Karena peningkatan minat yang relatif baru dalam membuat film sains populer tentang eksplorasi ruang angkasa, pemirsa modern telah mendengar banyak tentang fenomena seperti singularitas, atau lubang hitam. Namun, film jelas tidak mengungkapkan sifat penuh dari fenomena ini, dan kadang-kadang bahkan mendistorsi teori-teori ilmiah yang dibangun untuk efek yang lebih besar. Karena alasan ini, gagasan banyak orang modern tentang fenomena ini sepenuhnya dangkal atau sepenuhnya salah. Salah satu solusi dari masalah yang muncul adalah artikel ini, di mana kami akan mencoba memahami hasil penelitian yang ada dan menjawab pertanyaan - apa itu lubang hitam?

Pada tahun 1784, pendeta Inggris dan naturalis John Michell pertama kali menyebutkan dalam sebuah surat kepada Royal Society sebuah benda masif hipotetis yang memiliki daya tarik gravitasi yang kuat sehingga kecepatan kosmik kedua untuk itu akan melebihi kecepatan cahaya. Kecepatan kosmik kedua adalah kecepatan yang dibutuhkan objek yang relatif kecil untuk mengatasi tarikan gravitasi benda langit dan meninggalkan orbit tertutup di sekitar benda tersebut. Menurut perhitungannya, sebuah benda dengan kerapatan Matahari dan dengan radius 500 jari-jari matahari di permukaannya akan memiliki kecepatan kosmik kedua yang sama dengan kecepatan cahaya. Dalam hal ini, bahkan cahaya tidak akan meninggalkan permukaan benda seperti itu, dan oleh karena itu benda ini hanya akan menyerap cahaya yang masuk dan tetap tidak terlihat oleh pengamat - semacam bintik hitam dengan latar belakang ruang gelap.

Namun, konsep benda supermasif yang diusulkan oleh Michell tidak menarik banyak minat sampai karya Einstein. Ingatlah bahwa yang terakhir mendefinisikan kecepatan cahaya sebagai kecepatan yang membatasi transfer informasi. Selain itu, Einstein memperluas teori gravitasi untuk kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya (). Akibatnya, tidak lagi relevan untuk menerapkan teori Newton ke lubang hitam.

persamaan Einstein

Sebagai hasil dari penerapan relativitas umum pada lubang hitam dan penyelesaian persamaan Einstein, parameter utama lubang hitam terungkap, yang hanya ada tiga: massa, muatan listrik, dan momentum sudut. Perlu dicatat kontribusi signifikan dari astrofisikawan India Subramanyan Chandrasekhar, yang menciptakan monografi fundamental: "Teori Matematika Lubang Hitam".

Dengan demikian, solusi persamaan Einstein diwakili oleh empat opsi untuk empat kemungkinan jenis lubang hitam:

• Sebuah lubang hitam tanpa rotasi dan tanpa muatan adalah solusi Schwarzschild. Salah satu deskripsi pertama lubang hitam (1916) menggunakan persamaan Einstein, tetapi tanpa memperhitungkan dua dari tiga parameter benda. Solusi dari fisikawan Jerman Karl Schwarzschild memungkinkan Anda menghitung medan gravitasi eksternal dari benda masif berbentuk bola. Fitur dari konsep lubang hitam ilmuwan Jerman adalah adanya cakrawala peristiwa dan cakrawala di belakangnya. Schwarzschild juga pertama kali menghitung jari-jari gravitasi, yang menerima namanya, yang menentukan jari-jari bola di mana cakrawala peristiwa akan ditempatkan untuk benda dengan massa tertentu.
• Sebuah lubang hitam tanpa rotasi dengan muatan adalah solusi Reisner-Nordström. Sebuah solusi diajukan pada tahun 1916-1918, dengan mempertimbangkan kemungkinan muatan listrik lubang hitam. Muatan ini tidak dapat sembarangan besar dan terbatas karena tolakan listrik yang dihasilkan. Yang terakhir ini harus dikompensasi oleh tarikan gravitasi.
• Sebuah lubang hitam dengan rotasi dan tanpa muatan - solusi Kerr (1963). Lubang hitam Kerr yang berputar berbeda dari lubang hitam statis dengan adanya apa yang disebut ergosphere (baca lebih lanjut tentang ini dan komponen lubang hitam lainnya).
• BH dengan rotasi dan muatan - solusi Kerr-Newman. Solusi ini dihitung pada tahun 1965 dan saat ini yang paling lengkap, karena memperhitungkan ketiga parameter BH. Namun, masih diasumsikan bahwa lubang hitam di alam memiliki muatan yang tidak signifikan.

Pembentukan lubang hitam

Ada beberapa teori tentang bagaimana lubang hitam terbentuk dan muncul, yang paling terkenal adalah munculnya bintang dengan massa yang cukup sebagai akibat dari keruntuhan gravitasi. Kompresi semacam itu dapat mengakhiri evolusi bintang dengan massa lebih dari tiga massa matahari. Setelah selesainya reaksi termonuklir di dalam bintang seperti itu, mereka mulai menyusut dengan cepat menjadi superdense. Jika tekanan gas bintang neutron tidak dapat mengimbangi gaya gravitasi, yaitu, massa bintang mengatasi apa yang disebut. Oppenheimer-Volkov membatasi, kemudian keruntuhan berlanjut, menyebabkan materi menyusut menjadi lubang hitam.

Skenario kedua yang menggambarkan lahirnya lubang hitam adalah kompresi gas protogalaksi, yaitu gas antarbintang yang sedang dalam tahap transformasi menjadi galaksi atau semacam gugusan. Dalam kasus tekanan internal yang tidak cukup untuk mengkompensasi gaya gravitasi yang sama, lubang hitam dapat muncul.

Dua skenario lain tetap hipotetis:

• Terjadinya lubang hitam sebagai akibatnya - yang disebut. lubang hitam purba.
• Terjadi sebagai akibat dari reaksi nuklir pada energi tinggi. Contoh dari reaksi tersebut adalah percobaan pada penumbuk.

Struktur dan fisika lubang hitam

Struktur lubang hitam menurut Schwarzschild hanya mencakup dua elemen yang disebutkan sebelumnya: singularitas dan cakrawala peristiwa lubang hitam. Berbicara secara singkat tentang singularitas, dapat dicatat bahwa tidak mungkin untuk menarik garis lurus melaluinya, dan juga bahwa sebagian besar teori fisika yang ada tidak bekerja di dalamnya. Dengan demikian, fisika singularitas tetap menjadi misteri bagi para ilmuwan saat ini. lubang hitam adalah batas tertentu, yang melintasinya, objek fisik kehilangan kemampuan untuk kembali melampaui batasnya dan jelas "jatuh" ke dalam singularitas lubang hitam.

Struktur lubang hitam menjadi agak lebih rumit dalam kasus solusi Kerr, yaitu dengan adanya rotasi BH. Solusi Kerr menyiratkan bahwa lubang tersebut memiliki ergosfer. Ergosfer - area tertentu yang terletak di luar cakrawala peristiwa, di dalamnya semua benda bergerak ke arah rotasi lubang hitam. Area ini belum seru dan masih memungkinkan untuk ditinggalkan, tidak seperti event horizon. Ergosphere mungkin semacam analog dari piringan akresi, yang mewakili zat yang berputar di sekitar benda masif. Jika lubang hitam Schwarzschild statis direpresentasikan sebagai bola hitam, maka lubang hitam Kerry, karena adanya ergosphere, memiliki bentuk ellipsoid oblate, dalam bentuk yang sering kita lihat lubang hitam dalam gambar, di masa lalu. film atau video game.

