Recebeu esse nome devido ao fato de absorver a luz, mas não a reflete como outros objetos. De fato, existem muitos fatos sobre buracos negros, e hoje falaremos sobre alguns dos mais interessantes. Até recentemente, acreditava-se que buraco negro no espaço suga tudo o que está perto dele ou passa voando: o planeta é um lixo, mas recentemente os cientistas começaram a afirmar que depois de um tempo o conteúdo “cospe” de volta, apenas de uma forma completamente diferente. Se você estiver interessado buracos negros no espaço fatos interessantes falaremos sobre eles com mais detalhes hoje.

Existe uma ameaça para a Terra?

Existem dois buracos negros que podem representar uma ameaça real ao nosso planeta, mas eles estão, felizmente para nós, distantes a uma distância de cerca de 1600 anos-luz. Os cientistas conseguiram detectar esses objetos apenas porque estavam próximos do sistema solar e dispositivos especiais que capturam raios-x foram capazes de vê-los. Há uma suposição de que a enorme força da gravidade pode afetar os buracos negros de tal maneira que eles se fundem em um.

É improvável que algum de seus contemporâneos consiga captar o momento em que esses objetos misteriosos desaparecem. Tão lentamente é o processo de morte dos buracos.

Um buraco negro é uma estrela no passado

Como os buracos negros se formam no espaço?? As estrelas têm um suprimento impressionante de combustível de fusão, e é por isso que brilham tão intensamente. Mas todos os recursos se esgotam e a estrela esfria, perdendo gradualmente seu brilho e se transformando em uma anã negra. Sabe-se que ocorre um processo de compressão em uma estrela resfriada, como resultado, ela explode e suas partículas se espalham por grandes distâncias no espaço, atraindo objetos vizinhos, aumentando assim o tamanho do buraco negro.

O mais interessante sobre buracos negros no espaço ainda temos que estudar, mas surpreendentemente, sua densidade, apesar de seu tamanho impressionante, pode ser igual à densidade do ar. Isso sugere que mesmo os maiores objetos no espaço podem ter o mesmo peso que o ar, ou seja, ser incrivelmente leves. Aqui Como os buracos negros aparecem no espaço?.

O tempo no próprio buraco negro e próximo a ele flui muito lentamente, então objetos voando nas proximidades diminuem seu movimento. A razão de tudo é a enorme força da gravidade, fato ainda mais surpreendente, todos os processos que ocorrem no próprio buraco têm uma velocidade incrível. Suponha que se observarmos como é um buraco negro no espaço, estando fora dos limites da massa que tudo consome, parece que tudo fica parado. No entanto, assim que o objeto entrasse, seria dilacerado em um instante. Hoje somos mostrados Como é um buraco negro no espaço? modelado por programas especiais.

Definição de um buraco negro?

Agora sabemos De onde vêm os buracos negros no espaço?. Mas o que mais eles têm de especial? Dizer que um buraco negro é um planeta ou uma estrela é impossível a priori, porque esse corpo não é gasoso nem sólido. Este é um objeto que pode distorcer não apenas a largura, o comprimento e a altura, mas também a linha do tempo. O que está desafiando completamente as leis físicas. Os cientistas argumentam que o tempo na região do horizonte de uma unidade espacial pode avançar e retroceder. O que há em um buraco negro no espaçoé impossível imaginar, os quanta de luz que ali caem são multiplicados várias vezes pela massa da singularidade, esse processo aumenta o poder da força gravitacional. Portanto, se você levar uma lanterna com você e for a um buraco negro, ela não brilhará. A singularidade é o ponto em que tudo tende ao infinito.

A estrutura de um buraco negro é uma singularidade e um horizonte de eventos. Dentro da singularidade, as teorias físicas perdem completamente seu significado, por isso ainda permanece um mistério para os cientistas. Atravessando a fronteira (horizonte de eventos), o objeto físico perde a capacidade de retornar. Sabemos longe de tudo sobre buracos negros no espaço, mas o interesse por eles não desaparece.

O Universo sem limites está cheio de segredos, enigmas e paradoxos. Apesar do fato de que a ciência moderna deu um grande salto na exploração espacial, muito neste vasto mundo permanece incompreensível para a visão de mundo humana. Sabemos muito sobre estrelas, nebulosas, aglomerados e planetas. No entanto, na vastidão do Universo existem tais objetos, cuja existência só podemos adivinhar. Por exemplo, sabemos muito pouco sobre buracos negros. Informações básicas e conhecimento sobre a natureza dos buracos negros são baseados em suposições e conjecturas. Astrofísicos e cientistas atômicos têm lutado com essa questão por mais de uma dúzia de anos. O que é um buraco negro no espaço? Qual é a natureza de tais objetos?

Falando sobre buracos negros em termos simples

Para imaginar como é um buraco negro, basta ver a cauda de um trem saindo do túnel. As luzes de sinalização no último vagão à medida que o trem se aprofunda no túnel diminuirão de tamanho até desaparecerem completamente de vista. Em outras palavras, são objetos onde, devido à atração monstruosa, até a luz desaparece. Partículas elementares, elétrons, prótons e fótons não são capazes de superar a barreira invisível, eles caem no abismo negro do nada, portanto, esse buraco no espaço foi chamado de preto. Não há o menor ponto brilhante dentro dele, escuridão sólida e infinito. O que está do outro lado de um buraco negro é desconhecido.

Este aspirador espacial tem uma força de atração colossal e é capaz de absorver uma galáxia inteira com todos os aglomerados e superaglomerados de estrelas, com nebulosas e matéria escura para arrancar. Como isso é possível? Resta apenas adivinhar. As leis da física conhecidas por nós neste caso estão rachando nas costuras e não fornecem uma explicação para os processos em andamento. A essência do paradoxo está no fato de que em uma determinada seção do Universo, a interação gravitacional dos corpos é determinada por sua massa. O processo de absorção de um objeto por outro não é afetado por sua composição qualitativa e quantitativa. As partículas, tendo atingido uma quantidade crítica em uma determinada área, entram em outro nível de interação, onde as forças gravitacionais se tornam forças de atração. O corpo, objeto, substância ou matéria sob a influência da gravidade começa a encolher, atingindo uma densidade colossal.

Aproximadamente tais processos ocorrem durante a formação de uma estrela de nêutrons, onde a matéria estelar é comprimida em volume sob a influência da gravidade interna. Elétrons livres se combinam com prótons para formar partículas eletricamente neutras chamadas nêutrons. A densidade desta substância é enorme. Uma partícula de matéria do tamanho de um pedaço de açúcar refinado pesa bilhões de toneladas. Aqui seria apropriado relembrar a teoria geral da relatividade, onde espaço e tempo são quantidades contínuas. Portanto, o processo de compactação não pode ser interrompido no meio do caminho e, portanto, não tem limite.

Potencialmente, um buraco negro se parece com um buraco no qual pode haver uma transição de uma parte do espaço para outra. Ao mesmo tempo, as propriedades do espaço e do próprio tempo mudam, transformando-se em um funil espaço-tempo. Chegando ao fundo desse funil, qualquer matéria decai em quanta. O que está do outro lado do buraco negro, esse buraco gigante? Talvez haja outro espaço onde outras leis operem e o tempo flua na direção oposta.

