut terletak di pusat galaksi. Sekelompok besar bintang, massa besar gas antarbintang adalah makanan berlimpah untuk pertumbuhan. Ketika galaksi bergabung, lubang hitam dapat bergabung bersama, membentuk objek supermasif baru.

Dilihat dari analisis proses evolusi, sudah lazim untuk membedakan dua kelas lubang hitam:

• benda dengan massa 10 kali massa matahari;
• benda-benda besar, yang massanya ratusan ribu, miliaran massa matahari.

Ada lubang hitam dengan massa menengah rata-rata sama dengan 100-10 ribu massa matahari, tetapi sifatnya masih belum diketahui. Ada sekitar satu objek seperti itu per galaksi. Studi bintang sinar-X memungkinkan untuk menemukan dua lubang hitam rata-rata pada jarak 12 juta tahun cahaya di galaksi M82. Massa satu benda bervariasi dalam kisaran 200-800 massa matahari. Benda lain jauh lebih besar dan memiliki massa 10-40 ribu massa matahari. Nasib benda-benda seperti itu menarik. Mereka terletak di dekat gugus bintang, secara bertahap tertarik ke lubang hitam supermasif yang terletak di bagian tengah galaksi.

Planet kita dan lubang hitam

Meskipun mencari petunjuk tentang sifat lubang hitam, dunia ilmiah prihatin tentang tempat dan peran lubang hitam dalam nasib galaksi Bima Sakti dan, khususnya, dalam nasib planet Bumi. Lipatan ruang dan waktu yang ada di pusat Bima Sakti berangsur-angsur menelan semua benda yang ada di sekitarnya. Jutaan bintang dan triliunan ton gas antarbintang telah diserap ke dalam lubang hitam. Seiring waktu, belokan akan mencapai lengan Cygnus dan Sagitarius, tempat tata surya berada, setelah menempuh jarak 27 ribu tahun cahaya.

Lubang hitam supermasif terdekat lainnya berada di bagian tengah galaksi Andromeda. Jaraknya sekitar 2,5 juta tahun cahaya dari kita. Mungkin, sebelum objek kita Sagitarius A * menyerap galaksinya sendiri, kita harus mengharapkan penggabungan dua galaksi tetangga. Dengan demikian, akan ada penggabungan dua lubang hitam supermasif menjadi satu, berukuran mengerikan dan mengerikan.

Masalah yang sama sekali berbeda adalah lubang hitam kecil. Untuk menyerap planet Bumi, lubang hitam dengan radius beberapa sentimeter sudah cukup. Masalahnya adalah, pada dasarnya, lubang hitam adalah objek yang sama sekali tidak berwajah. Tidak ada radiasi atau radiasi yang berasal dari rahimnya, sehingga cukup sulit untuk melihat benda misterius seperti itu. Hanya dari jarak dekat seseorang dapat mendeteksi kelengkungan cahaya latar, yang menunjukkan bahwa ada lubang di ruang angkasa di wilayah Semesta ini.

Sampai saat ini, para ilmuwan telah menentukan bahwa lubang hitam terdekat dengan Bumi adalah V616 Monocerotis. Monster itu terletak 3000 tahun cahaya dari sistem kita. Dari segi ukuran, ini adalah formasi besar, massanya 9-13 massa matahari. Objek terdekat lainnya yang mengancam dunia kita adalah lubang hitam Gygnus X-1. Dengan monster ini kita dipisahkan oleh jarak 6000 tahun cahaya. Lubang hitam yang terungkap di lingkungan kita adalah bagian dari sistem biner, yaitu. ada di dekat bintang yang memberi makan objek yang tak pernah puas.

Kesimpulan

Keberadaan benda-benda misterius dan misterius seperti lubang hitam di luar angkasa tentu saja membuat kita waspada. Namun, segala sesuatu yang terjadi pada lubang hitam sangat jarang terjadi, mengingat usia alam semesta dan jarak yang sangat jauh. Selama 4,5 miliar tahun, tata surya telah diam, ada menurut hukum yang kita ketahui. Selama waktu ini, tidak ada hal semacam itu, baik distorsi ruang, maupun lipatan waktu, yang muncul di dekat tata surya. Mungkin, tidak ada kondisi yang cocok untuk ini. Bagian dari Bima Sakti, tempat sistem bintang Matahari berada, adalah bagian ruang yang tenang dan stabil.

Para ilmuwan mengakui gagasan bahwa kemunculan lubang hitam bukanlah suatu kebetulan. Benda-benda seperti itu memainkan peran pengatur di Semesta, menghancurkan kelebihan benda-benda kosmik. Adapun nasib monster itu sendiri, evolusi mereka belum sepenuhnya dipelajari. Ada versi bahwa lubang hitam tidak abadi dan pada tahap tertentu mungkin tidak ada lagi. Bukan lagi rahasia bagi siapa pun bahwa benda-benda seperti itu adalah sumber energi yang paling kuat. Jenis energi apa itu dan bagaimana mengukurnya adalah masalah lain.

Melalui upaya Stephen Hawking, sains disajikan dengan teori bahwa lubang hitam masih memancarkan energi, kehilangan massanya. Dalam asumsinya, ilmuwan dipandu oleh teori relativitas, di mana semua proses saling berhubungan satu sama lain. Tidak ada yang hilang begitu saja tanpa muncul di tempat lain. Materi apa pun dapat diubah menjadi zat lain, sementara satu jenis energi beralih ke tingkat energi lain. Hal ini mungkin terjadi pada lubang hitam, yang merupakan portal transisi dari satu keadaan ke keadaan lainnya.

Jika Anda memiliki pertanyaan - tinggalkan di komentar di bawah artikel. Kami atau pengunjung kami akan dengan senang hati menjawabnya.

Setiap orang yang mengenal astronomi cepat atau lambat mengalami rasa ingin tahu yang kuat tentang objek paling misterius di alam semesta - lubang hitam. Ini adalah penguasa kegelapan yang sebenarnya, yang mampu "menelan" atom apa pun yang lewat di dekatnya dan bahkan tidak membiarkan cahaya lolos - daya tarik mereka begitu kuat. Benda-benda ini menghadirkan tantangan nyata bagi fisikawan dan astronom. Yang pertama masih tidak dapat memahami apa yang terjadi pada materi yang telah jatuh di dalam lubang hitam, dan yang terakhir, meskipun mereka menjelaskan fenomena ruang angkasa yang paling intensif energi dengan adanya lubang hitam, tidak pernah memiliki kesempatan untuk mengamati salah satu dari mereka. secara langsung. Kami akan berbicara tentang benda-benda langit yang paling menarik ini, mencari tahu apa yang telah ditemukan dan apa yang masih harus diketahui untuk membuka tabir kerahasiaan.