• Berapa berat lubang hitam? – Materi teoretis terbesar tentang kemunculan lubang hitam tersedia untuk skenario kemunculannya sebagai akibat dari runtuhnya sebuah bintang. Dalam hal ini, massa maksimum bintang neutron dan massa minimum lubang hitam ditentukan oleh batas Oppenheimer - Volkov, yang menurutnya batas bawah massa BH adalah 2,5 - 3 massa matahari. Lubang hitam terberat yang pernah ditemukan (di galaksi NGC 4889) memiliki massa 21 miliar massa matahari. Namun, kita tidak boleh melupakan lubang hitam, yang secara hipotetis dihasilkan dari reaksi nuklir pada energi tinggi, seperti yang terjadi pada penumbuk. Massa lubang hitam kuantum tersebut, dengan kata lain "Lubang hitam Planck" berorde , yaitu 2 10 5 g.
• Ukuran lubang hitam. Jari-jari BH minimum dapat dihitung dari massa minimum (2,5 – 3 massa matahari). Jika jari-jari gravitasi Matahari, yaitu daerah di mana cakrawala peristiwa akan berada, adalah sekitar 2,95 km, maka jari-jari minimum BH dari 3 massa matahari akan menjadi sekitar sembilan kilometer. Dimensi yang relatif kecil seperti itu tidak muat di kepala ketika kita sedang berbicara tentang benda-benda besar yang menarik segala sesuatu di sekitar. Namun, untuk lubang hitam kuantum, jari-jarinya adalah -10 35 m.
• Kepadatan rata-rata lubang hitam tergantung pada dua parameter: massa dan jari-jari. Massa jenis lubang hitam dengan massa sekitar tiga massa matahari adalah sekitar 6 10 26 kg/m³, sedangkan massa jenis air adalah 1000 kg/m³. Namun, lubang hitam kecil seperti itu belum ditemukan oleh para ilmuwan. Sebagian besar BH yang terdeteksi memiliki massa lebih besar dari 105 massa matahari. Ada pola menarik yang menurutnya semakin masif lubang hitam, semakin rendah kepadatannya. Dalam hal ini, perubahan massa sebesar 11 orde besarnya memerlukan perubahan kerapatan sebesar 22 orde besarnya. Dengan demikian, sebuah lubang hitam dengan massa 1 ·109 massa matahari memiliki kerapatan 18,5 kg/m³, yang merupakan satu kurang dari kerapatan emas. Dan lubang hitam dengan massa lebih dari 10 10 massa matahari dapat memiliki kerapatan rata-rata lebih kecil dari kerapatan udara. Berdasarkan perhitungan ini, masuk akal untuk berasumsi bahwa pembentukan lubang hitam terjadi bukan karena kompresi materi, tetapi sebagai hasil dari akumulasi sejumlah besar materi dalam volume tertentu. Dalam kasus lubang hitam kuantum, kerapatannya bisa sekitar 10 94 kg/m³.
• Suhu lubang hitam juga berbanding terbalik dengan massanya. Suhu ini berhubungan langsung dengan . Spektrum radiasi ini bertepatan dengan spektrum benda yang benar-benar hitam, yaitu benda yang menyerap semua radiasi yang datang. Spektrum radiasi benda hitam hanya bergantung pada suhunya, kemudian suhu lubang hitam dapat ditentukan dari spektrum radiasi Hawking. Seperti disebutkan di atas, radiasi ini semakin kuat, semakin kecil lubang hitamnya. Pada saat yang sama, radiasi Hawking tetap hipotetis, karena belum diamati oleh para astronom. Dari sini dapat disimpulkan bahwa jika radiasi Hawking ada, maka suhu BH yang diamati sangat rendah sehingga tidak memungkinkan seseorang untuk mendeteksi radiasi ini. Menurut perhitungan, bahkan suhu lubang dengan massa orde massa Matahari sangat kecil (1 10 -7 K atau -272°C). Suhu lubang hitam kuantum dapat mencapai sekitar 10 12 K, dan dengan penguapannya yang cepat (sekitar 1,5 menit), BH semacam itu dapat memancarkan energi sebanyak sepuluh juta bom atom. Tapi, untungnya, penciptaan benda hipotetis semacam itu akan membutuhkan energi 10 14 kali lebih besar dari yang dicapai hari ini di Large Hadron Collider. Selain itu, fenomena seperti itu belum pernah diamati oleh para astronom.

Terbuat dari apakah PJK?

Pertanyaan lain mengkhawatirkan para ilmuwan dan mereka yang hanya menyukai astrofisika - apa yang terdiri dari lubang hitam? Tidak ada jawaban tunggal untuk pertanyaan ini, karena tidak mungkin untuk melihat melampaui cakrawala peristiwa yang mengelilingi lubang hitam mana pun. Selain itu, seperti yang disebutkan sebelumnya, model teoritis lubang hitam hanya menyediakan 3 komponennya: ergosfer, cakrawala peristiwa, dan singularitas. Adalah logis untuk berasumsi bahwa di ergosfer hanya ada objek-objek yang tertarik oleh lubang hitam, dan yang sekarang berputar di sekitarnya - berbagai jenis benda kosmik dan gas kosmik. Cakrawala peristiwa hanyalah batas implisit tipis, setelah melampauinya, benda-benda kosmik yang sama tertarik secara tak dapat ditarik kembali ke komponen utama terakhir dari lubang hitam - singularitas. Sifat singularitas belum dipelajari hari ini, dan terlalu dini untuk membicarakan komposisinya.

Menurut beberapa asumsi, lubang hitam mungkin terdiri dari neutron. Jika kita mengikuti skenario terjadinya lubang hitam sebagai akibat dari kompresi bintang ke bintang neutron dengan kompresi berikutnya, maka, mungkin, bagian utama lubang hitam terdiri dari neutron, di mana bintang neutron sendiri terdiri. Dengan kata sederhana: ketika sebuah bintang runtuh, atom-atomnya dikompresi sedemikian rupa sehingga elektron bergabung dengan proton, sehingga membentuk neutron. Reaksi seperti itu memang terjadi di alam, dengan terbentuknya neutron maka terjadi emisi neutrino. Namun, ini hanya tebakan.

Apa yang terjadi jika Anda jatuh ke dalam lubang hitam?

Jatuh ke dalam lubang hitam astrofisika menyebabkan peregangan tubuh. Pertimbangkan astronot bunuh diri hipotetis menuju ke lubang hitam tidak mengenakan apa-apa selain pakaian luar angkasa, kaki lebih dulu. Melintasi cakrawala peristiwa, astronot tidak akan melihat perubahan apa pun, terlepas dari kenyataan bahwa ia tidak lagi memiliki kesempatan untuk kembali. Pada titik tertentu, astronot akan mencapai titik (sedikit di belakang cakrawala peristiwa) di mana deformasi tubuhnya akan mulai terjadi. Karena medan gravitasi lubang hitam tidak seragam dan diwakili oleh gradien gaya yang meningkat ke arah pusat, kaki astronot akan mengalami efek gravitasi yang jauh lebih besar daripada, misalnya, kepala. Kemudian, karena gravitasi, atau lebih tepatnya, gaya pasang surut, kaki akan "jatuh" lebih cepat. Dengan demikian, tubuh mulai secara bertahap meregangkan panjangnya. Untuk menggambarkan fenomena ini, astrofisikawan telah menemukan istilah yang agak kreatif - spaghettification. Peregangan lebih lanjut dari tubuh mungkin akan menguraikannya menjadi atom, yang cepat atau lambat akan mencapai singularitas. Orang hanya bisa menebak bagaimana perasaan seseorang dalam situasi ini. Perlu dicatat bahwa efek peregangan tubuh berbanding terbalik dengan massa lubang hitam. Artinya, jika BH dengan massa tiga Matahari secara instan meregangkan/mematahkan tubuh, maka lubang hitam supermasif akan memiliki gaya pasang surut yang lebih rendah dan, ada saran bahwa beberapa material fisik dapat "menoleransi" deformasi semacam itu tanpa kehilangan strukturnya.

Seperti yang Anda ketahui, di dekat benda-benda besar, waktu mengalir lebih lambat, yang berarti bahwa waktu untuk astronot bunuh diri akan mengalir jauh lebih lambat daripada penduduk bumi. Dalam hal ini, mungkin dia tidak hanya akan hidup lebih lama dari teman-temannya, tetapi juga Bumi itu sendiri. Perhitungan akan diperlukan untuk menentukan berapa lama waktu akan melambat bagi seorang astronot, namun, dari penjelasan di atas, dapat diasumsikan bahwa astronot akan jatuh ke dalam lubang hitam dengan sangat lambat dan mungkin tidak akan hidup untuk melihat saat tubuhnya mulai bergerak. untuk berubah bentuk.

Patut dicatat bahwa bagi pengamat di luar, semua benda yang telah terbang ke cakrawala peristiwa akan tetap berada di tepi cakrawala ini sampai bayangannya menghilang. Alasan untuk fenomena ini adalah pergeseran merah gravitasi. Sederhananya, kita dapat mengatakan bahwa cahaya yang jatuh pada tubuh astronot bunuh diri "membeku" di cakrawala peristiwa akan mengubah frekuensinya karena waktu yang diperlambat. Semakin lama waktu berlalu, frekuensi cahaya akan berkurang dan panjang gelombang akan meningkat. Sebagai akibat dari fenomena ini, pada output, yaitu, untuk pengamat eksternal, cahaya secara bertahap akan bergeser ke frekuensi rendah - merah. Pergeseran cahaya di sepanjang spektrum akan terjadi, saat astronot bunuh diri bergerak semakin jauh dari pengamat, meskipun hampir tidak terlihat, dan waktunya mengalir semakin lambat. Dengan demikian, cahaya yang dipantulkan oleh tubuhnya akan segera melampaui spektrum yang terlihat (gambar akan menghilang), dan di masa depan tubuh astronot hanya dapat dideteksi di wilayah inframerah, kemudian di wilayah frekuensi radio, dan sebagai hasilnya, radiasi akan benar-benar sulit dipahami.