No contexto da teoria da relatividade, a teoria de um buraco negro é a seguinte. O ponto no espaço, onde as forças gravitacionais comprimiram qualquer matéria a dimensões microscópicas, tem uma colossal força de atração, cuja magnitude aumenta ao infinito. Uma ruga de tempo aparece e o espaço é curvo, fechando-se em um ponto. Objetos engolidos pelo buraco negro são incapazes de resistir à força de retração desse monstruoso aspirador de pó por conta própria. Mesmo a velocidade da luz possuída pelos quanta não permite que as partículas elementares superem a força de atração. Qualquer corpo que chegue a tal ponto deixa de ser um objeto material, fundindo-se com a bolha do espaço-tempo.

Buracos negros em termos de ciência

Se você se perguntar, como os buracos negros se formam? Não haverá uma resposta única. Existem muitos paradoxos e contradições no Universo que não podem ser explicados do ponto de vista da ciência. A teoria da relatividade de Einstein permite apenas uma explicação teórica da natureza de tais objetos, mas a mecânica quântica e a física são omissas neste caso.

Tentando explicar os processos em andamento pelas leis da física, a imagem ficará assim. Um objeto formado como resultado da compressão gravitacional colossal de um corpo cósmico massivo ou supermassivo. Este processo tem um nome científico - colapso gravitacional. O termo "buraco negro" apareceu pela primeira vez na comunidade científica em 1968, quando o astrônomo e físico americano John Wheeler tentou explicar o estado de colapso estelar. De acordo com sua teoria, no lugar de uma estrela massiva que sofreu colapso gravitacional, aparece uma lacuna espacial e temporal, na qual atua uma compressão cada vez maior. Tudo o que a estrela consistia vai dentro dela mesma.

Tal explicação permite-nos concluir que a natureza dos buracos negros não está de forma alguma relacionada com os processos que ocorrem no Universo. Tudo o que acontece dentro deste objeto não afeta o espaço circundante de forma alguma com um "MAS". A força gravitacional de um buraco negro é tão forte que dobra o espaço, fazendo com que as galáxias girem em torno de buracos negros. Assim, a razão pela qual as galáxias assumem a forma de espirais torna-se clara. Quanto tempo levará para a enorme galáxia da Via Láctea desaparecer no abismo de um buraco negro supermassivo é desconhecido. Um fato curioso é que os buracos negros podem aparecer em qualquer ponto do espaço sideral, onde são criadas as condições ideais para isso. Essa ruga de tempo e espaço nivela as enormes velocidades com que as estrelas giram e se movem no espaço da galáxia. O tempo em um buraco negro flui em outra dimensão. Dentro desta região, nenhuma lei da gravidade pode ser interpretada do ponto de vista da física. Este estado é chamado de singularidade do buraco negro.

Os buracos negros não mostram nenhum sinal de identificação externa, sua existência pode ser julgada pelo comportamento de outros objetos espaciais que são afetados por campos gravitacionais. Todo o quadro da luta pela vida e pela morte se passa à beira de um buraco negro, que é coberto por uma membrana. Essa superfície imaginária do funil é chamada de "horizonte de eventos". Tudo o que vemos até este limite é tangível e material.

Cenários para a formação de buracos negros

Desenvolvendo a teoria de John Wheeler, podemos concluir que o mistério dos buracos negros não está em processo de sua formação. A formação de um buraco negro ocorre como resultado do colapso de uma estrela de nêutrons. Além disso, a massa de tal objeto deve exceder a massa do Sol em três ou mais vezes. A estrela de nêutrons encolhe até que sua própria luz não seja mais capaz de escapar das garras da gravidade. Há um limite para o tamanho que uma estrela pode encolher para dar origem a um buraco negro. Este raio é chamado de raio gravitacional. Estrelas massivas no estágio final de seu desenvolvimento devem ter um raio gravitacional de vários quilômetros.

Hoje, os cientistas obtiveram evidências circunstanciais da presença de buracos negros em uma dúzia de estrelas binárias de raios-x. Uma estrela de raios-X, pulsar ou rajada não tem uma superfície sólida. Além disso, sua massa é maior que a massa de três sóis. O estado atual do espaço sideral na constelação de Cygnus, a estrela de raios-X Cygnus X-1, permite rastrear a formação desses objetos curiosos.

Com base em pesquisas e suposições teóricas, existem quatro cenários para a formação de estrelas negras na ciência hoje:

• colapso gravitacional de uma estrela massiva no estágio final de sua evolução;
• colapso da região central da galáxia;
• a formação de buracos negros durante o Big Bang;
• a formação de buracos negros quânticos.

O primeiro cenário é o mais realista, mas o número de estrelas negras com as quais estamos familiarizados hoje excede o número de estrelas de nêutrons conhecidas. E a idade do Universo não é tão grande que um número tão grande de estrelas massivas possa passar por todo o processo de evolução.

O segundo cenário tem direito à vida, e há um exemplo vívido disso - o buraco negro supermassivo Sagitário A*, abrigado no centro de nossa galáxia. A massa deste objeto é de 3,7 massas solares. O mecanismo deste cenário é semelhante ao cenário de colapso gravitacional, com a única diferença de que não é a estrela que sofre o colapso, mas o gás interestelar. Sob a influência das forças gravitacionais, o gás é comprimido a uma massa e densidade críticas. Em um momento crítico, a matéria se divide em quanta, formando um buraco negro. No entanto, esta teoria é questionável, uma vez que os astrônomos da Universidade de Columbia identificaram recentemente satélites do buraco negro Sagitário A*. Eles acabaram sendo muitos pequenos buracos negros, que provavelmente se formaram de uma maneira diferente.

O terceiro cenário é mais teórico e está relacionado à existência da teoria do Big Bang. Na época da formação do Universo, parte da matéria e dos campos gravitacionais flutuavam. Em outras palavras, os processos seguiram um caminho diferente, não relacionado aos processos conhecidos da mecânica quântica e da física nuclear.

O último cenário é focado na física de uma explosão nuclear. Em aglomerados de matéria, no processo de reações nucleares, sob a influência de forças gravitacionais, ocorre uma explosão, no local em que um buraco negro é formado. A matéria explode para dentro, absorvendo todas as partículas.

Existência e evolução dos buracos negros

Tendo uma ideia aproximada da natureza de objetos espaciais tão estranhos, outra coisa é interessante. Quais são os verdadeiros tamanhos dos buracos negros, quão rápido eles crescem? As dimensões dos buracos negros são determinadas pelo seu raio gravitacional. Para buracos negros, o raio do buraco negro é determinado por sua massa e é chamado de raio de Schwarzschild. Por exemplo, se um objeto tem uma massa igual à massa do nosso planeta, então o raio de Schwarzschild neste caso é de 9 mm. Nossa luminária principal tem um raio de 3 km. A densidade média de um buraco negro formado no lugar de uma estrela com massa de 10⁸ massas solares será próxima da densidade da água. O raio de tal formação será de 300 milhões de quilômetros.

É provável que esses buracos negros gigantes estejam localizados no centro das galáxias. Até o momento, são conhecidas 50 galáxias, no centro das quais existem enormes poços de tempo e espaço. A massa de tais gigantes é bilhões da massa do Sol. Pode-se apenas imaginar a força de atração colossal e monstruosa que tal buraco possui.