Apa itu lubang hitam?

Nama "lubang hitam" (dalam bahasa Inggris - lubang hitam) diusulkan pada tahun 1967 oleh fisikawan teoretis Amerika John Archibald Wheeler (lihat foto di sebelah kiri). Itu berfungsi untuk menunjuk benda langit, yang daya tariknya begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak melepaskan dirinya sendiri. Oleh karena itu, "hitam" karena tidak memancarkan cahaya.

pengamatan tidak langsung

Inilah alasan misteri tersebut: karena lubang hitam tidak bersinar, kita tidak dapat melihatnya secara langsung dan dipaksa untuk mencari dan mempelajarinya, hanya dengan menggunakan bukti tidak langsung bahwa keberadaan mereka ditinggalkan di ruang sekitarnya. Dengan kata lain, jika lubang hitam menelan bintang, kita tidak dapat melihat lubang hitam itu, tetapi kita dapat mengamati efek yang menghancurkan dari medan gravitasinya yang kuat.

Intuisi Laplace

Terlepas dari kenyataan bahwa ungkapan "lubang hitam" untuk merujuk pada tahap akhir hipotetis evolusi bintang yang runtuh ke dirinya sendiri di bawah pengaruh gravitasi muncul relatif baru-baru ini, gagasan tentang kemungkinan keberadaan benda-benda tersebut muncul. lebih dari dua abad yang lalu. Orang Inggris John Michell dan orang Prancis Pierre-Simon de Laplace secara independen berhipotesis keberadaan "bintang tak terlihat"; sementara mereka didasarkan pada hukum dinamika biasa dan hukum gravitasi universal Newton. Hari ini, lubang hitam telah menerima deskripsi yang benar berdasarkan teori relativitas umum Einstein.

Dalam karyanya "Pernyataan sistem dunia" (1796), Laplace menulis: "Sebuah bintang terang dengan kepadatan yang sama dengan Bumi, dengan diameter 250 kali lebih besar dari diameter Matahari, karena gaya tarik gravitasinya, tidak akan membiarkan sinar cahaya mencapai kita. Oleh karena itu, ada kemungkinan bahwa benda langit terbesar dan paling terang tidak terlihat karena alasan ini.

Gravitasi Tak Terkalahkan

Ide Laplace didasarkan pada konsep kecepatan lepas (kecepatan kosmik kedua). Lubang hitam adalah objek yang sangat padat sehingga daya tariknya mampu menahan bahkan cahaya, yang mengembangkan kecepatan tertinggi di alam (hampir 300.000 km / s). Dalam praktiknya, untuk melarikan diri dari lubang hitam, Anda membutuhkan kecepatan lebih cepat dari kecepatan cahaya, tetapi ini tidak mungkin!

Ini berarti bahwa bintang jenis ini tidak akan terlihat, karena bahkan cahaya pun tidak akan mampu mengatasi gravitasinya yang kuat. Einstein menjelaskan fakta ini melalui fenomena pembelokan cahaya di bawah pengaruh medan gravitasi. Pada kenyataannya, di dekat lubang hitam, ruang-waktu sangat melengkung sehingga jalur sinar cahaya juga menutup dirinya sendiri. Untuk mengubah Matahari menjadi lubang hitam, kita harus memusatkan semua massanya dalam bola dengan jari-jari 3 km, dan Bumi harus berubah menjadi bola dengan jari-jari 9 mm!

Jenis lubang hitam

Sekitar sepuluh tahun yang lalu, pengamatan menunjukkan keberadaan dua jenis lubang hitam: bintang, yang massanya sebanding dengan massa Matahari atau sedikit melebihinya, dan supermasif, yang massanya dari beberapa ratus ribu hingga jutaan massa matahari. Namun, relatif baru-baru ini, gambar dan spektrum sinar-X resolusi tinggi yang diperoleh dari satelit buatan seperti Chandra dan XMM-Newton memunculkan jenis lubang hitam ketiga - dengan massa rata-rata melebihi massa Matahari hingga ribuan kali lipat. .

lubang hitam bintang

Lubang hitam bintang dikenal lebih awal dari yang lain. Mereka terbentuk ketika bintang bermassa tinggi, di ujung jalur evolusinya, kehabisan bahan bakar nuklir dan runtuh ke dirinya sendiri karena gravitasinya sendiri. Ledakan yang menghancurkan bintang (dikenal sebagai "ledakan supernova") memiliki konsekuensi bencana: jika inti bintang lebih dari 10 kali massa Matahari, tidak ada gaya nuklir yang dapat menahan keruntuhan gravitasi yang akan mengakibatkan munculnya sebuah lubang hitam.

Lubang hitam supermasif

Lubang hitam supermasif, pertama kali dicatat dalam inti beberapa galaksi aktif, memiliki asal yang berbeda. Ada beberapa hipotesis tentang kelahiran mereka: lubang hitam bintang yang melahap semua bintang yang mengelilinginya selama jutaan tahun; sekelompok lubang hitam yang digabungkan; awan gas kolosal runtuh langsung ke dalam lubang hitam. Lubang hitam ini adalah salah satu objek paling energik di luar angkasa. Mereka terletak di pusat galaksi yang sangat banyak, jika tidak semuanya. Galaksi kita juga memiliki lubang hitam seperti itu. Terkadang, karena adanya lubang hitam seperti itu, inti galaksi-galaksi ini menjadi sangat terang. Galaksi dengan lubang hitam di tengahnya, dikelilingi oleh sejumlah besar materi yang jatuh dan, oleh karena itu, mampu menghasilkan sejumlah besar energi, disebut "aktif", dan intinya disebut "inti galaksi aktif" (AGN). Misalnya, quasar (objek ruang angkasa paling jauh dari kita yang tersedia untuk pengamatan kita) adalah galaksi aktif, di mana kita hanya melihat nukleus yang sangat terang.