Terlepas dari apa yang telah ditulis di atas, diasumsikan bahwa dalam lubang hitam supermasif yang sangat besar, gaya pasang surut tidak banyak berubah dengan jarak dan bekerja hampir seragam pada benda yang jatuh. Dalam kasus seperti itu, pesawat ruang angkasa yang jatuh akan mempertahankan strukturnya. Muncul pertanyaan yang masuk akal - ke mana arah lubang hitam? Pertanyaan ini dapat dijawab oleh karya beberapa ilmuwan, yang menghubungkan dua fenomena seperti lubang cacing dan lubang hitam.

Kembali pada tahun 1935, Albert Einstein dan Nathan Rosen, dengan mempertimbangkan, mengajukan hipotesis tentang keberadaan apa yang disebut lubang cacing, menghubungkan dua titik ruang-waktu dengan cara di tempat-tempat kelengkungan signifikan yang terakhir - jembatan Einstein-Rosen atau lubang cacing. Untuk kelengkungan ruang yang begitu kuat, benda-benda dengan massa raksasa akan dibutuhkan, dengan peran yang akan diatasi oleh lubang hitam dengan sempurna.

Jembatan Einstein-Rosen dianggap sebagai lubang cacing yang tidak dapat ditembus, karena kecil dan tidak stabil.

Lubang cacing yang dapat dilalui dimungkinkan dalam teori lubang hitam dan putih. Dimana lubang putih merupakan keluaran informasi yang jatuh ke dalam lubang hitam tersebut. Lubang putih dijelaskan dalam kerangka relativitas umum, tetapi hari ini masih bersifat hipotetis dan belum ditemukan. Model lain dari lubang cacing diusulkan oleh ilmuwan Amerika Kip Thorne dan mahasiswa pascasarjananya Mike Morris, yang dapat dilewati. Namun, seperti dalam kasus lubang cacing Morris-Thorn, serta dalam kasus lubang hitam dan putih, kemungkinan perjalanan membutuhkan keberadaan apa yang disebut materi eksotis, yang memiliki energi negatif dan juga tetap bersifat hipotetis.

Lubang hitam di alam semesta

Keberadaan lubang hitam dikonfirmasi relatif baru-baru ini (September 2015), tetapi sebelum itu sudah ada banyak materi teoretis tentang sifat lubang hitam, serta banyak calon objek untuk peran lubang hitam. Pertama-tama, seseorang harus mempertimbangkan dimensi lubang hitam, karena sifat dari fenomena itu bergantung pada mereka:

• lubang hitam massa bintang. Benda-benda seperti itu terbentuk sebagai akibat dari runtuhnya bintang. Seperti disebutkan sebelumnya, massa minimum benda yang mampu membentuk lubang hitam seperti itu adalah 2,5 - 3 kali massa matahari.
• Lubang hitam massa menengah. Jenis lubang hitam perantara bersyarat yang meningkat karena penyerapan benda-benda di dekatnya, seperti akumulasi gas, bintang tetangga (dalam sistem dua bintang) dan benda kosmik lainnya.
• Lubang hitam supermasif. Benda kompak dengan 10 5 -10 10 massa matahari. Sifat khas dari BH tersebut adalah kepadatan rendah secara paradoks, serta gaya pasang surut yang lemah, yang telah dibahas sebelumnya. Ini adalah lubang hitam supermasif di pusat galaksi Bima Sakti kita (Sagitarius A*, Sgr A*), serta sebagian besar galaksi lainnya.

Kandidat untuk CHD

Lubang hitam terdekat, atau lebih tepatnya kandidat untuk peran lubang hitam, adalah sebuah objek (V616 Unicorn), yang terletak pada jarak 3000 tahun cahaya dari Matahari (di galaksi kita). Ini terdiri dari dua komponen: bintang dengan massa setengah massa matahari, serta benda kecil yang tidak terlihat, yang massanya 3-5 massa matahari. Jika objek ini ternyata adalah lubang hitam kecil bermassa bintang, maka di sebelah kanan itu akan menjadi lubang hitam terdekat.

Setelah objek ini, lubang hitam terdekat kedua adalah Cyg X-1 (Cyg X-1), yang merupakan kandidat pertama untuk peran lubang hitam. Jaraknya sekitar 6070 tahun cahaya. Cukup dipelajari dengan baik: ia memiliki massa 14,8 massa matahari dan radius cakrawala peristiwa sekitar 26 km.

Menurut beberapa sumber, kandidat terdekat lainnya untuk peran lubang hitam mungkin adalah benda di sistem bintang V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), yang menurut perkiraan pada tahun 1999, terletak pada jarak 1600 tahun cahaya. Namun, penelitian selanjutnya meningkatkan jarak ini setidaknya 15 kali.

Berapa banyak lubang hitam di galaksi kita?

Tidak ada jawaban pasti untuk pertanyaan ini, karena agak sulit untuk mengamatinya, dan selama seluruh studi tentang langit, para ilmuwan berhasil mendeteksi sekitar selusin lubang hitam di dalam Bima Sakti. Tanpa terlibat dalam perhitungan, kami mencatat bahwa di galaksi kita ada sekitar 100 - 400 miliar bintang, dan sekitar setiap seperseribu bintang memiliki massa yang cukup untuk membentuk lubang hitam. Kemungkinan jutaan lubang hitam bisa terbentuk selama keberadaan Bima Sakti. Karena lebih mudah untuk mendaftarkan lubang hitam besar, masuk akal untuk mengasumsikan bahwa sebagian besar BH di galaksi kita tidak supermasif. Patut dicatat bahwa penelitian NASA pada tahun 2005 menunjukkan adanya segerombolan lubang hitam (10-20 ribu) yang mengorbit pusat galaksi. Selain itu, pada tahun 2016, ahli astrofisika Jepang menemukan satelit besar di dekat objek * - lubang hitam, inti dari Bima Sakti. Karena radius kecil benda ini (0,15 tahun cahaya), serta massanya yang sangat besar (100.000 massa matahari), para ilmuwan berpendapat bahwa objek ini juga merupakan lubang hitam supermasif.

Inti galaksi kita, lubang hitam Bima Sakti (Sagitarius A *, Sgr A * atau Sagitarius A *) adalah supermasif dan memiliki massa 4,31 106 massa matahari, dan radius 0,00071 tahun cahaya (6,25 jam cahaya atau 6,75 miliar km). Suhu Sagitarius A* bersama dengan gugus di sekitarnya sekitar 1 10 7 K.

Lubang hitam terbesar

Lubang hitam terbesar di alam semesta yang dapat dideteksi oleh para ilmuwan adalah lubang hitam supermasif, blazar FSRQ, di pusat galaksi S5 0014+81, pada jarak 1,2·10 10 tahun cahaya dari Bumi. Menurut hasil pengamatan awal, menggunakan observatorium ruang angkasa Swift, massa lubang hitam adalah 40 miliar (40 10 9) massa matahari, dan jari-jari Schwarzschild lubang semacam itu adalah 118,35 miliar kilometer (0,013 tahun cahaya). Selain itu, menurut perhitungan, itu muncul 12,1 miliar tahun yang lalu (1,6 miliar tahun setelah Big Bang). Jika lubang hitam raksasa ini tidak menyerap materi di sekitarnya, maka ia akan hidup untuk melihat era lubang hitam - salah satu era dalam perkembangan Semesta, di mana lubang hitam akan mendominasi di dalamnya. Jika inti galaksi S5 0014+81 terus berkembang, maka itu akan menjadi salah satu lubang hitam terakhir yang akan ada di Semesta.

Dua lubang hitam lainnya yang diketahui, meskipun tidak disebutkan namanya, adalah yang paling penting untuk studi lubang hitam, karena mereka mengkonfirmasi keberadaan mereka secara eksperimental, dan juga memberikan hasil penting untuk studi gravitasi. Kita berbicara tentang peristiwa GW150914, yang disebut tumbukan dua lubang hitam menjadi satu. Acara ini diizinkan untuk mendaftar.