Quanto aos pequenos buracos, são mini-objetos, cujo raio atinge valores desprezíveis, apenas 10¯¹² cm.A massa de tal migalha é de 10¹⁴g. Tais formações surgiram na época do Big Bang, mas com o tempo aumentaram de tamanho e hoje se exibem no espaço sideral como monstros. As condições em que ocorreu a formação de pequenos buracos negros, os cientistas hoje estão tentando recriar em condições terrestres. Para isso, são realizados experimentos em colisores de elétrons, por meio dos quais partículas elementares são aceleradas à velocidade da luz. Os primeiros experimentos possibilitaram a obtenção de plasma de quarks-glúons em condições de laboratório - matéria que existia no início da formação do Universo. Tais experimentos nos permitem esperar que um buraco negro na Terra seja uma questão de tempo. Outra coisa é se tal conquista da ciência humana se transformará em uma catástrofe para nós e para o nosso planeta. Ao criar artificialmente um buraco negro, podemos abrir a caixa de Pandora.

Observações recentes de outras galáxias permitiram aos cientistas descobrir buracos negros cujas dimensões excedem todas as expectativas e suposições concebíveis. A evolução que ocorre com tais objetos permite entender melhor porque a massa dos buracos negros cresce, qual é o seu real limite. Os cientistas chegaram à conclusão de que todos os buracos negros conhecidos cresceram até seu tamanho real dentro de 13 a 14 bilhões de anos. A diferença de tamanho é devido à densidade do espaço circundante. Se um buraco negro tem comida suficiente ao alcance das forças da gravidade, ele cresce aos trancos e barrancos, atingindo uma massa de centenas e milhares de massas solares. Daí o tamanho gigantesco de tais objetos localizados no centro das galáxias. Um enorme aglomerado de estrelas, enormes massas de gás interestelar são alimento abundante para o crescimento. Quando as galáxias se fundem, os buracos negros podem se fundir, formando um novo objeto supermassivo.

A julgar pela análise dos processos evolutivos, costuma-se distinguir duas classes de buracos negros:

• objetos com massa 10 vezes a massa solar;
• objetos massivos, cuja massa é de centenas de milhares, bilhões de massas solares.

Existem buracos negros com uma massa média intermediária igual a 100-10 mil massas solares, mas sua natureza ainda é desconhecida. Existe aproximadamente um desses objetos por galáxia. O estudo das estrelas de raios-X permitiu encontrar dois buracos negros médios a uma distância de 12 milhões de anos-luz na galáxia M82. A massa de um objeto varia na faixa de 200-800 massas solares. Outro objeto é muito maior e tem uma massa de 10 a 40 mil massas solares. O destino de tais objetos é interessante. Eles estão localizados perto de aglomerados de estrelas, sendo gradualmente atraídos para um buraco negro supermassivo localizado na parte central da galáxia.

Nosso planeta e buracos negros

Apesar da busca por pistas sobre a natureza dos buracos negros, o mundo científico está preocupado com o lugar e o papel de um buraco negro no destino da Via Láctea e, em particular, no destino do planeta Terra. A dobra de tempo e espaço que existe no centro da Via Láctea gradualmente engole todos os objetos existentes ao redor. Milhões de estrelas e trilhões de toneladas de gás interestelar já foram absorvidos pelo buraco negro. Com o tempo, a virada chegará aos braços de Cygnus e Sagitário, nos quais o sistema solar está localizado, tendo percorrido uma distância de 27 mil anos-luz.

O outro buraco negro supermassivo mais próximo está na parte central da galáxia de Andrômeda. Isso está a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de nós. Provavelmente, antes do momento em que nosso objeto Sagitário A * absorva sua própria galáxia, devemos esperar uma fusão de duas galáxias vizinhas. Assim, haverá uma fusão de dois buracos negros supermassivos em um, terrível e monstruoso em tamanho.

Uma questão completamente diferente são os pequenos buracos negros. Para absorver o planeta Terra, basta um buraco negro com um raio de alguns centímetros. O problema é que, por natureza, um buraco negro é um objeto completamente sem rosto. Nenhuma radiação ou radiação vem de seu útero, então é muito difícil notar um objeto tão misterioso. Apenas de uma curta distância se pode detectar a curvatura da luz de fundo, o que indica que há um buraco no espaço nesta região do Universo.

Até o momento, os cientistas determinaram que o buraco negro mais próximo da Terra é o V616 Monocerotis. O monstro está localizado a 3.000 anos-luz do nosso sistema. Em termos de tamanho, esta é uma grande formação, sua massa é de 9 a 13 massas solares. Outro objeto próximo que ameaça nosso mundo é o buraco negro Gygnus X-1. Com este monstro estamos separados por uma distância de 6000 anos-luz. Os buracos negros revelados em nossa vizinhança fazem parte de um sistema binário, ou seja, existem nas proximidades de uma estrela que alimenta um objeto insaciável.

Conclusão

A existência no espaço de objetos tão misteriosos e misteriosos como os buracos negros, é claro, nos faz ficar em guarda. No entanto, tudo o que acontece com os buracos negros acontece muito raramente, dada a idade do universo e as enormes distâncias. Por 4,5 bilhões de anos, o sistema solar esteve em repouso, existindo de acordo com as leis que conhecemos. Durante este tempo, nada do tipo, nem a distorção do espaço, nem a dobra do tempo, apareceu perto do sistema solar. Provavelmente, não há condições adequadas para isso. Essa parte da Via Láctea, na qual reside o sistema estelar do Sol, é uma seção calma e estável do espaço.

Os cientistas admitem a ideia de que o aparecimento de buracos negros não é acidental. Tais objetos desempenham o papel de ordenanças no Universo, destruindo o excesso de corpos cósmicos. Quanto ao destino dos próprios monstros, sua evolução ainda não foi totalmente estudada. Existe uma versão de que os buracos negros não são eternos e em um determinado estágio podem deixar de existir. Não é mais segredo para ninguém que tais objetos são as mais poderosas fontes de energia. Que tipo de energia é e como é medida é outra questão.

Através dos esforços de Stephen Hawking, a ciência foi apresentada com a teoria de que um buraco negro ainda irradia energia, perdendo sua massa. Em suas suposições, o cientista foi guiado pela teoria da relatividade, onde todos os processos estão interligados entre si. Nada simplesmente desaparece sem aparecer em outro lugar. Qualquer matéria pode ser transformada em outra substância, enquanto um tipo de energia vai para outro nível de energia. Este pode ser o caso dos buracos negros, que são um portal de transição de um estado para outro.

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Toda pessoa que se familiariza com a astronomia, mais cedo ou mais tarde, experimenta uma forte curiosidade sobre os objetos mais misteriosos do universo - os buracos negros. Estes são os verdadeiros mestres das trevas, capazes de "engolir" qualquer átomo que passe por perto e não deixar nem a luz escapar - sua atração é tão poderosa. Esses objetos representam um verdadeiro desafio para físicos e astrônomos. Os primeiros ainda não conseguem entender o que acontece com a matéria que caiu dentro do buraco negro, e os segundos, embora expliquem os fenômenos mais intensivos em energia do espaço pela existência de buracos negros, nunca tiveram a oportunidade de observar nenhum deles. diretamente. Vamos falar sobre esses objetos celestes mais interessantes, descobrir o que já foi descoberto e o que resta saber para levantar o véu do sigilo.

O que é um buraco negro?

O nome "buraco negro" (em inglês - buraco negro) foi proposto em 1967 pelo físico teórico americano John Archibald Wheeler (veja a foto à esquerda). Serviu para designar um corpo celeste, cuja atração é tão forte que nem mesmo a luz se solta. Portanto, é "preto" porque não emite luz.

observações indiretas

Esta é a razão de tanto mistério: como os buracos negros não brilham, não podemos vê-los diretamente e somos obrigados a procurá-los e estudá-los, usando apenas evidências indiretas de que sua existência deixa no espaço circundante. Em outras palavras, se um buraco negro engole uma estrela, não podemos ver o buraco negro, mas podemos observar os efeitos devastadores de seu poderoso campo gravitacional.