Sedang dan "mini"

Misteri lain adalah lubang hitam bermassa sedang, yang menurut penelitian terbaru, mungkin berada di pusat beberapa gugus bola, seperti M13 dan NCC 6388. Banyak astronom skeptis tentang objek ini, tetapi beberapa penelitian terbaru menunjukkan keberadaan lubang hitam. lubang hitam berukuran sedang bahkan tidak jauh dari pusat galaksi kita. Fisikawan Inggris Stephen Hawking juga mengajukan asumsi teoretis tentang keberadaan jenis lubang hitam keempat - "lubang mini" dengan massa hanya satu miliar ton (yang kira-kira sama dengan massa gunung besar). Kita berbicara tentang objek utama, yaitu objek yang muncul pada saat-saat pertama kehidupan Semesta, ketika tekanannya masih sangat tinggi. Namun, belum ada jejak keberadaan mereka yang ditemukan.

Bagaimana menemukan lubang hitam

Hanya beberapa tahun yang lalu, sebuah cahaya muncul di atas lubang hitam. Berkat instrumen dan teknologi yang terus meningkat (baik terestrial dan luar angkasa), objek-objek ini menjadi semakin tidak misterius; lebih tepatnya, ruang di sekitar mereka menjadi kurang misterius. Memang, karena lubang hitam itu sendiri tidak terlihat, kita hanya dapat mengenalinya jika ia dikelilingi oleh cukup banyak materi (bintang dan gas panas) yang mengorbitnya pada jarak yang kecil.

Menonton sistem ganda

Beberapa lubang hitam bintang telah ditemukan dengan mengamati gerakan orbit sebuah bintang di sekitar pasangan biner yang tak terlihat. Sistem biner tertutup (yaitu, terdiri dari dua bintang yang sangat dekat satu sama lain), di mana salah satu pengiringnya tidak terlihat, adalah objek pengamatan favorit bagi ahli astrofisika yang mencari lubang hitam.

Indikasi adanya lubang hitam (atau bintang neutron) adalah pancaran sinar-X yang kuat, yang disebabkan oleh mekanisme yang kompleks, yang secara skematis dapat digambarkan sebagai berikut. Karena gravitasinya yang kuat, lubang hitam dapat merobek materi dari bintang pendamping; gas ini didistribusikan dalam bentuk piringan datar dan jatuh secara spiral ke dalam lubang hitam. Gesekan yang dihasilkan dari tumbukan partikel gas yang jatuh memanaskan lapisan dalam piringan hingga beberapa juta derajat, yang menyebabkan emisi sinar-X yang kuat.

Pengamatan sinar-X

Pengamatan sinar-X objek di Galaksi kita dan galaksi tetangga yang telah dilakukan selama beberapa dekade telah memungkinkan untuk mendeteksi sumber biner kompak, sekitar selusin di antaranya adalah sistem yang berisi kandidat lubang hitam. Masalah utamanya adalah menentukan massa benda langit yang tidak terlihat. Nilai massa (walaupun tidak terlalu akurat) dapat ditemukan dengan mempelajari gerakan pendamping atau, yang jauh lebih sulit, dengan mengukur intensitas sinar-X dari materi yang datang. Intensitas ini dihubungkan oleh persamaan dengan massa tubuh tempat zat ini jatuh.

Pemenang Nobel

Hal serupa dapat dikatakan tentang lubang hitam supermasif yang diamati di inti banyak galaksi, yang massanya diperkirakan dengan mengukur kecepatan orbit gas yang jatuh ke dalam lubang hitam. Dalam hal ini, disebabkan oleh medan gravitasi yang kuat dari objek yang sangat besar, peningkatan cepat dalam kecepatan awan gas yang mengorbit di pusat galaksi diungkapkan oleh pengamatan di jangkauan radio, serta dalam berkas optik. Pengamatan dalam rentang sinar-X dapat mengkonfirmasi peningkatan pelepasan energi yang disebabkan oleh jatuhnya materi ke dalam lubang hitam. Penelitian sinar-X pada awal 1960-an dimulai oleh Riccardo Giacconi dari Italia, yang bekerja di Amerika Serikat. Dia dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 2002 sebagai pengakuan atas "kontribusi inovatifnya pada astrofisika yang mengarah pada penemuan sumber sinar-X di luar angkasa."

Cygnus X-1: kandidat pertama

Galaksi kita tidak kebal dari keberadaan objek kandidat lubang hitam. Untungnya, tidak satu pun dari objek ini yang cukup dekat dengan kita untuk menimbulkan bahaya bagi keberadaan Bumi atau tata surya. Meskipun sejumlah besar sumber sinar-X kompak tercatat (dan ini adalah kandidat yang paling mungkin untuk menemukan lubang hitam di sana), kami tidak yakin bahwa mereka benar-benar mengandung lubang hitam. Satu-satunya di antara sumber-sumber ini yang tidak memiliki versi alternatif adalah biner dekat Cygnus X-1, yaitu sumber sinar-X paling terang di konstelasi Cygnus.

bintang besar

Sistem ini, dengan periode orbit 5,6 hari, terdiri dari bintang biru sangat terang berukuran besar (diameternya 20 kali lipat dari matahari, dan massanya sekitar 30 kali), mudah dibedakan bahkan di teleskop Anda, dan bintang kedua yang tidak terlihat, massanya diperkirakan beberapa kali massa matahari (sampai 10). Terletak pada jarak 6500 tahun cahaya dari kita, bintang kedua akan terlihat sempurna jika itu adalah bintang biasa. Ketidaktampakannya, sinar-X sistem yang kuat, dan akhirnya perkiraan massanya membuat sebagian besar astronom percaya bahwa ini adalah penemuan lubang hitam bintang pertama yang dikonfirmasi.

Keraguan

Namun, ada juga yang skeptis. Di antara mereka adalah salah satu peneliti lubang hitam terbesar, fisikawan Stephen Hawking. Dia bahkan bertaruh dengan rekan Amerika-nya Keel Thorne, pendukung kuat klasifikasi Cygnus X-1 sebagai lubang hitam.

Perselisihan tentang sifat objek Cygnus X-1 bukan satu-satunya taruhan Hawking. Setelah mengabdikan beberapa dekade untuk studi teoretis tentang lubang hitam, ia menjadi yakin akan kekeliruan ide-ide sebelumnya tentang benda-benda misterius ini.Secara khusus, Hawking berasumsi bahwa materi setelah jatuh ke dalam lubang hitam menghilang selamanya, dan dengan itu semua bagasi informasinya menghilang. . Dia sangat yakin akan hal ini sehingga dia bertaruh pada subjek ini pada tahun 1997 dengan rekan Amerika-nya John Preskill.