Deteksi lubang hitam

Sebelum mempertimbangkan metode untuk mendeteksi lubang hitam, seseorang harus menjawab pertanyaan - mengapa lubang hitam berwarna hitam? - jawabannya tidak memerlukan pengetahuan mendalam tentang astrofisika dan kosmologi. Faktanya adalah bahwa lubang hitam menyerap semua radiasi yang jatuh di atasnya dan tidak memancar sama sekali, jika Anda tidak memperhitungkan hipotesis. Jika kita mempertimbangkan fenomena ini secara lebih rinci, kita dapat mengasumsikan bahwa tidak ada proses di dalam lubang hitam yang mengarah pada pelepasan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Kemudian jika lubang hitam memancar, maka ia berada dalam spektrum Hawking (yang bertepatan dengan spektrum benda hitam yang benar-benar panas). Namun, seperti yang disebutkan sebelumnya, radiasi ini tidak terdeteksi, yang menunjukkan bahwa suhu lubang hitam benar-benar rendah.

Teori lain yang diterima secara umum mengatakan bahwa radiasi elektromagnetik sama sekali tidak mampu meninggalkan cakrawala peristiwa. Kemungkinan besar foton (partikel cahaya) tidak tertarik oleh objek masif, karena, menurut teori, mereka sendiri tidak memiliki massa. Namun, lubang hitam masih "menarik" foton cahaya melalui distorsi ruang-waktu. Jika kita membayangkan lubang hitam di ruang angkasa sebagai semacam depresi pada permukaan halus ruang-waktu, maka ada jarak tertentu dari pusat lubang hitam, yang mendekati cahaya yang tidak akan bisa lagi menjauh darinya. Artinya, secara kasar, cahaya mulai "jatuh" ke dalam "lubang", yang bahkan tidak memiliki "dasar".

Selain itu, mengingat efek pergeseran merah gravitasi, ada kemungkinan bahwa cahaya di lubang hitam kehilangan frekuensinya, bergeser sepanjang spektrum ke wilayah radiasi gelombang panjang frekuensi rendah, hingga kehilangan energi sama sekali.

Jadi, lubang hitam itu hitam dan karenanya sulit dideteksi di luar angkasa.

Metode deteksi

Pertimbangkan metode yang digunakan para astronom untuk mendeteksi lubang hitam:

Selain metode yang disebutkan di atas, para ilmuwan sering mengaitkan objek seperti lubang hitam dan. Quasar adalah beberapa kelompok benda kosmik dan gas, yang merupakan salah satu objek astronomi paling terang di alam semesta. Karena mereka memiliki intensitas pendaran yang tinggi pada ukuran yang relatif kecil, ada alasan untuk percaya bahwa pusat objek ini adalah lubang hitam supermasif, yang menarik materi di sekitarnya ke dirinya sendiri. Karena daya tarik gravitasi yang begitu kuat, materi yang tertarik menjadi sangat panas sehingga memancar dengan kuat. Deteksi objek semacam itu biasanya dibandingkan dengan deteksi lubang hitam. Terkadang quasar dapat memancarkan pancaran plasma panas dalam dua arah - pancaran relativistik. Alasan munculnya pancaran (jet) tersebut tidak sepenuhnya jelas, tetapi mungkin disebabkan oleh interaksi medan magnet BH dan disk akresi, dan tidak dipancarkan oleh lubang hitam langsung.

Sebuah jet di galaksi M87 menghantam dari pusat lubang hitam

Menyimpulkan hal di atas, orang dapat membayangkan, dari dekat: itu adalah benda hitam bulat, di mana materi yang sangat panas berputar, membentuk cakram akresi bercahaya.

Menggabungkan dan bertabrakan lubang hitam

Salah satu fenomena paling menarik dalam astrofisika adalah tabrakan lubang hitam, yang juga memungkinkan untuk mendeteksi benda-benda astronomi yang begitu besar. Proses seperti itu tidak hanya menarik bagi ahli astrofisika, karena proses tersebut menghasilkan fenomena yang kurang dipelajari oleh fisikawan. Contoh paling jelas adalah peristiwa yang disebutkan sebelumnya yang disebut GW150914, ketika dua lubang hitam mendekat sedemikian rupa sehingga, sebagai akibat dari daya tarik gravitasi timbal balik, mereka bergabung menjadi satu. Konsekuensi penting dari tumbukan ini adalah munculnya gelombang gravitasi.

Menurut definisi gelombang gravitasi, ini adalah perubahan medan gravitasi yang merambat seperti gelombang dari benda-benda besar yang bergerak. Ketika dua objek seperti itu saling mendekat, mereka mulai berputar di sekitar pusat gravitasi yang sama. Saat mereka mendekati satu sama lain, rotasi mereka di sekitar porosnya sendiri meningkat. Getaran variabel medan gravitasi semacam itu di beberapa titik dapat membentuk satu gelombang gravitasi kuat yang dapat merambat di ruang angkasa selama jutaan tahun cahaya. Jadi, pada jarak 1,3 miliar tahun cahaya, tabrakan dua lubang hitam terjadi, yang membentuk gelombang gravitasi kuat yang mencapai Bumi pada 14 September 2015 dan direkam oleh detektor LIGO dan VIRGO.

Bagaimana lubang hitam mati?

Jelas, agar lubang hitam tidak ada lagi, ia harus kehilangan semua massanya. Namun, menurut definisinya, tidak ada yang bisa meninggalkan lubang hitam jika telah melintasi cakrawala peristiwanya. Diketahui bahwa untuk pertama kalinya fisikawan teoretis Soviet Vladimir Gribov menyebutkan kemungkinan emisi partikel oleh lubang hitam dalam diskusinya dengan ilmuwan Soviet lainnya Yakov Zeldovich. Dia berpendapat bahwa dari sudut pandang mekanika kuantum, lubang hitam mampu memancarkan partikel melalui efek terowongan. Kemudian, dengan bantuan mekanika kuantum, ia membangun teorinya sendiri yang agak berbeda, fisikawan teoretis Inggris Stephen Hawking. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang fenomena ini. Singkatnya, dalam ruang hampa ada yang disebut partikel virtual yang terus-menerus lahir berpasangan dan saling memusnahkan, sementara tidak berinteraksi dengan dunia luar. Tetapi jika pasangan seperti itu muncul di cakrawala peristiwa lubang hitam, maka gravitasi kuat secara hipotetis dapat memisahkan mereka, dengan satu partikel jatuh ke dalam lubang hitam, dan yang lainnya menjauh dari lubang hitam. Dan karena partikel yang terbang menjauh dari lubang dapat diamati, dan karena itu memiliki energi positif, partikel yang jatuh ke dalam lubang pasti memiliki energi negatif. Dengan demikian, lubang hitam akan kehilangan energinya dan akan terjadi efek yang disebut penguapan lubang hitam.

Menurut model lubang hitam yang tersedia, seperti yang disebutkan sebelumnya, ketika massanya berkurang, radiasinya menjadi lebih kuat. Kemudian, pada tahap akhir keberadaan lubang hitam, ketika ia dapat direduksi menjadi seukuran lubang hitam kuantum, ia akan melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk radiasi, yang dapat setara dengan ribuan atau bahkan ribuan. jutaan bom atom. Peristiwa ini agak mengingatkan pada ledakan lubang hitam, seperti bom yang sama. Menurut perhitungan, lubang hitam primordial bisa saja lahir sebagai akibat dari Big Bang, dan lubang hitam tersebut, yang massanya berada di urutan 10 12 kg, seharusnya telah menguap dan meledak di sekitar zaman kita. Bagaimanapun, ledakan seperti itu belum pernah dilihat oleh para astronom.

Meskipun mekanisme yang diusulkan Hawking untuk penghancuran lubang hitam, sifat-sifat radiasi Hawking menyebabkan paradoks dalam mekanika kuantum. Jika lubang hitam menyerap sebagian tubuh, dan kemudian kehilangan massa akibat penyerapan tubuh ini, maka terlepas dari sifat tubuh, lubang hitam tidak akan berbeda dari sebelum penyerapan tubuh. Dalam hal ini, informasi tentang tubuh hilang selamanya. Dari sudut pandang perhitungan teoretis, transformasi keadaan murni awal menjadi keadaan campuran ("termal") yang dihasilkan tidak sesuai dengan teori mekanika kuantum saat ini. Paradoks ini kadang-kadang disebut hilangnya informasi dalam lubang hitam. Solusi nyata untuk paradoks ini belum pernah ditemukan. Opsi yang diketahui untuk memecahkan paradoks:

• Inkonsistensi teori Hawking. Ini berarti ketidakmungkinan menghancurkan lubang hitam dan pertumbuhannya yang konstan.
• Kehadiran lubang putih. Dalam hal ini, informasi yang diserap tidak hilang, tetapi dibuang begitu saja ke Semesta lain.
• Inkonsistensi dari teori mekanika kuantum yang diterima secara umum.