A intuição de Laplace

Apesar de a expressão "buraco negro" para se referir ao hipotético estágio final da evolução de uma estrela que entrou em colapso sob a influência da gravidade ter surgido há relativamente pouco tempo, surgiu a ideia da possibilidade da existência de tais corpos há mais de dois séculos. O inglês John Michell e o francês Pierre-Simon de Laplace formularam independentemente a hipótese da existência de "estrelas invisíveis"; enquanto eles se baseavam nas leis usuais da dinâmica e na lei da gravitação universal de Newton. Hoje, os buracos negros receberam sua descrição correta com base na teoria geral da relatividade de Einstein.

Em sua obra “Declaração do sistema do mundo” (1796), Laplace escreveu: “Uma estrela brilhante da mesma densidade que a Terra, com um diâmetro 250 vezes maior que o diâmetro do Sol, devido à sua atração gravitacional, não permitiria que os raios de luz chegassem até nós. Portanto, é possível que os corpos celestes maiores e mais brilhantes sejam invisíveis por esse motivo.

Gravidade Invencível

A ideia de Laplace foi baseada no conceito de velocidade de escape (segunda velocidade cósmica). Um buraco negro é um objeto tão denso que sua atração é capaz de reter até a luz, que desenvolve a maior velocidade da natureza (quase 300.000 km/s). Na prática, para escapar de um buraco negro, você precisa de uma velocidade maior que a velocidade da luz, mas isso é impossível!

Isso significa que uma estrela desse tipo seria invisível, pois nem mesmo a luz seria capaz de superar sua poderosa gravidade. Einstein explicou esse fato através do fenômeno da deflexão da luz sob a influência de um campo gravitacional. Na realidade, perto de um buraco negro, o espaço-tempo é tão curvo que os caminhos dos raios de luz também se fecham. Para transformar o Sol em um buraco negro, teremos que concentrar toda a sua massa em uma bola com raio de 3 km, e a Terra terá que se transformar em uma bola com raio de 9 mm!

Tipos de buracos negros

Cerca de dez anos atrás, as observações sugeriram a existência de dois tipos de buracos negros: estelares, cuja massa é comparável à massa do Sol ou ligeiramente superior a ela, e supermassivos, cuja massa é de várias centenas de milhares a muitos milhões de massas solares. No entanto, relativamente recentemente, imagens de raios-X de alta resolução e espectros obtidos de satélites artificiais como Chandra e XMM-Newton trouxeram à tona o terceiro tipo de buraco negro - com uma massa média superior à massa do Sol em milhares de vezes .

buracos negros estelares

Buracos negros estelares se tornaram conhecidos mais cedo do que outros. Eles se formam quando uma estrela de alta massa, no final de seu caminho evolutivo, fica sem combustível nuclear e colapsa em si mesma devido à sua própria gravidade. Uma explosão destruidora de estrelas (conhecida como “explosão de supernova”) tem consequências catastróficas: se o núcleo de uma estrela tiver mais de 10 vezes a massa do Sol, nenhuma força nuclear pode resistir ao colapso gravitacional que resultará no aparecimento de um buraco negro.

Buracos negros supermassivos

Buracos negros supermassivos, observados pela primeira vez nos núcleos de algumas galáxias ativas, têm uma origem diferente. Existem várias hipóteses sobre o seu nascimento: um buraco negro estelar que devora todas as estrelas que o rodeiam durante milhões de anos; um aglomerado mesclado de buracos negros; uma colossal nuvem de gás colapsando diretamente em um buraco negro. Esses buracos negros estão entre os objetos mais energéticos do espaço. Eles estão localizados nos centros de muitas galáxias, se não todas. Nossa galáxia também tem um buraco negro. Às vezes, devido à presença desse buraco negro, os núcleos dessas galáxias ficam muito brilhantes. Galáxias com buracos negros no centro, cercadas por uma grande quantidade de matéria em queda e, portanto, capazes de produzir uma enorme quantidade de energia, são chamadas de "ativas", e seus núcleos são chamados de "núcleos galácticos ativos" (AGN). Por exemplo, quasares (os objetos espaciais mais distantes de nós disponíveis para nossa observação) são galáxias ativas, nas quais vemos apenas um núcleo muito brilhante.

Médio e "mini"

Outro mistério permanece os buracos negros de massa média, que, de acordo com estudos recentes, podem estar no centro de alguns aglomerados globulares, como M13 e NCC 6388. Muitos astrônomos são céticos em relação a esses objetos, mas algumas pesquisas recentes sugerem a presença de buracos negros de tamanho médio, mesmo não muito longe do centro da nossa Galáxia. O físico inglês Stephen Hawking também apresentou uma suposição teórica sobre a existência do quarto tipo de buraco negro - um "mini-buraco" com uma massa de apenas um bilhão de toneladas (que é aproximadamente igual à massa de uma grande montanha). Estamos falando de objetos primários, ou seja, aqueles que surgiram nos primeiros momentos da vida do Universo, quando a pressão ainda era muito alta. No entanto, nenhum vestígio de sua existência ainda foi descoberto.

Como encontrar um buraco negro

Apenas alguns anos atrás, uma luz se acendeu sobre os buracos negros. Graças aos instrumentos e tecnologias em constante aperfeiçoamento (tanto terrestres quanto espaciais), esses objetos estão se tornando cada vez menos misteriosos; mais precisamente, o espaço que os cerca torna-se menos misterioso. De fato, como o próprio buraco negro é invisível, só podemos reconhecê-lo se estiver cercado por matéria suficiente (estrelas e gás quente) orbitando-o a uma pequena distância.

Observando sistemas duplos

Alguns buracos negros estelares foram descobertos observando o movimento orbital de uma estrela em torno de uma companheira binária invisível. Sistemas binários próximos (isto é, constituídos por duas estrelas muito próximas uma da outra), nos quais uma das companheiras é invisível, são um objeto de observação favorito dos astrofísicos em busca de buracos negros.

Um indício da presença de um buraco negro (ou estrela de nêutrons) é a forte emissão de raios X, causada por um mecanismo complexo, que pode ser esquematicamente descrito a seguir. Devido à sua poderosa gravidade, um buraco negro pode arrancar matéria de uma estrela companheira; esse gás é distribuído na forma de um disco achatado e cai em espiral no buraco negro. O atrito resultante de colisões de partículas de gás em queda aquece as camadas internas do disco a vários milhões de graus, o que causa uma poderosa emissão de raios-X.

Observações de raios-X

Observações em raios-X de objetos em nossa Galáxia e galáxias vizinhas que foram realizadas por várias décadas tornaram possível detectar fontes binárias compactas, cerca de uma dúzia das quais são sistemas contendo candidatos a buracos negros. O principal problema é determinar a massa de um corpo celeste invisível. O valor da massa (embora não muito preciso) pode ser encontrado estudando o movimento do companheiro ou, o que é muito mais difícil, medindo a intensidade de raios X da matéria incidente. Esta intensidade está ligada por uma equação com a massa do corpo em que esta substância cai.