Mengakui kesalahan

Pada 21 Juli 2004, dalam pidatonya di Kongres Relativitas di Dublin, Hawking mengakui bahwa Preskill benar. Lubang hitam tidak menyebabkan hilangnya materi sepenuhnya. Selain itu, mereka memiliki semacam "memori" tertentu. Di dalamnya mungkin tersimpan jejak dari apa yang mereka serap. Jadi, dengan "menguap" (yaitu, memancarkan radiasi secara perlahan karena efek kuantum), mereka dapat mengembalikan informasi ini ke Semesta kita.

Lubang hitam di galaksi

Para astronom masih memiliki banyak keraguan tentang keberadaan lubang hitam bintang di Galaksi kita (seperti yang termasuk dalam sistem biner Cygnus X-1); tetapi ada sedikit keraguan tentang lubang hitam supermasif.

Berada di tengah

Setidaknya ada satu lubang hitam supermasif di galaksi kita. Sumbernya, yang dikenal sebagai Sagitarius A*, terletak persis di pusat bidang Bima Sakti. Namanya dijelaskan oleh fakta bahwa itu adalah sumber radio paling kuat di konstelasi Sagitarius. Di arah inilah pusat geometris dan fisik sistem galaksi kita berada. Terletak pada jarak sekitar 26.000 tahun cahaya dari kita, sebuah lubang hitam supermasif yang terkait dengan sumber gelombang radio, Sagitarius A *, memiliki massa yang diperkirakan sekitar 4 juta massa matahari, tertutup dalam ruang yang volumenya sebanding dengan volume tata surya. Kedekatannya yang relatif dengan kita (lubang hitam supermasif ini tidak diragukan lagi adalah yang paling dekat dengan Bumi) telah menyebabkan objek tersebut menjadi sorotan yang sangat dalam oleh observatorium luar angkasa Chandra dalam beberapa tahun terakhir. Ternyata, khususnya, itu juga merupakan sumber sinar-X yang kuat (tetapi tidak sekuat sumber di inti galaksi aktif). Sagitarius A* mungkin merupakan sisa terbengkalai dari inti aktif galaksi kita jutaan atau miliaran tahun yang lalu.

Lubang hitam kedua?

Namun, beberapa astronom percaya bahwa ada kejutan lain di Galaksi kita. Kita berbicara tentang lubang hitam kedua dengan massa rata-rata, menyatukan sekelompok bintang muda dan tidak membiarkan mereka jatuh ke dalam lubang hitam supermasif yang terletak di pusat Galaksi itu sendiri. Bagaimana mungkin pada jarak kurang dari satu tahun cahaya darinya bisa ada gugusan bintang dengan usia yang hampir mencapai 10 juta tahun, yang menurut standar astronomis, sangat muda? Menurut para peneliti, jawabannya terletak pada fakta bahwa gugus itu tidak lahir di sana (lingkungan di sekitar lubang hitam pusat terlalu bermusuhan untuk pembentukan bintang), tetapi "tertarik" di sana karena adanya lubang hitam kedua di dalamnya. itu, yang memiliki massa nilai rata-rata.

di orbit

Bintang-bintang individu dari gugus itu, yang tertarik oleh lubang hitam supermasif, mulai bergeser menuju pusat galaksi. Namun, alih-alih tersebar ke luar angkasa, mereka tetap bersama karena daya tarik lubang hitam kedua yang terletak di pusat gugus. Massa lubang hitam ini dapat diperkirakan dari kemampuannya untuk menahan seluruh gugus bintang "dengan tali". Sebuah lubang hitam berukuran sedang tampaknya berputar di sekitar lubang hitam pusat dalam waktu sekitar 100 tahun. Ini berarti bahwa pengamatan jangka panjang selama bertahun-tahun akan memungkinkan kita untuk "melihatnya".

S. TRANKOVSKY

Di antara masalah yang paling penting dan menarik dari fisika modern dan astrofisika, Akademisi V. L. Ginzburg menyebutkan pertanyaan yang berkaitan dengan lubang hitam (lihat Science and Life, Nos. 11, 12, 1999). Keberadaan benda-benda aneh ini diprediksi lebih dari dua ratus tahun yang lalu, kondisi yang mengarah pada pembentukannya dihitung secara akurat pada akhir 30-an abad XX, dan astrofisika menguasainya kurang dari empat puluh tahun yang lalu. Saat ini, jurnal ilmiah di seluruh dunia menerbitkan ribuan artikel tentang lubang hitam setiap tahun.

Pembentukan lubang hitam dapat terjadi dalam tiga cara.

Ini adalah bagaimana biasanya untuk menggambarkan proses yang terjadi di sekitar lubang hitam yang runtuh. Seiring berjalannya waktu (Y), ruang (X) di sekitarnya (area yang diarsir) menyusut menuju singularitas.

Medan gravitasi lubang hitam menimbulkan distorsi yang kuat ke dalam geometri ruang.

Sebuah lubang hitam, tidak terlihat melalui teleskop, mengungkapkan dirinya hanya dengan pengaruh gravitasinya.

Dalam medan gravitasi kuat lubang hitam, pasangan partikel-antipartikel lahir.

Kelahiran pasangan partikel-antipartikel di laboratorium.

BAGAIMANA MEREKA MUNCUL?

Benda langit bercahaya, yang memiliki kepadatan sama dengan Bumi, dan diameter dua ratus lima puluh kali lebih besar dari diameter Matahari, karena gaya tariknya, tidak akan membiarkan cahayanya mencapai kita. Jadi, ada kemungkinan bahwa benda bercahaya terbesar di alam semesta, justru karena ukurannya, tetap tidak terlihat.
Pierre Simon Laplace.
Presentasi sistem dunia. 1796

Pada tahun 1783, matematikawan Inggris John Mitchell, dan tiga belas tahun kemudian secara independen dari dia, astronom dan matematikawan Prancis Pierre Simon Laplace melakukan penelitian yang sangat aneh. Mereka mempertimbangkan kondisi di mana cahaya tidak dapat meninggalkan bintang.

Logika para ilmuwan itu sederhana. Untuk objek astronomi apa pun (planet atau bintang), Anda dapat menghitung apa yang disebut kecepatan lepas, atau kecepatan kosmik kedua, yang memungkinkan benda atau partikel apa pun meninggalkannya selamanya. Dan dalam fisika saat itu, teori Newton berkuasa, yang menurutnya cahaya adalah aliran partikel (hampir seratus lima puluh tahun tersisa sebelum teori gelombang elektromagnetik dan kuanta). Kecepatan lepas partikel dapat dihitung berdasarkan persamaan energi potensial di permukaan planet dan energi kinetik benda yang "melarikan diri" ke jarak yang tak terhingga. Kecepatan ini ditentukan oleh rumus #1#

di mana M adalah massa benda luar angkasa, R adalah radiusnya, G adalah konstanta gravitasi.