Masalah fisika lubang hitam yang belum terpecahkan

Dilihat dari semua yang telah dijelaskan sebelumnya, lubang hitam, meskipun telah dipelajari untuk waktu yang relatif lama, masih memiliki banyak fitur, yang mekanismenya masih belum diketahui oleh para ilmuwan.

• Pada tahun 1970, seorang ilmuwan Inggris merumuskan apa yang disebut. "prinsip sensor kosmik" - "Alam membenci singularitas yang telanjang." Artinya, singularitas hanya terbentuk di tempat-tempat yang tersembunyi dari pandangan, seperti pusat lubang hitam. Namun, prinsip ini belum terbukti. Ada juga perhitungan teoretis yang dengannya singularitas "telanjang" dapat terjadi.
• “Teorema tanpa rambut”, yang menurutnya lubang hitam hanya memiliki tiga parameter, juga belum terbukti.
• Teori lengkap magnetosfer lubang hitam belum dikembangkan.
• Sifat dan fisika dari singularitas gravitasi belum dipelajari.
• Tidak diketahui secara pasti apa yang terjadi pada tahap akhir keberadaan lubang hitam, dan apa yang tersisa setelah peluruhan kuantumnya.

Fakta menarik tentang lubang hitam

Menyimpulkan hal di atas, kita dapat menyoroti beberapa fitur menarik dan tidak biasa dari sifat lubang hitam:

• Lubang hitam hanya memiliki tiga parameter: massa, muatan listrik, dan momentum sudut. Sebagai akibat dari sejumlah kecil karakteristik benda ini, teorema yang menyatakan hal ini disebut "teorema tanpa rambut". Dari sinilah ungkapan “lubang hitam tidak memiliki rambut” berasal, yang berarti bahwa dua lubang hitam benar-benar identik, tiga parameter yang disebutkan adalah sama.
• Kepadatan lubang hitam bisa lebih kecil dari kerapatan udara, dan suhunya mendekati nol mutlak. Dari sini kita dapat berasumsi bahwa pembentukan lubang hitam terjadi bukan karena kompresi materi, tetapi sebagai akibat dari akumulasi sejumlah besar materi dalam volume tertentu.
• Waktu untuk benda-benda yang diserap oleh lubang hitam berjalan jauh lebih lambat daripada untuk pengamat eksternal. Selain itu, tubuh yang diserap secara signifikan diregangkan di dalam lubang hitam, yang oleh para ilmuwan disebut spaghettification.
• Mungkin ada sekitar satu juta lubang hitam di galaksi kita.
• Mungkin ada lubang hitam supermasif di pusat setiap galaksi.
• Di masa depan, menurut model teoretis, Semesta akan mencapai apa yang disebut era lubang hitam, ketika lubang hitam akan menjadi benda dominan di Semesta.

Konsep lubang hitam diketahui semua orang - dari anak sekolah hingga orang tua, digunakan dalam literatur sains dan fiksi, di media kuning dan di konferensi ilmiah. Tapi tidak semua orang tahu apa sebenarnya lubang ini.

Dari sejarah lubang hitam

1783 Hipotesis pertama tentang keberadaan fenomena seperti lubang hitam diajukan pada tahun 1783 oleh ilmuwan Inggris John Michell. Dalam teorinya, ia menggabungkan dua kreasi Newton - optik dan mekanika. Ide Michell adalah ini: jika cahaya adalah aliran partikel kecil, maka, seperti semua benda lain, partikel harus mengalami gaya tarik medan gravitasi. Ternyata semakin masif bintang, semakin sulit bagi cahaya untuk menolak daya tariknya. 13 tahun setelah Michell, astronom dan matematikawan Prancis Laplace mengajukan (kemungkinan besar secara independen dari rekan Inggrisnya) teori serupa.

1915 Namun, semua karya mereka tetap tidak diklaim hingga awal abad ke-20. Pada tahun 1915, Albert Einstein menerbitkan Teori Relativitas Umum dan menunjukkan bahwa gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh materi, dan beberapa bulan kemudian, astronom dan fisikawan teoretis Jerman Karl Schwarzschild menggunakannya untuk memecahkan masalah astronomi tertentu. Dia menjelajahi struktur ruang-waktu melengkung di sekitar Matahari dan menemukan kembali fenomena lubang hitam.

(John Wheeler menciptakan istilah "lubang hitam")

1967 Fisikawan Amerika John Wheeler menguraikan ruang yang dapat diremas, seperti selembar kertas, menjadi titik yang sangat kecil dan disebut sebagai "Lubang Hitam".

1974 Fisikawan Inggris Stephen Hawking membuktikan bahwa lubang hitam, meskipun menelan materi tanpa kembali, dapat memancarkan radiasi dan akhirnya menguap. Fenomena ini disebut "Radiasi Hawking".

Dewasa ini. Penelitian terbaru tentang pulsar dan quasar, serta penemuan radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik, akhirnya memungkinkan untuk menggambarkan konsep lubang hitam itu sendiri. Pada tahun 2013, awan gas G2 datang sangat dekat dengan Lubang Hitam dan kemungkinan besar akan diserap olehnya, mengamati proses yang unik akan memberikan peluang besar untuk penemuan baru fitur lubang hitam.

Apa sebenarnya lubang hitam itu?

Penjelasan singkat tentang fenomena tersebut terdengar seperti ini. Lubang hitam adalah wilayah ruang-waktu yang daya tarik gravitasinya begitu kuat sehingga tidak ada objek, termasuk kuanta cahaya, yang dapat meninggalkannya.

Sebuah lubang hitam pernah menjadi bintang masif. Selama reaksi termonuklir mempertahankan tekanan tinggi di perutnya, semuanya tetap normal. Namun seiring waktu, pasokan energi habis dan benda angkasa, di bawah pengaruh gravitasinya sendiri, mulai menyusut. Tahap terakhir dari proses ini adalah runtuhnya inti bintang dan pembentukan lubang hitam.

• 1. Pengeluaran jet lubang hitam dengan kecepatan tinggi


• 2. Disk materi tumbuh menjadi lubang hitam


• 3. Lubang hitam


• 4. Skema terperinci dari wilayah lubang hitam


• 5. Ukuran pengamatan baru yang ditemukan

Teori yang paling umum mengatakan bahwa ada fenomena serupa di setiap galaksi, termasuk di pusat Bima Sakti kita. Gravitasi lubang yang besar mampu menahan beberapa galaksi di sekitarnya, mencegah mereka menjauh satu sama lain. "Cakupan wilayah" bisa berbeda, itu semua tergantung pada massa bintang yang telah berubah menjadi lubang hitam, dan bisa ribuan tahun cahaya.

radius Schwarzschild

Sifat utama lubang hitam adalah bahwa materi apa pun yang masuk ke dalamnya tidak akan pernah bisa kembali. Hal yang sama berlaku untuk cahaya. Pada intinya, lubang adalah benda yang sepenuhnya menyerap semua cahaya yang jatuh padanya dan tidak memancarkannya sendiri. Benda-benda seperti itu secara visual dapat muncul sebagai gumpalan kegelapan mutlak.

• 1. Memindahkan materi dengan setengah kecepatan cahaya


• 2. Cincin foton


• 3. Cincin foton bagian dalam


• 4. Cakrawala peristiwa di lubang hitam

Berdasarkan Teori Relativitas Umum Einstein, jika sebuah benda mendekati jarak kritis dari pusat lubang, ia tidak dapat kembali lagi. Jarak ini disebut radius Schwarzschild. Apa yang sebenarnya terjadi dalam radius ini tidak diketahui secara pasti, tetapi ada teori yang paling umum. Dipercayai bahwa semua materi lubang hitam terkonsentrasi di titik yang sangat kecil, dan di pusatnya ada objek dengan kepadatan tak terbatas, yang oleh para ilmuwan disebut gangguan tunggal.

Bagaimana itu jatuh ke dalam lubang hitam

(Dalam gambar, lubang hitam Sagitarius A * terlihat seperti sekelompok cahaya yang sangat terang)

Belum lama ini, pada tahun 2011, para ilmuwan menemukan awan gas, memberinya nama sederhana G2, yang memancarkan cahaya yang tidak biasa. Cahaya seperti itu dapat memberikan gesekan pada gas dan debu, yang disebabkan oleh aksi lubang hitam Sagitarius A * dan yang berputar di sekitarnya dalam bentuk piringan akresi. Dengan demikian, kita menjadi pengamat fenomena menakjubkan penyerapan awan gas oleh lubang hitam supermasif.