Prêmio Nobel

Algo semelhante pode ser dito sobre os buracos negros supermassivos observados nos núcleos de muitas galáxias, cujas massas são estimadas medindo-se as velocidades orbitais do gás que cai no buraco negro. Neste caso, causado por um poderoso campo gravitacional de um objeto muito grande, um rápido aumento na velocidade das nuvens de gás que orbitam no centro das galáxias é revelado por observações na faixa de rádio, bem como em feixes ópticos. Observações na faixa de raios-X podem confirmar o aumento da liberação de energia causada pela queda da matéria no buraco negro. A pesquisa em raios X no início da década de 1960 foi iniciada pelo italiano Riccardo Giacconi, que trabalhava nos EUA. Ele recebeu o Prêmio Nobel em 2002 em reconhecimento às suas "contribuições inovadoras à astrofísica que levaram à descoberta de fontes de raios X no espaço".

Cygnus X-1: o primeiro candidato

Nossa galáxia não está imune à presença de objetos candidatos a buracos negros. Felizmente, nenhum desses objetos está perto o suficiente de nós para representar um perigo para a existência da Terra ou do sistema solar. Apesar do grande número de fontes compactas de raios-X notadas (e estes são os candidatos mais prováveis ​​para encontrar buracos negros lá), não temos certeza de que eles realmente contenham buracos negros. A única dessas fontes que não possui uma versão alternativa é o binário próximo Cygnus X-1, ou seja, a fonte de raios X mais brilhante da constelação de Cygnus.

estrelas massivas

Este sistema, com um período orbital de 5,6 dias, consiste em uma estrela azul muito brilhante de grande tamanho (seu diâmetro é 20 vezes o do Sol e sua massa é cerca de 30 vezes), facilmente distinguível mesmo em seu telescópio, e um segunda estrela invisível, a massa que é estimada em várias massas solares (até 10). Localizada a uma distância de 6500 anos-luz de nós, a segunda estrela seria perfeitamente visível se fosse uma estrela comum. Sua invisibilidade, os poderosos raios-X do sistema e, finalmente, sua estimativa de massa levam a maioria dos astrônomos a acreditar que esta é a primeira descoberta confirmada de um buraco negro estelar.

Dúvidas

No entanto, também há céticos. Entre eles está um dos maiores pesquisadores de buracos negros, o físico Stephen Hawking. Ele até fez uma aposta com seu colega americano Keel Thorne, um forte defensor da classificação do Cygnus X-1 como um buraco negro.

A disputa sobre a natureza do objeto Cygnus X-1 não é a única aposta de Hawking. Tendo dedicado várias décadas a estudos teóricos de buracos negros, ele se convenceu da falácia de suas ideias anteriores sobre esses objetos misteriosos. Em particular, Hawking assumiu que a matéria depois de cair em um buraco negro desaparece para sempre e, com ela, toda a sua bagagem informativa desaparece . Ele tinha tanta certeza disso que fez uma aposta nesse assunto em 1997 com seu colega americano John Preskill.

Admitindo um erro

Em 21 de julho de 2004, em seu discurso no Relativity Congress em Dublin, Hawking admitiu que Preskill estava certo. Os buracos negros não levam ao desaparecimento completo da matéria. Além disso, eles têm um certo tipo de "memória". Dentro deles podem ser armazenados vestígios do que eles absorveram. Assim, ao “evaporar” (ou seja, emitindo radiação lentamente devido ao efeito quântico), eles podem devolver essa informação ao nosso Universo.

Buracos negros na galáxia

Os astrônomos ainda têm muitas dúvidas sobre a presença de buracos negros estelares em nossa Galáxia (como o que pertence ao sistema binário Cygnus X-1); mas há muito menos dúvidas sobre buracos negros supermassivos.

No centro

Existe pelo menos um buraco negro supermassivo em nossa galáxia. Sua fonte, conhecida como Sagitário A*, está localizada precisamente no centro do plano da Via Láctea. Seu nome é explicado pelo fato de ser a fonte de rádio mais poderosa da constelação de Sagitário. É nessa direção que estão localizados os centros geométricos e físicos do nosso sistema galáctico. Localizado a uma distância de cerca de 26.000 anos-luz de nós, um buraco negro supermassivo associado à fonte de ondas de rádio, Sagitário A*, tem uma massa estimada em cerca de 4 milhões de massas solares, encerrado em um espaço cujo volume é comparável ao da Terra. volume do sistema solar. Sua relativa proximidade de nós (este buraco negro supermassivo é sem dúvida o mais próximo da Terra) fez com que o objeto ficasse sob escrutínio particularmente profundo pelo observatório espacial Chandra nos últimos anos. Descobriu-se, em particular, que também é uma poderosa fonte de raios X (mas não tão poderosa quanto as fontes em núcleos galácticos ativos). Sagitário A* pode ser o remanescente adormecido do que era o núcleo ativo da nossa galáxia milhões ou bilhões de anos atrás.

Segundo buraco negro?

No entanto, alguns astrônomos acreditam que há outra surpresa em nossa galáxia. Estamos falando de um segundo buraco negro de massa média, mantendo um aglomerado de estrelas jovens e não permitindo que elas caiam em um buraco negro supermassivo localizado no centro da própria Galáxia. Como pode ser que a uma distância de menos de um ano-luz dele possa haver um aglomerado estelar com uma idade que mal chegou a 10 milhões de anos, ou seja, pelos padrões astronômicos, muito jovem? De acordo com os pesquisadores, a resposta está no fato de que o aglomerado não nasceu ali (o ambiente ao redor do buraco negro central é muito hostil para a formação de estrelas), mas foi “atraído” para lá devido à existência de um segundo buraco negro em seu interior. ele, que tem uma massa de valores médios.

Em órbita

As estrelas individuais do aglomerado, atraídas pelo buraco negro supermassivo, começaram a se deslocar em direção ao centro galáctico. No entanto, em vez de serem dispersos no espaço, eles permanecem reunidos devido à atração de um segundo buraco negro localizado no centro do aglomerado. A massa desse buraco negro pode ser estimada a partir de sua capacidade de manter um aglomerado estelar inteiro "na coleira". Um buraco negro de tamanho médio parece girar em torno do buraco negro central em cerca de 100 anos. Isso significa que observações de longo prazo ao longo de muitos anos nos permitirão "ver" isso.

S. TRANKOVSKY

Entre os problemas mais importantes e interessantes da física e da astrofísica modernas, o acadêmico VL Ginzburg nomeou questões relacionadas a buracos negros (ver Ciência e Vida, Nos. 11, 12, 1999). A existência desses objetos estranhos foi prevista há mais de duzentos anos, as condições que levaram à sua formação foram calculadas com precisão no final dos anos 30 do século XX, e a astrofísica os enfrentou há menos de quarenta anos. Hoje, revistas científicas de todo o mundo publicam milhares de artigos sobre buracos negros todos os anos.

A formação de um buraco negro pode ocorrer de três maneiras.

É assim que é costume descrever os processos que ocorrem nas proximidades de um buraco negro em colapso. À medida que o tempo passa (Y), o espaço (X) ao seu redor (área sombreada) encolhe em direção à singularidade.

O campo gravitacional de um buraco negro introduz fortes distorções na geometria do espaço.

Um buraco negro, invisível através de um telescópio, revela-se apenas pela sua influência gravitacional.

No poderoso campo gravitacional de um buraco negro, nascem os pares partícula-antipartícula.

O nascimento de um par partícula-antipartícula em laboratório.

COMO APARECE

Um corpo celeste luminoso com densidade igual à da Terra e diâmetro duzentas e cinquenta vezes maior que o diâmetro do Sol, devido à força de sua atração, não permitirá que sua luz nos alcance. Assim, é possível que os maiores corpos luminosos do universo, justamente pelo seu tamanho, permaneçam invisíveis.
Pierre Simon Laplace.
Apresentação do sistema do mundo. 1796

Em 1783, o matemático inglês John Mitchell, e treze anos depois, independentemente dele, o astrônomo e matemático francês Pierre Simon Laplace realizou um estudo muito estranho. Eles consideraram as condições sob as quais a luz não seria capaz de deixar uma estrela.