Dari sini, jari-jari benda dengan massa tertentu mudah diperoleh (kemudian disebut "jari-jari gravitasi" r g "), di mana kecepatan lepas sama dengan kecepatan cahaya:

Ini berarti bahwa sebuah bintang terkompresi menjadi sebuah bola dengan radius r g< 2GM/c 2 akan berhenti memancarkan - cahaya tidak akan bisa meninggalkannya. Sebuah lubang hitam akan muncul di alam semesta.

Mudah untuk menghitung bahwa Matahari (massanya 2,1033 g) akan berubah menjadi lubang hitam jika menyusut hingga radius sekitar 3 kilometer. Massa jenis zatnya dalam hal ini akan mencapai 10 16 g/cm 3 . Jari-jari Bumi, dikompresi ke keadaan lubang hitam, akan berkurang menjadi sekitar satu sentimeter.

Tampaknya luar biasa bahwa kekuatan dapat ditemukan di alam yang dapat menekan bintang ke ukuran yang tidak signifikan. Oleh karena itu, kesimpulan dari karya Mitchell dan Laplace selama lebih dari seratus tahun dianggap sebagai paradoks matematika yang tidak memiliki makna fisik.

Bukti matematis yang ketat bahwa objek eksotis seperti itu di luar angkasa mungkin diperoleh hanya pada tahun 1916. Astronom Jerman Karl Schwarzschild, setelah menganalisis persamaan teori relativitas umum Albert Einstein, menerima hasil yang menarik. Setelah mempelajari gerakan partikel dalam medan gravitasi benda masif, ia sampai pada kesimpulan bahwa persamaan kehilangan makna fisiknya (solusinya menjadi tak terhingga) ketika r= 0 dan r = r g.

Titik-titik di mana karakteristik bidang kehilangan maknanya disebut tunggal, yaitu khusus. Singularitas pada titik nol mencerminkan suatu titik, atau, yang sama, struktur medan simetris terpusat (setelah semua, benda bulat apa pun - bintang atau planet - dapat direpresentasikan sebagai titik material). Dan titik-titik yang terletak pada permukaan bola dengan jari-jari r g , membentuk permukaan yang kecepatan lepasnya sama dengan kecepatan cahaya. Dalam teori relativitas umum, itu disebut bola tunggal Schwarzschild atau cakrawala peristiwa (mengapa - itu akan menjadi jelas nanti).

Sudah pada contoh objek yang kita kenal - Bumi dan Matahari - jelas bahwa lubang hitam adalah objek yang sangat aneh. Bahkan para astronom yang berurusan dengan materi pada suhu, kepadatan, dan tekanan ekstrem menganggapnya sangat eksotis, dan hingga saat ini tidak semua orang percaya akan keberadaan mereka. Namun, indikasi pertama kemungkinan pembentukan lubang hitam sudah terkandung dalam teori relativitas umum A. Einstein, yang dibuat pada tahun 1915. Astronom Inggris Arthur Eddington, salah satu penafsir dan pempopuler pertama teori relativitas, pada 1930-an menurunkan sistem persamaan yang menggambarkan struktur internal bintang. Dari mereka dapat disimpulkan bahwa bintang berada dalam keseimbangan di bawah aksi gaya gravitasi yang berlawanan arah dan tekanan internal yang diciptakan oleh gerakan partikel plasma panas di dalam termasyhur dan oleh tekanan radiasi yang dihasilkan di kedalamannya. Dan ini berarti bahwa bintang itu adalah bola gas, yang di tengahnya ada suhu tinggi, secara bertahap menurun ke pinggiran. Dari persamaan, khususnya, diikuti bahwa suhu permukaan Matahari sekitar 5500 derajat (yang cukup konsisten dengan data pengukuran astronomi), dan di pusatnya seharusnya ada sekitar 10 juta derajat. Ini memungkinkan Eddington untuk membuat kesimpulan kenabian: pada suhu seperti itu, reaksi termonuklir "dinyalakan", cukup untuk memastikan cahaya Matahari. Fisikawan atom pada waktu itu tidak setuju dengan hal ini. Bagi mereka tampaknya terlalu "dingin" di perut bintang: suhu di sana tidak cukup untuk reaksi "pergi". Untuk ini ahli teori yang marah menjawab: "Cari tempat yang lebih panas!"

Dan pada akhirnya, dia ternyata benar: memang ada reaksi termonuklir di pusat bintang (hal lain adalah apa yang disebut "model surya standar", berdasarkan ide tentang fusi termonuklir, ternyata ternyata salah - lihat, misalnya, "Ilmu pengetahuan dan kehidupan" No. 2, 3, 2000). Namun demikian, reaksi di pusat bintang berlangsung, bintang bersinar, dan radiasi yang muncul dalam hal ini membuatnya tetap dalam keadaan stabil. Tapi sekarang "bahan bakar" nuklir di bintang itu habis. Pelepasan energi berhenti, radiasi padam, dan gaya yang menahan tarikan gravitasi menghilang. Ada batasan pada massa bintang, setelah itu bintang mulai menyusut secara permanen. Perhitungan menunjukkan bahwa ini terjadi jika massa bintang melebihi dua atau tiga kali massa matahari.

RUSAK GRAVITASI

Pada awalnya, laju kontraksi bintang kecil, tetapi lajunya terus meningkat, karena gaya tarik-menarik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Kompresi menjadi ireversibel, tidak ada kekuatan yang mampu melawan gravitasi sendiri. Proses ini disebut keruntuhan gravitasi. Kecepatan cangkang bintang menuju pusatnya meningkat, mendekati kecepatan cahaya. Dan di sini efek teori relativitas mulai berperan.

Kecepatan lepas dihitung berdasarkan ide-ide Newton tentang sifat cahaya. Dari sudut pandang relativitas umum, fenomena di sekitar bintang yang runtuh terjadi agak berbeda. Dalam medan gravitasinya yang kuat, apa yang disebut pergeseran merah gravitasi terjadi. Ini berarti bahwa frekuensi radiasi yang berasal dari benda masif digeser ke arah frekuensi rendah. Dalam batas, pada batas bola Schwarzschild, frekuensi radiasi menjadi sama dengan nol. Artinya, seorang pengamat yang berada di luarnya tidak akan dapat mengetahui apa-apa tentang apa yang terjadi di dalamnya. Itulah sebabnya bola Schwarzschild disebut cakrawala peristiwa.