Menurut penelitian terbaru, pendekatan terdekat ke lubang hitam akan terjadi pada Maret 2014. Kita dapat membuat ulang gambaran bagaimana tontonan yang menarik ini akan dimainkan.

• 1. Saat pertama kali muncul dalam data, awan gas menyerupai bola gas dan debu yang sangat besar.


• 2. Sekarang, per Juni 2013, awan itu berjarak puluhan miliar kilometer dari lubang hitam. Itu jatuh ke dalamnya dengan kecepatan 2500 km / s.


• 3. Awan diperkirakan akan melewati lubang hitam, tetapi gaya pasang surut yang disebabkan oleh perbedaan gaya tarik yang bekerja pada tepi depan dan belakang awan akan menyebabkannya menjadi semakin memanjang.


• 4. Setelah awan pecah, sebagian besar kemungkinan besar akan bergabung dengan cakram akresi di sekitar Sagitarius A*, menghasilkan gelombang kejut di dalamnya. Suhu akan naik hingga beberapa juta derajat.


• 5. Sebagian awan akan jatuh langsung ke lubang hitam. Tidak ada yang tahu persis apa yang akan terjadi pada zat ini, tetapi diperkirakan bahwa dalam proses jatuh itu akan memancarkan aliran sinar-X yang kuat, dan tidak ada orang lain yang akan melihatnya.

Video: lubang hitam menelan awan gas

(Simulasi komputer tentang seberapa banyak awan gas G2 akan dihancurkan dan dikonsumsi oleh lubang hitam Sagitarius A*)

Apa yang ada di dalam lubang hitam?

Ada teori yang mengklaim bahwa lubang hitam di dalamnya praktis kosong, dan semua massanya terkonsentrasi di titik yang sangat kecil yang terletak di pusatnya - singularitas.

Menurut teori lain yang telah ada selama setengah abad, segala sesuatu yang jatuh ke dalam lubang hitam akan masuk ke alam semesta lain yang terletak di dalam lubang hitam itu sendiri. Sekarang teori ini bukan yang utama.

Dan ada teori ketiga, paling modern dan ulet, yang menurutnya segala sesuatu yang jatuh ke dalam lubang hitam larut dalam getaran string di permukaannya, yang ditetapkan sebagai cakrawala peristiwa.

Jadi apa itu cakrawala peristiwa? Mustahil untuk melihat ke dalam lubang hitam bahkan dengan teleskop yang sangat kuat, karena bahkan cahaya, yang masuk ke dalam corong kosmik raksasa, tidak memiliki kesempatan untuk muncul kembali. Segala sesuatu yang entah bagaimana dapat dipertimbangkan ada di sekitarnya.

Cakrawala peristiwa adalah garis permukaan bersyarat, dari mana tidak ada sesuatu (baik gas, debu, bintang, maupun cahaya) yang dapat lolos. Dan ini adalah titik tidak bisa kembali yang sangat misterius di lubang hitam Semesta.

Lubang hitam adalah salah satu objek paling menakjubkan dan sekaligus menakutkan di alam semesta kita. Mereka muncul pada saat bintang-bintang dengan massa besar kehabisan bahan bakar nuklir. Reaksi nuklir berhenti dan bintang-bintang mulai mendingin. Tubuh bintang menyusut di bawah pengaruh gravitasi dan secara bertahap mulai menarik objek yang lebih kecil ke arahnya, berubah menjadi lubang hitam.

Studi pertama

Tokoh-tokoh ilmu pengetahuan mulai mempelajari lubang hitam belum lama ini, terlepas dari kenyataan bahwa konsep dasar keberadaan mereka dikembangkan pada abad terakhir. Konsep "lubang hitam" sendiri diperkenalkan pada tahun 1967 oleh J. Wheeler, meskipun kesimpulan bahwa objek-objek ini pasti muncul selama runtuhnya bintang-bintang masif dibuat kembali pada tahun 30-an abad terakhir. Segala sesuatu di dalam lubang hitam - asteroid, cahaya, komet yang diserap olehnya - pernah mendekati terlalu dekat dengan batas objek misterius ini dan gagal meninggalkannya.

Perbatasan lubang hitam

Batas pertama lubang hitam disebut batas statis. Ini adalah batas wilayah, tempat benda asing tidak bisa lagi diam dan mulai berputar relatif terhadap lubang hitam agar tidak jatuh ke dalamnya. Batas kedua disebut cakrawala peristiwa. Segala sesuatu di dalam lubang hitam pernah melewati batas luarnya dan bergerak menuju titik singularitas. Menurut para ilmuwan, di sini zat mengalir ke titik pusat ini, yang kerapatannya cenderung ke nilai tak terhingga. Orang tidak dapat mengetahui hukum fisika apa yang bekerja di dalam benda dengan kepadatan seperti itu, dan oleh karena itu tidak mungkin untuk menggambarkan karakteristik tempat ini. Dalam arti harfiah kata, itu adalah "lubang hitam" (atau, mungkin, "celah") dalam pengetahuan umat manusia tentang dunia sekitar.

Struktur lubang hitam

Cakrawala peristiwa adalah batas lubang hitam yang tidak dapat ditembus. Di dalam perbatasan ini ada zona yang bahkan objek yang kecepatan geraknya sama dengan kecepatan cahaya tidak bisa pergi. Bahkan kuanta cahaya itu sendiri tidak dapat meninggalkan cakrawala peristiwa. Berada pada titik ini, tidak ada objek yang bisa lepas dari lubang hitam. Menurut definisi, kita tidak dapat mengetahui apa yang ada di dalam lubang hitam - lagi pula, di kedalamannya ada apa yang disebut titik singularitas, yang terbentuk karena kompresi akhir materi. Begitu sebuah objek memasuki cakrawala peristiwa, sejak saat itu objek tersebut tidak akan pernah bisa keluar lagi dan menjadi terlihat oleh pengamat. Di sisi lain, mereka yang berada di dalam lubang hitam tidak dapat melihat apa pun yang terjadi di luar.

Ukuran cakrawala peristiwa yang mengelilingi objek kosmik misterius ini selalu berbanding lurus dengan massa lubang itu sendiri. Jika massanya digandakan, maka batas luarnya juga akan menjadi dua kali lebih besar. Jika para ilmuwan dapat menemukan cara untuk mengubah Bumi menjadi lubang hitam, cakrawala peristiwa hanya akan selebar 2 cm.

kategori utama

Sebagai aturan, massa lubang hitam rata-rata kira-kira sama dengan tiga massa matahari atau lebih. Dari dua jenis lubang hitam, yang bintang dan supermasif dibedakan. Massa mereka melebihi massa Matahari beberapa ratus ribu kali lipat. Bintang-bintang terbentuk setelah kematian benda-benda langit yang besar. Lubang hitam bermassa biasa muncul setelah selesainya siklus hidup bintang besar. Kedua jenis lubang hitam, meskipun asalnya berbeda, memiliki sifat yang serupa. Lubang hitam supermasif terletak di pusat galaksi. Para ilmuwan menyarankan bahwa mereka terbentuk selama pembentukan galaksi karena penggabungan bintang-bintang yang berdekatan. Namun, ini hanya tebakan, tidak dikonfirmasi oleh fakta.

Apa yang ada di dalam lubang hitam: dugaan

Beberapa ahli matematika percaya bahwa di dalam objek misterius Semesta ini ada apa yang disebut lubang cacing - transisi ke Semesta lain. Dengan kata lain, terowongan ruang-waktu terletak di titik singularitas. Konsep ini telah melayani banyak penulis dan sutradara. Namun, sebagian besar astronom percaya bahwa tidak ada terowongan di antara alam semesta. Namun, bahkan jika itu benar-benar ada, tidak ada cara bagi seseorang untuk mengetahui apa yang ada di dalam lubang hitam.

Ada konsep lain, yang menurutnya ada lubang putih di ujung terowongan seperti itu, dari mana sejumlah besar energi datang dari Semesta kita ke dunia lain melalui lubang hitam. Namun, pada tahap ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi tentang wisata semacam ini tidak diragukan lagi.