A lógica dos cientistas era simples. Para qualquer objeto astronômico (planeta ou estrela), você pode calcular a chamada velocidade de escape, ou a segunda velocidade cósmica, que permite que qualquer corpo ou partícula o deixe para sempre. E na física da época, a teoria newtoniana reinava suprema, segundo a qual a luz é um fluxo de partículas (quase cento e cinquenta anos restavam antes da teoria das ondas eletromagnéticas e quanta). A velocidade de escape das partículas pode ser calculada com base na igualdade da energia potencial na superfície do planeta e a energia cinética do corpo "escapando" para uma distância infinitamente grande. Esta velocidade é determinada pela fórmula #1#

Onde Mé a massa do objeto espacial, Ré o seu raio, Gé a constante gravitacional.

A partir daqui, o raio de um corpo de uma dada massa é facilmente obtido (mais tarde chamado de "raio gravitacional r g "), na qual a velocidade de escape é igual à velocidade da luz:

Isso significa que uma estrela comprimida em uma esfera com raio r g< 2GM/c 2 parará de emitir - a luz não poderá sair. Um buraco negro aparecerá no universo.

É fácil calcular que o Sol (sua massa é de 2,1033 g) se transformará em um buraco negro se encolher para um raio de cerca de 3 quilômetros. A densidade de sua substância neste caso atingirá 10 16 g/cm 3 . O raio da Terra, comprimido ao estado de um buraco negro, diminuiria para cerca de um centímetro.

Parecia incrível que forças pudessem ser encontradas na natureza que pudessem comprimir uma estrela a um tamanho tão insignificante. Portanto, as conclusões do trabalho de Mitchell e Laplace por mais de cem anos foram consideradas algo como um paradoxo matemático que não tem significado físico.

Uma prova matemática rigorosa de que um objeto tão exótico no espaço é possível foi obtida apenas em 1916. O astrônomo alemão Karl Schwarzschild, tendo analisado as equações da teoria geral da relatividade de Albert Einstein, recebeu um resultado interessante. Tendo estudado o movimento de uma partícula no campo gravitacional de um corpo massivo, ele chegou à conclusão de que a equação perde seu significado físico (sua solução vai para o infinito) quando r= 0 e r = r g.

Os pontos em que as características do campo perdem seu significado são chamados de singulares, ou seja, especiais. A singularidade no ponto zero reflete um ponto, ou, o que dá no mesmo, uma estrutura de campo centralmente simétrica (afinal, qualquer corpo esférico - uma estrela ou um planeta - pode ser representado como um ponto material). E os pontos localizados em uma superfície esférica com um raio r g , formam a própria superfície da qual a velocidade de escape é igual à velocidade da luz. Na teoria geral da relatividade, é chamado de esfera singular de Schwarzschild ou horizonte de eventos (por que - ficará claro mais tarde).

Já no exemplo de objetos que nos são familiares - a Terra e o Sol - fica claro que os buracos negros são objetos muito estranhos. Mesmo os astrônomos que lidam com matéria em temperaturas, densidade e pressão extremas as consideram muito exóticas e, até recentemente, nem todos acreditavam em sua existência. No entanto, os primeiros indícios da possibilidade da formação de buracos negros já estavam contidos na teoria geral da relatividade de A. Einstein, criada em 1915. O astrônomo inglês Arthur Eddington, um dos primeiros intérpretes e divulgadores da teoria da relatividade, na década de 1930 derivou um sistema de equações descrevendo a estrutura interna das estrelas. Segue-se deles que a estrela está em equilíbrio sob a ação de forças gravitacionais de direção oposta e pressão interna criada pelo movimento de partículas de plasma quente dentro da luminária e pela pressão da radiação gerada em suas profundezas. E isso significa que a estrela é uma bola de gás, no centro da qual há uma alta temperatura, diminuindo gradualmente em direção à periferia. Das equações, em particular, seguiu-se que a temperatura da superfície do Sol é de cerca de 5.500 graus (o que é bastante consistente com os dados de medições astronômicas), e em seu centro deveria haver cerca de 10 milhões de graus. Isso permitiu que Eddington chegasse a uma conclusão profética: a tal temperatura, uma reação termonuclear é “iniciada”, suficiente para garantir o brilho do Sol. Os físicos atômicos da época não concordavam com isso. Pareceu-lhes que estava muito "frio" nas entranhas da estrela: a temperatura ali era insuficiente para que a reação "passasse". A isso o teórico enfurecido respondeu: "Procure um lugar mais quente!"

E, no final, ele estava certo: realmente há uma reação termonuclear no centro da estrela (outra coisa é que o chamado "modelo solar padrão", baseado em idéias sobre fusão termonuclear, aparentemente acabou estar incorreto - ver, por exemplo, "Ciência e vida" nº 2, 3, 2000). No entanto, ocorre a reação no centro da estrela, a estrela brilha e a radiação que ocorre neste caso a mantém em um estado estável. Mas agora o "combustível" nuclear na estrela se esgota. A liberação de energia para, a radiação se apaga e a força que retém a atração gravitacional desaparece. Há um limite na massa de uma estrela, após o qual a estrela começa a encolher irreversivelmente. Os cálculos mostram que isso acontece se a massa da estrela exceder duas ou três massas solares.

COLAPSO GRAVITACIONAL

A princípio, a taxa de contração da estrela é pequena, mas sua taxa aumenta continuamente, pois a força de atração é inversamente proporcional ao quadrado da distância. A compressão torna-se irreversível, não há forças capazes de contrariar a autogravidade. Esse processo é chamado de colapso gravitacional. A velocidade da concha da estrela em direção ao seu centro aumenta, aproximando-se da velocidade da luz. E aqui os efeitos da teoria da relatividade começam a desempenhar um papel.

A velocidade de escape foi calculada com base nas ideias newtonianas sobre a natureza da luz. Do ponto de vista da relatividade geral, fenômenos na vizinhança de uma estrela em colapso ocorrem de maneira um pouco diferente. Em seu poderoso campo gravitacional, ocorre o chamado redshift gravitacional. Isso significa que a frequência da radiação proveniente de um objeto massivo é deslocada para baixas frequências. No limite, na fronteira da esfera de Schwarzschild, a frequência de radiação torna-se igual a zero. Ou seja, um observador que está fora dela não poderá descobrir nada sobre o que está acontecendo dentro dela. É por isso que a esfera de Schwarzschild é chamada de horizonte de eventos.

Mas reduzir a frequência equivale a desacelerar o tempo e, quando a frequência se torna zero, o tempo para. Isso significa que um observador externo verá uma imagem muito estranha: a casca de uma estrela caindo com aceleração crescente, em vez de atingir a velocidade da luz, pára. Do seu ponto de vista, a contração parará assim que o tamanho da estrela se aproximar do raio gravitacional
bigode. Ele nunca verá uma partícula "mergulhando" sob a esfera de Schwarzschild. Mas para um observador hipotético caindo em um buraco negro, tudo terminará em questão de momentos, de acordo com seu relógio. Assim, o tempo de colapso gravitacional para uma estrela do tamanho do Sol será de 29 minutos, e para uma estrela de nêutrons muito mais densa e compacta, apenas 1/20.000 de segundo. E aqui está ele em apuros, conectado com a geometria do espaço-tempo perto de um buraco negro.

