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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Direitos autorais da imagem Thinkstock

Talvez você pense que uma pessoa que caiu em um buraco negro está esperando a morte instantânea. Na realidade, seu destino pode ser muito mais surpreendente, diz o correspondente.

O que acontecerá com você se você cair dentro de um buraco negro? Talvez você pense que será esmagado - ou, inversamente, despedaçado? Mas, na realidade, tudo é muito mais estranho.

No momento em que você cair no buraco negro, a realidade se dividirá em duas. Em uma realidade, você será instantaneamente incinerado, na outra, você mergulhará profundamente no buraco negro vivo e ileso.

Dentro de um buraco negro, as leis da física que nos são familiares não se aplicam. De acordo com Albert Einstein, a gravidade dobra o espaço. Assim, na presença de um objeto de densidade suficiente, o contínuo espaço-tempo ao seu redor pode ser deformado tanto que um buraco é formado na própria realidade.

Uma estrela massiva que consumiu todo o seu combustível pode se transformar exatamente no tipo de matéria superdensa necessária para o surgimento de uma seção tão curva do universo. Uma estrela em colapso sob seu próprio peso se arrasta ao longo do contínuo espaço-tempo ao seu redor. O campo gravitacional torna-se tão forte que nem mesmo a luz pode escapar dele. Como resultado, a área em que a estrela estava localizada anteriormente se torna absolutamente preta - este é o buraco negro.

Direitos autorais da imagem Thinkstock Legenda da imagem Ninguém sabe realmente o que está acontecendo dentro de um buraco negro.

A superfície externa de um buraco negro é chamada de horizonte de eventos. Este é um limite esférico no qual um equilíbrio é alcançado entre a força do campo gravitacional e os esforços da luz tentando escapar do buraco negro. Se você cruzar o horizonte de eventos, será impossível escapar.

O horizonte de eventos irradia energia. Devido aos efeitos quânticos, fluxos de partículas quentes irradiam para o Universo. Esse fenômeno é chamado de radiação Hawking - em homenagem ao físico teórico britânico Stephen Hawking que o descreveu. Apesar do fato de que a matéria não pode escapar do horizonte de eventos, o buraco negro, no entanto, "evapora" - com o tempo, ele finalmente perderá sua massa e desaparecerá.

À medida que nos aprofundamos no buraco negro, o espaço-tempo continua a se curvar e se torna infinitamente curvado no centro. Este ponto é conhecido como a singularidade gravitacional. Espaço e tempo deixam de ter qualquer significado nele, e todas as leis da física que conhecemos, para cuja descrição esses dois conceitos são necessários, não se aplicam mais.

Ninguém sabe exatamente o que espera uma pessoa que caiu no centro de um buraco negro. Outro universo? Esquecimento? A parede de trás de uma estante, como no filme de ficção científica americano "Interstellar"? É um mistério.

Vamos raciocinar - usando seu exemplo - sobre o que acontece se você cair acidentalmente em um buraco negro. Neste experimento, você será acompanhado por um observador externo - vamos chamá-lo de Anna. Então Anna, a uma distância segura, observa horrorizada enquanto você se aproxima da borda do buraco negro. Do ponto de vista dela, os eventos se desenvolverão de uma maneira muito estranha.

À medida que você se aproxima do horizonte de eventos, Anna verá você se esticar em comprimento e estreitar em largura, como se ela estivesse olhando para você através de uma lupa gigante. Além disso, quanto mais perto você voar do horizonte de eventos, mais Anna sentirá que sua velocidade está diminuindo.

Direitos autorais da imagem Thinkstock Legenda da imagem No centro de um buraco negro, o espaço é infinitamente curvo.

Você não poderá gritar com Anna (já que nenhum som é transmitido no vácuo), mas você pode tentar sinalizar para ela em código Morse usando a lanterna do seu iPhone. No entanto, seus sinais o alcançarão em intervalos crescentes, e a frequência da luz emitida pela lanterna mudará para a parte vermelha (comprimento de onda longo) do espectro. Veja como ficará: "Ordem, em ordem, em ordem, em ordem...".

Quando você chegar ao horizonte de eventos, do ponto de vista de Anna, você irá congelar no lugar, como se alguém tivesse pausado a reprodução. Você permanecerá imóvel, esticado pela superfície do horizonte de eventos, e um calor cada vez maior começará a tomar conta de você.