Kaitannya dengan teori relativitas

Lubang hitam adalah salah satu prediksi A. Einstein yang paling menakjubkan. Diketahui bahwa gaya gravitasi yang dibuat di permukaan planet mana pun berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jarinya dan berbanding lurus dengan massanya. Untuk benda angkasa ini, Anda dapat menentukan konsep kecepatan kosmik kedua, yang diperlukan untuk mengatasi gaya gravitasi ini. Untuk Bumi itu sama dengan 11 km/detik. Jika massa benda angkasa meningkat, dan diameternya, sebaliknya, berkurang, maka kecepatan kosmik kedua pada akhirnya dapat melebihi kecepatan cahaya. Dan karena, menurut teori relativitas, tidak ada benda yang dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya, maka terbentuklah sebuah benda yang tidak memungkinkan apapun untuk keluar dari batasnya.

Pada tahun 1963, para ilmuwan menemukan quasar - benda luar angkasa yang merupakan sumber emisi radio raksasa. Mereka terletak sangat jauh dari galaksi kita - keterpencilan mereka adalah miliaran tahun cahaya dari Bumi. Untuk menjelaskan aktivitas quasar yang sangat tinggi, para ilmuwan telah memperkenalkan hipotesis bahwa lubang hitam terletak di dalamnya. Pandangan ini sekarang diterima secara umum di kalangan ilmiah. Studi yang telah dilakukan selama 50 tahun terakhir tidak hanya mengkonfirmasi hipotesis ini, tetapi juga membawa para ilmuwan pada kesimpulan bahwa ada lubang hitam di pusat setiap galaksi. Ada juga objek seperti itu di pusat galaksi kita, massanya 4 juta massa matahari. Lubang hitam ini disebut Sagitarius A, dan karena paling dekat dengan kita, itu adalah yang paling banyak dipelajari oleh para astronom.

Radiasi Hawking

Jenis radiasi ini, yang ditemukan oleh fisikawan terkenal Stephen Hawking, sangat memperumit kehidupan para ilmuwan modern - karena penemuan ini, banyak kesulitan muncul dalam teori lubang hitam. Dalam fisika klasik ada konsep vakum. Kata ini menunjukkan kekosongan total dan ketiadaan materi. Namun, dengan perkembangan fisika kuantum, konsep vakum telah dimodifikasi. Para ilmuwan telah menemukan bahwa itu dipenuhi dengan apa yang disebut partikel virtual - di bawah pengaruh medan yang kuat, mereka dapat berubah menjadi yang nyata. Pada tahun 1974, Hawking menemukan bahwa transformasi semacam itu dapat terjadi di medan gravitasi kuat lubang hitam - di dekat batas luarnya, cakrawala peristiwa. Kelahiran seperti itu berpasangan - sebuah partikel dan antipartikel muncul. Sebagai aturan, antipartikel ditakdirkan untuk jatuh ke dalam lubang hitam, dan partikel itu terbang menjauh. Akibatnya, para ilmuwan mengamati beberapa radiasi di sekitar benda-benda luar angkasa ini. Ini disebut radiasi Hawking.

Selama radiasi ini, materi di dalam lubang hitam perlahan-lahan menguap. Lubang kehilangan massa, sedangkan intensitas radiasi berbanding terbalik dengan kuadrat massanya. Intensitas radiasi Hawking dapat diabaikan menurut standar kosmik. Jika kita berasumsi bahwa ada sebuah lubang dengan massa 10 matahari, dan baik cahaya maupun benda material tidak jatuh di atasnya, maka bahkan dalam kasus ini waktu peluruhannya akan sangat lama. Kehidupan lubang seperti itu akan melebihi seluruh masa hidup Alam Semesta kita sebanyak 65 kali lipat.

Pertanyaan tentang menyimpan informasi

Salah satu masalah utama yang muncul setelah penemuan radiasi Hawking adalah masalah hilangnya informasi. Ini terkait dengan pertanyaan yang sekilas tampak sangat sederhana: apa yang terjadi ketika lubang hitam menguap sepenuhnya? Kedua teori - baik fisika kuantum dan klasik - berhubungan dengan deskripsi keadaan sistem. Memiliki informasi tentang keadaan awal sistem, dengan bantuan teori dimungkinkan untuk menggambarkan bagaimana hal itu akan berubah.

Pada saat yang sama, dalam proses evolusi, informasi tentang keadaan awal tidak hilang - semacam hukum tentang konservasi informasi beroperasi. Tetapi jika lubang hitam menguap sepenuhnya, maka pengamat kehilangan informasi tentang bagian dunia fisik yang pernah jatuh ke dalam lubang itu. Stephen Hawking percaya bahwa informasi tentang keadaan awal sistem entah bagaimana dipulihkan setelah lubang hitam benar-benar menguap. Tetapi kesulitannya terletak pada kenyataan bahwa, menurut definisi, transmisi informasi dari lubang hitam tidak mungkin - tidak ada yang bisa meninggalkan cakrawala peristiwa.

Apa yang terjadi jika Anda jatuh ke dalam lubang hitam?

Diyakini bahwa jika dengan cara yang luar biasa seseorang dapat mencapai permukaan lubang hitam, maka lubang hitam itu akan segera mulai menyeretnya ke arahnya sendiri. Akhirnya, orang tersebut akan meregang sedemikian rupa sehingga mereka akan menjadi aliran partikel subatomik yang bergerak menuju titik singularitas. Tentu saja, mustahil untuk membuktikan hipotesis ini, karena para ilmuwan tidak mungkin pernah tahu apa yang terjadi di dalam lubang hitam. Sekarang beberapa fisikawan mengatakan bahwa jika seseorang jatuh ke dalam lubang hitam, maka dia akan memiliki kloning. Yang pertama dari versinya akan segera dihancurkan oleh aliran partikel panas radiasi Hawking, dan yang kedua akan melewati cakrawala peristiwa tanpa kemungkinan untuk kembali lagi.

Edisi 39

Dalam pelajaran video astronomi baru, profesor akan berbicara tentang bagaimana lubang hitam terbentuk dan mengapa mereka berbahaya.

Bagaimana lubang hitam terbentuk

Lubang hitam tidak bisa disentuh dan tidak bisa diinjak. Lubang hitam disebut area dalam ruang-waktu, yang membentuk daya tarik super kuat. Gravitasi membengkokkan ruang dan waktu, yang berarti tidak ada garis lurus di dalam lubang hitam, ruang kusut dan terjalin. Jika sebuah bintang terbentuk di sebelah lubang hitam, maka gaya gravitasi lubang hitam akan merobek bintang itu dan menghilang ke dalam perut lubang. Jika ada sesuatu yang jatuh ke dalam lubang hitam, ia akan tetap di sana selamanya. Untuk mengatasi daya tarik kuat lubang hitam, perlu untuk mengembangkan kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya, tetapi ini, sayangnya, tidak mungkin. Para ilmuwan tidak tahu persis bagaimana lubang hitam supermasif terbentuk, tetapi dengan lubang hitam biasa semuanya kurang lebih jelas. Dalam proses evolusi bintang, pembakaran hidrogen secara bertahap terjadi, masing-masing, jumlahnya berkurang, yang mengarah pada fakta bahwa gaya tekanan cahaya mulai melebihi gaya kompresi gravitasi. Ukuran bintang sangat meningkat dan berubah menjadi raksasa merah, yang kemudian meledak. Setelah ledakan, kompresi dimulai, kemudian bintang mendingin dan menjadi tidak terlihat secara langsung. Tetapi, jika massa sisa raksasa merah melebihi massa matahari sebanyak 2-2,5 kali, maka kompresinya tidak dapat berhenti, karena gaya gravitasi sepenuhnya menekan resistensi terhadap kompresi, akibatnya, sisa ini dikompresi menjadi padat. tubuh mungil, seolah tertutup dengan sendirinya. Dan pada saat keruntuhan gravitasi (kompresi) inilah lubang hitam terbentuk. Akibatnya, ternyata massa terkonsentrasi di area yang begitu kecil sehingga kecepatan cahaya pun tidak cukup untuk meninggalkan sekitarnya. Oleh karena itu bagian pertama dari namanya adalah hitam, karena mampu menyerap cahaya secara merata. Bagian kedua - sebuah lubang - berarti bahwa segala sesuatu yang jatuh ke dalam wilayah lubang hitam menjadi selamanya tidak dapat diakses untuk pengamatan.

« hitam lubang » Semesta.

"Lubang hitam"

Apa yang baru di luar angkasa? Lubang hitam? Tidak hanya astronom, tetapi juga mereka yang tertarik dengan kehidupan alam semesta, termasuk anak sekolah yang penasaran, tidak segan-segan untuk melihat ke dalamnya,” kata E. Levitan, Doktor Ilmu Pedagogis.