O observador entra em um espaço curvo. Perto do raio gravitacional, as forças gravitacionais tornam-se infinitamente grandes; eles esticam o foguete com o astronauta-observador em um fio infinitamente fino de comprimento infinito. Mas ele mesmo não perceberá isso: todas as suas deformações corresponderão às distorções das coordenadas espaço-temporais. Essas considerações, é claro, referem-se ao caso ideal, hipotético. Qualquer corpo real será dilacerado por forças de maré muito antes de se aproximar da esfera de Schwarzschild.

DIMENSÕES DOS BURACOS NEGROS

O tamanho de um buraco negro, ou melhor, o raio da esfera de Schwarzschild é proporcional à massa da estrela. E como a astrofísica não impõe nenhuma restrição ao tamanho de uma estrela, um buraco negro pode ser arbitrariamente grande. Se, por exemplo, surgiu durante o colapso de uma estrela com massa de 10 8 massas solares (ou devido à fusão de centenas de milhares, ou mesmo milhões de estrelas relativamente pequenas), seu raio seria de cerca de 300 milhões de quilômetros, duas vezes a órbita da Terra. E a densidade média da substância desse gigante está próxima da densidade da água.

Aparentemente, são precisamente esses buracos negros que são encontrados nos centros das galáxias. De qualquer forma, os astrônomos hoje contam cerca de cinquenta galáxias, no centro das quais, a julgar pelos sinais indiretos (falaremos sobre eles abaixo), existem buracos negros com massa de cerca de um bilhão (10 9) solares. Aparentemente, nossa Galáxia também tem seu próprio buraco negro; sua massa foi estimada com bastante precisão - 2,4. 10 6 ±10% da massa do Sol.

A teoria assume que, juntamente com essas supergigantes, deveriam ter surgido mini-buracos negros com uma massa de cerca de 10 14 g e um raio de cerca de 10 -12 cm (o tamanho do núcleo atômico). Eles poderiam aparecer nos primeiros momentos da existência do Universo como uma manifestação de uma muito forte heterogeneidade do espaço-tempo com uma densidade de energia colossal. As condições que existiam então no Universo são agora percebidas por pesquisadores em poderosos colisores (aceleradores de feixes em colisão). Experimentos no CERN no início deste ano possibilitaram a obtenção de plasma quark-gluon - matéria que existia antes do aparecimento das partículas elementares. A pesquisa sobre esse estado da matéria continua em Brookhaven, o centro acelerador americano. Ele é capaz de acelerar partículas a energias uma e meia a duas ordens de grandeza maiores do que um acelerador em
CERN. O próximo experimento causou séria ansiedade: um mini-buraco negro surgirá durante sua implementação, que dobrará nosso espaço e destruirá a Terra?

Esse medo causou uma resposta tão forte que o governo dos EUA foi forçado a convocar uma comissão competente para testar essa possibilidade. A comissão, formada por pesquisadores proeminentes, concluiu que a energia do acelerador é muito baixa para a formação de um buraco negro (esse experimento é descrito na revista Nauka i Zhizn, nº 3, 2000).

COMO VER O INVISÍVEL

Buracos negros não emitem nada, nem mesmo luz. No entanto, os astrônomos aprenderam a vê-los, ou melhor, a encontrar “candidatos” para esse papel. Existem três maneiras de detectar um buraco negro.

1. É necessário acompanhar a circulação das estrelas em aglomerados em torno de um determinado centro de gravidade. Se acontecer que não há nada neste centro, e as estrelas giram, por assim dizer, em torno de um lugar vazio, pode-se dizer com suficiente confiança: há um buraco negro nesse "vazio". Foi nesta base que se assumiu a presença de um buraco negro no centro da nossa Galáxia e se estimou a sua massa.

2. Um buraco negro suga ativamente a matéria do espaço circundante. Poeira interestelar, gás, matéria de estrelas próximas caem sobre ele em espiral, formando o chamado disco de acreção, semelhante ao anel de Saturno. (Isso é exatamente o que foi assustador no experimento de Brookhaven: um mini-buraco preto que surgiu no acelerador começará a sugar a Terra para dentro de si, e esse processo não poderia ser interrompido por nenhuma força.) Aproximando-se da esfera de Schwarzschild, as partículas experimentam aceleração e começam a irradiar na faixa de raios-X. Essa radiação tem um espectro característico semelhante à radiação bem estudada de partículas aceleradas em um síncrotron. E se tal radiação vem de alguma região do Universo, podemos dizer com certeza que deve haver um buraco negro ali.

3. Quando dois buracos negros se fundem, ocorre a radiação gravitacional. Calcula-se que, se a massa de cada um for de cerca de dez massas solares, então, quando eles se fundirem em questão de horas, a energia equivalente a 1% de sua massa total será liberada na forma de ondas gravitacionais. Isso é mil vezes mais do que a luz, calor e outras energias que o Sol emitiu durante todo o período de sua existência - cinco bilhões de anos. Eles esperam detectar a radiação gravitacional com a ajuda dos observatórios de ondas gravitacionais LIGO e outros, que estão sendo construídos na América e na Europa com a participação de pesquisadores russos (ver "Ciência e Vida" nº 5, 2000).

E, no entanto, embora os astrônomos não tenham dúvidas sobre a existência de buracos negros, ninguém pode afirmar categoricamente que exatamente um deles está localizado em um determinado ponto do espaço. A ética científica, a consciência do pesquisador exigem uma resposta inequívoca à questão colocada, que não tolera discrepâncias. Não basta estimar a massa de um objeto invisível, é preciso medir seu raio e mostrar que ele não excede o de Schwarzschild. E mesmo dentro da nossa Galáxia, este problema ainda não está resolvido. É por isso que os cientistas mostram certa contenção em relatar sua descoberta, e as revistas científicas estão literalmente cheias de relatos de trabalhos teóricos e observações de efeitos que podem esclarecer seu mistério.

É verdade que os buracos negros também têm mais uma propriedade, prevista teoricamente, que, talvez, tornaria possível vê-los. Mas, no entanto, sob uma condição: a massa do buraco negro deve ser muito menor que a massa do Sol.

UM BURACO NEGRO PODE SER "BRANCO"

Por muito tempo, os buracos negros foram considerados a personificação da escuridão, objetos que no vácuo, na ausência de absorção de matéria, não irradiam nada. No entanto, em 1974, o famoso teórico inglês Stephen Hawking mostrou que os buracos negros podem receber uma temperatura e, portanto, devem irradiar.

De acordo com os conceitos da mecânica quântica, o vácuo não é um vazio, mas uma espécie de "espuma do espaço-tempo", uma miscelânea de partículas virtuais (não observáveis ​​em nosso mundo). No entanto, as flutuações de energia quântica são capazes de "jogar" um par partícula-antipartícula do vácuo. Por exemplo, quando dois ou três quanta gama colidem, um elétron e um pósitron aparecerão como se fossem do nada. Este e outros fenômenos semelhantes têm sido observados repetidamente em laboratórios.

São as flutuações quânticas que determinam os processos de radiação dos buracos negros. Se um par de partículas com energias E e -E(a energia total do par é zero), surge nas proximidades da esfera de Schwarzschild, o destino posterior das partículas será diferente. Eles podem aniquilar quase imediatamente ou ir para o horizonte de eventos juntos. Nesse caso, o estado do buraco negro não mudará. Mas se apenas uma partícula passar sob o horizonte, o observador registrará outra, e lhe parecerá que foi gerada por um buraco negro. Neste caso, um buraco negro que absorveu uma partícula com energia -E, reduzirá sua energia, e com energia E- aumentar.