Tetapi mengurangi frekuensi sama saja dengan memperlambat waktu, dan ketika frekuensi menjadi nol, waktu berhenti. Ini berarti bahwa pengamat luar akan melihat gambaran yang sangat aneh: cangkang bintang yang jatuh dengan percepatan yang meningkat, bukannya mencapai kecepatan cahaya, malah berhenti. Dari sudut pandangnya, kontraksi akan berhenti segera setelah ukuran bintang mendekati radius gravitasi
kumis. Dia tidak akan pernah melihat bahkan satu partikel "menyelam" di bawah lingkup Schwarzschild. Tetapi bagi seorang pengamat hipotetis yang jatuh ke dalam lubang hitam, semuanya akan berakhir dalam hitungan saat menurut arlojinya. Dengan demikian, waktu keruntuhan gravitasi bintang seukuran Matahari adalah 29 menit, dan bintang neutron yang jauh lebih padat dan lebih kompak - hanya 1/20.000 detik. Dan di sinilah dia dalam masalah, terkait dengan geometri ruang-waktu di dekat lubang hitam.

Pengamat memasuki ruang melengkung. Dekat radius gravitasi, gaya gravitasi menjadi sangat besar; mereka meregangkan roket dengan astronot-pengamat menjadi benang tipis tak terhingga dengan panjang tak terhingga. Tetapi dia sendiri tidak akan memperhatikan ini: semua deformasinya akan sesuai dengan distorsi koordinat ruang-waktu. Pertimbangan ini, tentu saja, mengacu pada kasus hipotetis yang ideal. Setiap benda nyata akan terkoyak oleh gaya pasang surut jauh sebelum mendekati bola Schwarzschild.

DIMENSI LUBANG HITAM

Ukuran lubang hitam, atau lebih tepatnya, jari-jari bola Schwarzschild sebanding dengan massa bintang. Dan karena astrofisika tidak memberlakukan batasan apa pun pada ukuran bintang, lubang hitam bisa berukuran besar secara sewenang-wenang. Jika, misalnya, ia muncul selama keruntuhan bintang dengan massa 108 massa matahari (atau karena penggabungan ratusan ribu, atau bahkan jutaan bintang yang relatif kecil), radiusnya akan menjadi sekitar 300 juta kilometer, dua kali orbit bumi. Dan kerapatan rata-rata zat raksasa semacam itu mendekati kerapatan air.

Rupanya, lubang hitam seperti itulah yang ditemukan di pusat galaksi. Bagaimanapun, para astronom saat ini menghitung sekitar lima puluh galaksi, di tengahnya, dilihat dari tanda-tanda tidak langsung (kita akan membicarakannya di bawah), ada lubang hitam dengan massa sekitar satu miliar (10 9) matahari. Rupanya, Galaksi kita juga memiliki lubang hitamnya sendiri; massanya diperkirakan cukup akurat - 2.4. 10 6 ±10% massa Matahari.

Teori tersebut mengasumsikan bahwa, bersama dengan supergiants tersebut, lubang mini hitam dengan massa sekitar 10 14 g dan jari-jari sekitar 10 -12 cm (ukuran inti atom) seharusnya telah muncul. Mereka dapat muncul pada saat-saat pertama keberadaan Semesta sebagai manifestasi dari ketidakhomogenan ruang-waktu yang sangat kuat dengan kepadatan energi yang sangat besar. Kondisi yang ada saat itu di Alam Semesta sekarang disadari oleh para peneliti pada penumbuk yang kuat (akselerator pada balok yang bertabrakan). Eksperimen di CERN awal tahun ini memungkinkan untuk mendapatkan plasma quark-gluon - materi yang ada sebelum munculnya partikel elementer. Penelitian tentang keadaan materi ini berlanjut di Brookhaven, pusat akselerator Amerika. Ia mampu mempercepat partikel menjadi energi satu setengah hingga dua kali lipat lebih tinggi daripada akselerator di
CERN. Eksperimen yang akan datang menyebabkan kecemasan serius: akankah lubang mini hitam muncul selama implementasinya, yang akan membengkokkan ruang kita dan menghancurkan Bumi?

Ketakutan ini menyebabkan respons yang begitu kuat sehingga pemerintah AS terpaksa membentuk komisi otoritatif untuk menguji kemungkinan ini. Komisi tersebut, yang terdiri dari peneliti terkemuka, menyimpulkan bahwa energi akselerator terlalu rendah untuk membentuk lubang hitam (eksperimen ini dijelaskan dalam jurnal Nauka i Zhizn, No. 3, 2000).

BAGAIMANA MELIHAT YANG TAK TERLIHAT

Lubang hitam tidak memancarkan apa pun, bahkan cahaya. Namun, para astronom telah belajar untuk melihat mereka, atau lebih tepatnya, menemukan "kandidat" untuk peran ini. Ada tiga cara untuk mendeteksi lubang hitam.

1. Perlu untuk mengikuti peredaran bintang dalam gugusan di sekitar pusat gravitasi tertentu. Jika ternyata tidak ada apa pun di pusat ini, dan bintang-bintang berputar, seolah-olah, di sekitar tempat kosong, kita dapat mengatakan dengan cukup yakin: ada lubang hitam di "kekosongan" ini. Atas dasar inilah keberadaan lubang hitam di pusat Galaksi kita diasumsikan dan massanya diperkirakan.

2. Lubang hitam secara aktif menyedot materi ke dalam dirinya sendiri dari ruang sekitarnya. Debu antarbintang, gas, materi bintang-bintang terdekat jatuh di atasnya dalam bentuk spiral, membentuk apa yang disebut piringan akresi, mirip dengan cincin Saturnus. (Inilah yang menakutkan dalam eksperimen Brookhaven: lubang mini hitam yang muncul di akselerator akan mulai menyedot Bumi ke dalam dirinya sendiri, dan proses ini tidak dapat dihentikan oleh kekuatan apa pun.) Mendekati bola Schwarzschild, partikel mengalami percepatan dan mulai memancar dalam jangkauan sinar-X. Radiasi ini memiliki spektrum karakteristik yang mirip dengan radiasi partikel yang dipercepat dalam sinkrotron yang telah dipelajari dengan baik. Dan jika radiasi tersebut berasal dari beberapa wilayah Semesta, kita dapat mengatakan dengan pasti bahwa pasti ada lubang hitam di sana.