Dalam literatur ilmiah populer, dalam artikel tentang Semesta, orang sering menemukan istilah "lubang hitam". Ketika Anda membaca frasa ini untuk pertama kalinya, Anda segera memiliki gambaran, katakanlah, sebuah lubang di dinding. Penyebutan lubang di alam semesta, awalnya juga dikaitkan dengan lubang di langit. Jadi apa itu lubang hitam?

Lubang hitam - itu adalah objek kosmik dengan kepadatan luar biasa, dengan gravitasi absolut, sehingga setiap benda kosmik, dan bahkan ruang dan waktu itu sendiri, diserap olehnya, ini adalah semacam titik akhir dari segalanya.

"Lubang hitam" mereka sedikit seperti penyedot debu yang bekerja di luar angkasa, tetapi tidak seperti penyedot debu, lubang hitam tidak menyedot semua benda di zona pengaruhnya, tetapi, menggunakan gravitasinya, hanya menarik segala sesuatu di sekitarnya. Ini disebut efek vakum (kekurangan udara), yang dapat Anda amati di rumah di kamar Anda. Saat penyedot debu dihidupkan saat membersihkan ruangan, Anda dapat mengamati bagaimana remah-remah, kotoran, dan benda-benda kecil mulai bergerak menuju penyedot debu. Gaya hisap lubang hitam tidak sebesar penyedot debu, sehingga benda luar angkasa tidak tersedot ke dalamnya, tetapi hanya tertarik.

Apa yang dilakukan lubang hitam? Lubang hitam mengatur evolusi alam semesta. Mereka berada di tempat sentral, tetapi mereka tidak dapat dilihat, tanda-tandanya dapat dideteksi, meskipun lubang hitam memiliki sifat menghancurkan, mereka juga membantu membangun galaksi.

Bagaimana lubang hitam lahir? Ketika sebuah bintang besar kehabisan bahan bakar, ia tidak dapat lagi menopang beratnya. Tekanan dari lapisan besar hidrogen menyebabkan bintang menyusut semakin sedikit. Akhirnya, bintang akan menjadi lebih kecil dari atom. Bayangkan sejenak bahwa seluruh bintang dihancurkan menjadi satu titik, lebih kecil dari atom.

Bagaimana sesuatu bisa lebih kecil, tetapi mempertahankan jumlah massa yang sama? Sebenarnya, semuanya sangat sederhana. Ambil spons seukuran botol, kita bisa dengan mudah menghancurkannya di tangan kita. Tapi inilah poin yang menarik. Jika kita melakukan sesuatu yang lebih kecil dengan meremasnya, gravitasinya menjadi lebih kuat. Bayangkan jika kita memampatkan bintang menjadi seukuran atom, seberapa kuat gravitasinya? Gravitasi hitam Lubang itu begitu kuat sehingga menyerap segalanya, bahkan cahaya yang datang terlalu dekat. Benar sekali, bahkan cahaya pun tidak bisa lepas dari lubang hitam.

Struktur lubang hitam: Lubang hitam terdiri dari tiga bagian utama.) Lapisan luar lubang hitam disebut cakrawala peristiwa luar. Di dalam cakrawala peristiwa luar, Anda masih dapat menghindari gravitasi lubang hitam karena gravitasi tidak sekuat di sini. Lapisan tengah lubang hitam disebut inner event horizon. Pusat lubang hitam disebut Singularitas. Kata aneh ini berarti bintang yang hancur. Singularitas adalah tempat gravitasi lubang hitam paling kuat.

Apa yang terjadi jika Anda masuk ke dalamnya? Ini sangat menarik di sini. Bagi seorang pengamat dari Bumi, akan terlihat bagaimana orang yang terbang ke lubang hitam itu langsung jatuh ke dalamnya dan menghilang. Dan yang akan terbang ke atasnya akan perlahan mendekat, jam akan berjalan semakin lambat, semuanya akan melambat (ini terjadi karena lubang hitam membengkokkan (melanggar) ruang (dunia) di sekitarnya.

Apa pendapat para ilmuwan tentang lubang hitam? Beberapa ilmuwan percaya bahwa lubang hitam adalah pintu gerbang ke alam semesta paralel, yang mungkin saja terjadi.

Sekarang jelas bahwa lubang hitam adalah fenomena yang sepenuhnya misterius di Kosmos, yang hampir tidak diketahui oleh umat manusia. Karena itu, setiap informasi baru tentang mereka menjadi sensasi. Dan karena studi tentang lubang hitam hampir tidak mungkin dilakukan di luar angkasa, analoginya dan membuat model.

Analogi "lubang hitam" di Bumi .

- tubuh dengan proporsi yang sangat besar sehingga sulit bagi seseorang untuk menyadarinya. Tapi di Bumi, ternyata, ada analog "miniatur" ini . Dan analog ini baru-baru ini ditemukan di Samudra Atlantik Selatan.

Analog monster luar angkasa dibuat di laboratorium Cina - ia mampu menyedot cahaya.

"Lubang hitam" akan memungkinkan untuk menciptakan generasi baru baterai surya yang mampu menangkap energi bintang jauh lebih efisien daripada yang ada saat ini.

Model lubang hitam.

Menggabungkan pengetahuan fisikawan terkemuka dunia tentang lubang hitam dengan efek visual mutakhir, film Interstellar menunjukkan model lubang hitam paling akurat dalam sejarah fiksi ilmiah. Ilmuwan terkemuka dunia telah mengusulkan penggunaan sci-fi Hollywood film "Antar Bintang" sebagai alat bantu pengajaran untuk anak-anak di lubang hitam

Para ilmuwan melakukan eksperimen dengan mensimulasikan "di dalam kamar mandi" lubang hitam dengan cakrawala peristiwa mereka.

Riak di sungai berperilaku dalam banyak cara yang sama seperti gelombang cahaya dalam ruang-waktu. Di dekat batu, aliran menjadi tidak seragam, riak melengkung, dan panjang gelombang berubah. Hal yang sama terjadi dengan cahaya di medan gravitasi bintang dan planet. Dalam beberapa kasus, alirannya sangat cepat sehingga riak tidak dapat merambat melawan arus, seperti cahaya yang tidak dapat keluar dari lubang hitam.

Apa persamaan setetes air, lubang hitam, dan atom? Sekelompok ilmuwan Inggris yang dipimpin oleh Prof. berubah menjadi setetes air karena gaya tegangan permukaan yang menahannya tetap utuh dapat digunakan sebagai analogi gaya lain yang bekerja pada benda lain, dari atom hingga lubang hitam.

Model lain yang menarik dari "lubang hitam" telah dibuat di Planetarium Novosibirsk. Salah satu permainan yang menyenangkan untuk anak-anak. Sangat menarik untuk membandingkan seberapa cepat dan seberapa berat dan ringan bola ditarik ke dalam lubang. Berlangsung paling lama, tentu saja, berat.

Bagaimana cara menampilkan dan menampilkan "lubang hitam" secara visual?

Bagaimana seseorang dapat secara visual menunjukkan dan membayangkan sebuah “lubang hitam” sehingga lebih mudah bagi kita untuk memahami strukturnya.

Bayangkan sebuah lubang hitam sebagai air terjun, gravitasi sebagai sungai yang mengalir menuju air terjun, dan seberkas cahaya seperti kayak. Di atas air terjun, arusnya lemah, seseorang di dalam perahu dapat mendayung melawan arus dan keluar. Namun semakin mendekati air terjun, arusnya semakin kuat dan semakin sulit untuk keluar. Tepi air terjun adalah tepi lubang hitam. Terlepas dari semua kekuatan pria di perahu, dia jatuh. Hal yang sama berlaku di luar angkasa.

Untuk representasi visual dari "Lubang Hitam", mari kita ambil sepotong besar cling film, regangkan di tangan kita dan letakkan bola kecil di tengah sehingga membentuk defleksi karena beratnya. Mari kita taruh beberapa tetes air di atas lembaran dan lihat bagaimana mereka menggulung film sampai ke bola. Ini akan menunjukkan bagaimana gravitasi bekerja. Mari lepaskan bola dan sentuh film dengan jari Anda dan tentukan - semakin Anda menariknya (semakin berat benda), semakin kuat corong. Kemudian kami membuat lubang di tengah film, yang mewakili objek yang sangat, sangat berat. Tetesan air akan menyelinap melalui lubang ini. Ternyata lubang hitam adalah benda yang sangat berat sehingga membengkokkan ruang. Segala sesuatu yang masuk ke dalamnya (seperti tetes) tidak pernah kembali."