Hawking calculou as taxas em que todos esses processos ocorrem e chegou à conclusão de que a probabilidade de absorção de partículas com energia negativa é maior. Isso significa que o buraco negro perde energia e massa - evapora. Além disso, irradia como um corpo completamente preto com uma temperatura T = 6 . 10 -8 M Com / M kelvins, onde M c é a massa do Sol (2,1033 g), Mé a massa do buraco negro. Esta relação simples mostra que a temperatura de um buraco negro com uma massa seis vezes a do Sol é de um centésimo milionésimo de grau. É claro que um corpo tão frio não irradia praticamente nada, e todos os argumentos acima permanecem válidos. Outra coisa - mini-buracos. É fácil ver que com uma massa de 10 14 -10 30 gramas, eles são aquecidos a dezenas de milhares de graus e ficam incandescentes! No entanto, deve-se notar imediatamente que não há contradições com as propriedades dos buracos negros: essa radiação é emitida por uma camada acima da esfera de Schwarzschild, e não abaixo dela.

Assim, o buraco negro, que parecia ser um objeto congelado para sempre, mais cedo ou mais tarde desaparece, evaporando. Além disso, à medida que "perde peso", a taxa de evaporação aumenta, mas ainda leva um tempo extremamente longo. Estima-se que mini-buracos pesando 10 14 gramas, que apareceram imediatamente após o Big Bang 10-15 bilhões de anos atrás, devem evaporar completamente em nosso tempo. No último estágio de sua vida, sua temperatura atinge um valor colossal, de modo que os produtos da evaporação devem ser partículas de energia extremamente alta. É possível que sejam eles que geram amplos chuveiros atmosféricos - EASs na atmosfera terrestre. De qualquer forma, a origem de partículas de alta energia anômala é outro problema importante e interessante que pode estar intimamente relacionado com as questões não menos excitantes da física dos buracos negros.

Data de publicação: 27/09/2012

A maioria das pessoas tem uma ideia vaga ou incorreta do que são os buracos negros. Enquanto isso, esses são objetos tão globais e poderosos do Universo, em comparação com os quais nosso Planeta e toda a nossa vida não são nada.

Essência

Este é um objeto espacial que tem uma gravidade tão grande que absorve tudo o que está dentro de seus limites. De fato, um buraco negro é um objeto que nem mesmo libera luz e dobra o espaço-tempo. Até o tempo flui mais lentamente perto de buracos negros.

Na verdade, a existência de buracos negros é apenas uma teoria (e um pouco de prática). Os cientistas têm suposições e experiência prática, mas ainda não foi possível estudar os buracos negros de perto. É por isso que os buracos negros são chamados condicionalmente de todos os objetos que se encaixam nessa descrição. Os buracos negros são pouco estudados e, portanto, muitas questões permanecem sem solução.

Qualquer buraco negro tem um horizonte de eventos - essa fronteira, após a qual nada pode sair. Além disso, quanto mais próximo um objeto está de um buraco negro, mais lento ele se move.

Educação

Existem vários tipos e formas de formação de buracos negros:
- a formação de buracos negros como resultado da formação do universo. Esses buracos negros apareceram imediatamente após o Big Bang.
- estrelas morrendo. Quando uma estrela perde sua energia e as reações termonucleares param, a estrela começa a encolher. Dependendo do grau de compressão, distinguem-se estrelas de nêutrons, anãs brancas e, de fato, buracos negros.
- obtenção por meio de experiência. Por exemplo, em um colisor, você pode criar um buraco negro quântico.

Versões

Muitos cientistas estão inclinados a acreditar que os buracos negros jogam toda a matéria absorvida em outro lugar. Aqueles. deve haver "buracos brancos" que operam em um princípio diferente. Se você pode entrar em um buraco negro, mas não pode sair, então você não pode entrar em um buraco branco. O principal argumento dos cientistas são as fortes e poderosas explosões de energia registradas no espaço.

Os teóricos das cordas geralmente criaram seu próprio modelo de buraco negro, que não destrói informações. Sua teoria é chamada de "Fuzzball" - permite responder a perguntas relacionadas à singularidade e ao desaparecimento de informações.

O que é singularidade e desaparecimento de informação? Uma singularidade é um ponto no espaço caracterizado por pressão e densidade infinitas. Muitos ficam confusos com o fato da singularidade, porque os físicos não podem trabalhar com números infinitos. Muitos têm certeza de que existe uma singularidade em um buraco negro, mas suas propriedades são descritas muito superficialmente.

Em termos simples, todos os problemas e mal-entendidos vêm da relação entre a mecânica quântica e a gravidade. Até agora, os cientistas não podem criar uma teoria que os una. É por isso que existem problemas com um buraco negro. Afinal, um buraco negro parece destruir a informação, mas os fundamentos da mecânica quântica são violados. Embora muito recentemente, S. Hawking parecia ter resolvido esse problema, afirmando que as informações nos buracos negros ainda não foram destruídas.

estereótipos

Primeiro, os buracos negros não podem existir indefinidamente. E tudo graças à evaporação de Hawking. Portanto, não se deve pensar que os buracos negros mais cedo ou mais tarde engolirão o Universo.

Em segundo lugar, nosso Sol não se tornará um buraco negro. Já que a massa da nossa estrela não será suficiente. É mais provável que nosso sol se transforme em uma anã branca (e isso não é um fato).

Em terceiro lugar, o Grande Colisor de Hádrons não destruirá nossa Terra criando um buraco negro. Mesmo que eles deliberadamente criem um buraco negro e o "libertem", por causa de seu pequeno tamanho, ele absorverá nosso planeta por muito, muito tempo.

Quarto, não pense que um buraco negro é um "buraco" no espaço. Um buraco negro é um objeto esférico. Daí a maioria das opiniões de que os buracos negros levam a um universo paralelo. No entanto, este fato ainda não foi comprovado.

Quinto, um buraco negro não tem cor. É detectado por raios-X ou contra o fundo de outras galáxias e estrelas (efeito de lente).

Devido ao fato de que muitas vezes as pessoas confundem buracos negros com buracos de minhoca (que realmente existem), esses conceitos não são distinguidos entre as pessoas comuns. O buraco de minhoca realmente permite que você se mova no espaço e no tempo, mas até agora apenas em teoria.

Coisas complexas em termos simples

É difícil descrever tal fenômeno como um buraco negro em termos simples. Se você se considera um técnico versado em ciências exatas, aconselho a ler diretamente os trabalhos dos cientistas. Se você quiser saber mais sobre esse fenômeno, leia os escritos de Stephen Hawking. Ele fez muito pela ciência, especialmente no campo dos buracos negros. A evaporação dos buracos negros tem o seu nome. Ele é um defensor da abordagem pedagógica e, portanto, todas as suas obras serão compreensíveis até para uma pessoa comum.

Livros:
- Buracos Negros e Universos Jovens, 1993.
- Mundo em poucas palavras 2001.
- "A História Mais Curta do Universo 2005" do ano.

Quero recomendar especialmente seus filmes de ciência populares, que falarão em uma linguagem compreensível não apenas sobre buracos negros, mas também sobre o Universo em geral:
- "O Universo de Stephen Hawking" - uma série de 6 episódios.
- "Profundamente no Universo com Stephen Hawking" - uma série de 3 episódios.
Todos esses filmes foram traduzidos para o russo e são frequentemente exibidos nos canais Discovery.

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