3. Ketika dua lubang hitam bergabung, radiasi gravitasi terjadi. Dihitung bahwa jika massa masing-masing sekitar sepuluh massa matahari, maka ketika mereka bergabung dalam hitungan jam, energi yang setara dengan 1% dari total massa mereka akan dilepaskan dalam bentuk gelombang gravitasi. Ini seribu kali lebih banyak daripada cahaya, panas, dan energi lain yang dipancarkan Matahari selama seluruh periode keberadaannya - lima miliar tahun. Mereka berharap dapat mendeteksi radiasi gravitasi dengan bantuan observatorium gelombang gravitasi LIGO dan lainnya, yang sekarang sedang dibangun di Amerika dan Eropa dengan partisipasi para peneliti Rusia (lihat "Ilmu Pengetahuan dan Kehidupan" No. 5, 2000).

Namun, meskipun para astronom tidak memiliki keraguan tentang keberadaan lubang hitam, tidak ada yang dapat dengan pasti menyatakan bahwa tepat satu dari mereka terletak pada titik tertentu di ruang angkasa. Etika ilmiah, ketelitian peneliti membutuhkan jawaban yang jelas atas pertanyaan yang diajukan, yang tidak mentolerir perbedaan. Tidaklah cukup untuk memperkirakan massa benda yang tidak terlihat, Anda perlu mengukur jari-jarinya dan menunjukkan bahwa itu tidak melebihi satu Schwarzschild. Dan bahkan di dalam galaksi kita, masalah ini belum terpecahkan. Itulah sebabnya para ilmuwan menunjukkan batasan tertentu dalam melaporkan penemuan mereka, dan jurnal ilmiah secara harfiah penuh dengan laporan kerja teoretis dan pengamatan efek yang dapat menjelaskan misteri mereka.

Benar, lubang hitam juga memiliki satu properti lagi, yang diprediksi secara teoritis, yang mungkin memungkinkan untuk melihatnya. Tetapi, bagaimanapun, dengan satu syarat: massa lubang hitam harus jauh lebih kecil daripada massa Matahari.

LUBANG HITAM MUNGKIN MENJADI "PUTIH"

Untuk waktu yang lama, lubang hitam dianggap sebagai perwujudan kegelapan, benda-benda yang dalam ruang hampa, tanpa adanya penyerapan materi, tidak memancarkan apa pun. Namun, pada tahun 1974, ahli teori Inggris terkenal Stephen Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam dapat diberi suhu dan oleh karena itu harus memancar.

Menurut konsep mekanika kuantum, vakum bukanlah kekosongan, tetapi semacam "busa ruang-waktu", gado-gado partikel virtual (tidak dapat diamati di dunia kita). Namun, fluktuasi energi kuantum mampu "melempar" pasangan partikel-antipartikel keluar dari ruang hampa. Misalnya, ketika dua atau tiga kuanta gamma bertabrakan, elektron dan positron akan muncul seolah-olah dari ketiadaan. Fenomena ini dan yang serupa telah berulang kali diamati di laboratorium.

Fluktuasi kuantumlah yang menentukan proses radiasi dari lubang hitam. Jika sepasang partikel berenergi E dan -E(energi total pasangan adalah nol), muncul di sekitar bola Schwarzschild, nasib partikel selanjutnya akan berbeda. Mereka dapat memusnahkan segera atau pergi di bawah cakrawala peristiwa bersama-sama. Dalam hal ini, keadaan lubang hitam tidak akan berubah. Tetapi jika hanya satu partikel yang berjalan di bawah cakrawala, pengamat akan mencatat yang lain, dan akan tampak baginya bahwa itu dihasilkan oleh lubang hitam. Dalam hal ini, lubang hitam yang telah menyerap partikel dengan energi -E, akan mengurangi energinya, dan dengan energi E- meningkat.

Hawking menghitung tingkat di mana semua proses ini berjalan, dan sampai pada kesimpulan bahwa kemungkinan penyerapan partikel dengan energi negatif lebih tinggi. Ini berarti lubang hitam kehilangan energi dan massa - ia menguap. Selain itu, ia memancar sebagai benda yang benar-benar hitam dengan suhu T = 6 . 10 -8 M dengan / M kelvin, dimana M c adalah massa Matahari (2,1033 g), M adalah massa lubang hitam. Hubungan sederhana ini menunjukkan bahwa suhu lubang hitam dengan massa enam kali Matahari adalah sepersejuta derajat. Jelas bahwa tubuh yang dingin seperti itu praktis tidak memancarkan apa pun, dan semua argumen di atas tetap valid. Hal lain - lubang mini. Sangat mudah untuk melihat bahwa dengan massa 10 14 -10 30 gram, mereka dipanaskan hingga puluhan ribu derajat dan putih panas! Namun, harus segera dicatat bahwa tidak ada kontradiksi dengan sifat-sifat lubang hitam: radiasi ini dipancarkan oleh lapisan di atas bola Schwarzschild, dan bukan di bawahnya.

Jadi, lubang hitam, yang tampaknya menjadi objek beku selamanya, cepat atau lambat menghilang, menguap. Selain itu, karena "menurunkan berat", laju penguapan meningkat, tetapi masih membutuhkan waktu yang sangat lama. Diperkirakan lubang mini seberat 10 14 gram, yang muncul segera setelah Big Bang 10-15 miliar tahun yang lalu, akan menguap sepenuhnya pada zaman kita. Pada tahap terakhir kehidupan mereka, suhu mereka mencapai nilai yang sangat besar, sehingga produk penguapan harus berupa partikel dengan energi yang sangat tinggi. Ada kemungkinan bahwa merekalah yang menghasilkan hujan atmosfer yang luas - EAS di atmosfer Bumi. Bagaimanapun, asal usul partikel berenergi tinggi yang tidak wajar adalah masalah penting dan menarik lainnya, yang dapat dikaitkan erat dengan pertanyaan yang tidak kalah menarik dalam fisika lubang hitam.

Tanggal publikasi: 09/27/2012

Kebanyakan orang memiliki gagasan yang kabur atau salah tentang apa itu lubang hitam. Sementara itu, ini adalah objek Semesta yang sangat global dan kuat, dibandingkan dengan Planet kita dan seluruh kehidupan kita.

Esensi

Ini adalah objek luar angkasa yang memiliki gravitasi yang sangat besar sehingga menyerap segala sesuatu yang berada dalam batasnya. Faktanya, lubang hitam adalah objek yang bahkan tidak melepaskan cahaya dan membengkokkan ruang-waktu. Bahkan waktu mengalir lebih lambat di dekat lubang hitam.

Padahal, keberadaan lubang hitam hanyalah teori (dan sedikit praktik). Para ilmuwan memiliki asumsi dan pengalaman praktis, tetapi belum memungkinkan untuk mempelajari lubang hitam secara dekat. Itulah sebabnya lubang hitam secara kondisional disebut semua objek yang sesuai dengan deskripsi ini. Lubang hitam sedikit dipelajari, dan oleh karena itu banyak pertanyaan yang belum terselesaikan.

Setiap lubang hitam memiliki cakrawala peristiwa - perbatasan itu, setelah itu tidak ada yang bisa keluar. Selain itu, semakin dekat suatu objek ke lubang hitam, semakin lambat pergerakannya.

Pendidikan

Ada beberapa jenis dan cara pembentukan lubang hitam:
- pembentukan lubang hitam sebagai akibat dari pembentukan alam semesta. Lubang hitam seperti itu muncul segera setelah Big Bang.
- bintang sekarat. Ketika sebuah bintang kehilangan energinya dan reaksi termonuklir berhenti, bintang mulai menyusut. Tergantung pada tingkat kompresi, bintang neutron, katai putih dan, pada kenyataannya, lubang hitam dibedakan.
- memperoleh melalui percobaan. Misalnya, dalam sebuah penumbuk, Anda dapat membuat lubang hitam kuantum.

Versi

Banyak ilmuwan cenderung percaya bahwa lubang hitam membuang semua materi yang diserap ke tempat lain. Itu. harus ada "lubang putih" yang beroperasi dengan prinsip yang berbeda. Jika Anda bisa masuk ke lubang hitam, tetapi Anda tidak bisa keluar, maka Anda tidak bisa masuk ke lubang putih. Argumen utama para ilmuwan adalah semburan energi yang tajam dan kuat yang terekam di ruang angkasa.

Ahli teori string umumnya menciptakan model lubang hitam mereka sendiri, yang tidak menghancurkan informasi. Teori mereka disebut "Fuzzball" - ini memungkinkan Anda untuk menjawab pertanyaan yang berkaitan dengan singularitas dan hilangnya informasi.

Apa singularitas dan hilangnya informasi? Singularitas adalah titik dalam ruang yang dicirikan oleh tekanan dan kepadatan yang tak terbatas. Banyak yang bingung dengan fakta singularitas, karena fisikawan tidak dapat bekerja dengan bilangan tak terhingga. Banyak yang yakin bahwa ada singularitas dalam lubang hitam, tetapi sifat-sifatnya dijelaskan dengan sangat dangkal.

Secara sederhana, semua masalah dan kesalahpahaman berasal dari hubungan antara mekanika kuantum dan gravitasi. Sejauh ini, para ilmuwan belum bisa menciptakan teori yang menyatukan mereka. Itulah mengapa ada masalah dengan lubang hitam. Bagaimanapun, lubang hitam tampaknya menghancurkan informasi, tetapi dasar-dasar mekanika kuantum dilanggar. Meskipun baru-baru ini, S. Hawking tampaknya telah menyelesaikan masalah ini, menyatakan bahwa informasi di lubang hitam masih belum hancur.

stereotip

Pertama, lubang hitam tidak bisa eksis tanpa batas. Dan semua berkat penguapan Hawking. Oleh karena itu, orang tidak boleh berpikir bahwa lubang hitam cepat atau lambat akan menelan Semesta.

Kedua, Matahari kita tidak akan menjadi lubang hitam. Karena massa bintang kita tidak akan cukup. Matahari kita lebih mungkin berubah menjadi katai putih (dan itu bukan fakta).

Ketiga, Large Hadron Collider tidak akan menghancurkan Bumi kita dengan menciptakan lubang hitam. Bahkan jika mereka dengan sengaja membuat lubang hitam dan "melepaskannya", karena ukurannya yang kecil, ia akan menyerap planet kita untuk waktu yang sangat, sangat lama.

Keempat, jangan berpikir bahwa lubang hitam adalah "lubang" di luar angkasa. Lubang hitam adalah benda berbentuk bola. Makanya mayoritas berpendapat bahwa lubang hitam mengarah ke alam semesta paralel. Namun, fakta ini belum terbukti.

Kelima, lubang hitam tidak memiliki warna. Itu terdeteksi baik oleh sinar-X atau dengan latar belakang galaksi dan bintang lain (efek lensa).

Karena kenyataan bahwa orang sering mengacaukan lubang hitam dengan lubang cacing (yang sebenarnya ada), konsep-konsep ini tidak dibedakan di antara orang-orang biasa. Lubang cacing benar-benar memungkinkan Anda untuk bergerak dalam ruang dan waktu, tetapi sejauh ini hanya dalam teori.

Hal-hal kompleks dalam istilah sederhana

Sulit untuk menggambarkan fenomena seperti lubang hitam secara sederhana. Jika Anda menganggap diri Anda seorang teknisi yang berpengalaman dalam ilmu pasti, maka saya menyarankan Anda untuk membaca karya para ilmuwan secara langsung. Jika ingin tahu lebih banyak tentang fenomena ini, maka bacalah tulisan Stephen Hawking. Dia melakukan banyak hal untuk sains, dan terutama di bidang lubang hitam. Penguapan lubang hitam dinamai menurut namanya. Dia adalah pendukung pendekatan pedagogis, dan karena itu semua karyanya akan dapat dimengerti bahkan oleh orang biasa.

Buku:
- Lubang Hitam dan Alam Semesta Muda, 1993.
- Singkatnya 2001.
- "Sejarah Terpendek Semesta 2005" tahun ini.

Saya terutama ingin merekomendasikan film sains populernya, yang akan memberi tahu Anda dalam bahasa yang dapat dimengerti tidak hanya tentang lubang hitam, tetapi juga tentang Semesta secara umum:
- "Alam Semesta Stephen Hawking" - serangkaian 6 episode.
- "Jauh ke Alam Semesta dengan Stephen Hawking" - serangkaian 3 episode.
Semua film ini telah diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia dan sering ditayangkan di saluran Discovery.

Terima kasih atas perhatian Anda!

Kiat Sains & Teknologi Terbaru:

Apakah saran ini membantu Anda? Anda dapat membantu proyek dengan menyumbangkan jumlah berapa pun yang Anda inginkan untuk pengembangannya. Misalnya, 20 rubel. Atau lebih:)