Do ponto de vista de Anna, você será morto lentamente pelo alongamento do espaço, pela interrupção do tempo e pelo calor da radiação de Hawking. Antes de cruzar o horizonte de eventos e mergulhar nas profundezas do buraco negro, você ficará com cinzas.

Mas não se apresse em pedir um serviço memorial - vamos esquecer Anna por um tempo e olhar para essa cena terrível do seu ponto de vista. E do seu ponto de vista, algo ainda mais estranho vai acontecer, ou seja, absolutamente nada de especial.

Você voa direto para um dos pontos mais sinistros do universo sem sentir o menor tremor - sem mencionar o alongamento do espaço, a dilatação do tempo ou o calor da radiação. Isso ocorre porque você está em queda livre e, portanto, não sente seu próprio peso - isso é o que Einstein chamou de "melhor ideia" de sua vida.

De fato, o horizonte de eventos não é uma parede de tijolos no espaço, mas um fenômeno condicionado pelo ponto de vista do observador. Um observador que permanece fora do buraco negro não pode ver dentro do horizonte de eventos, mas isso é problema dele, não seu. Do seu ponto de vista, não há horizonte.

Se as dimensões do nosso buraco negro fossem menores, você realmente teria um problema - a gravidade agiria em seu corpo de forma desigual e você seria puxado para dentro da massa. Mas, felizmente para você, esse buraco negro é grande - milhões de vezes mais massivo que o Sol, então a força gravitacional é fraca o suficiente para ser insignificante.

Direitos autorais da imagem Thinkstock Legenda da imagem Você não pode voltar e sair de um buraco negro, assim como nenhum de nós pode viajar no tempo.

Dentro de um buraco negro suficientemente grande, você pode até viver o resto de sua vida normalmente até morrer em uma singularidade gravitacional.

Você pode perguntar, quão normal pode ser a vida de uma pessoa, contra sua vontade, sendo puxada para um buraco no contínuo espaço-tempo sem chance de sair?

Mas se você pensar sobre isso, todos nós conhecemos esse sentimento - apenas em relação ao tempo, e não ao espaço. O tempo só vai para frente e nunca para trás, e realmente nos arrasta contra nossa vontade, não nos deixando chance de voltar ao passado.

Isso não é apenas uma analogia. Os buracos negros dobram o contínuo espaço-tempo a tal ponto que dentro do horizonte de eventos, tempo e espaço são invertidos. De certa forma, não é o espaço que o puxa para a singularidade, mas o tempo. Você não pode voltar e sair de um buraco negro, assim como nenhum de nós pode viajar para o passado.

Talvez agora você esteja se perguntando o que há de errado com Anna. Você voa para o espaço vazio de um buraco negro e está bem, e ela lamenta sua morte, alegando que você foi incinerado pela radiação Hawking do lado de fora do horizonte de eventos. Ela está alucinando?

Na verdade, a afirmação de Anna é perfeitamente verdadeira. Do ponto de vista dela, você está realmente frito no horizonte de eventos. E não é uma ilusão. Anna pode até coletar suas cinzas e enviá-las para sua família.

Direitos autorais da imagem Thinkstock Legenda da imagem O horizonte de eventos não é uma parede de tijolos, é permeável

O fato é que, de acordo com as leis da física quântica, do ponto de vista de Anna, você não pode cruzar o horizonte de eventos e deve permanecer do lado de fora do buraco negro, pois a informação nunca se perde irremediavelmente. Cada bit de informação responsável por sua existência deve permanecer na superfície externa do horizonte de eventos - caso contrário, do ponto de vista de Anna, as leis da física serão violadas.

Por outro lado, as leis da física também exigem que você voe pelo horizonte de eventos vivo e ileso, sem encontrar partículas quentes ou quaisquer outros fenômenos incomuns em seu caminho. Caso contrário, a teoria geral da relatividade será violada.

Assim, as leis da física querem que você esteja fora do buraco negro (como uma pilha de cinzas) e dentro dele (sã e salvo) ao mesmo tempo. E mais um ponto importante: de acordo com os princípios gerais da mecânica quântica, a informação não pode ser clonada. Você precisa estar em dois lugares ao mesmo tempo, mas apenas em uma instância.

Os físicos chamam esse fenômeno paradoxal de "desaparecimento de informações em um buraco negro". Felizmente, na década de 1990 cientistas conseguiram resolver esse paradoxo.

O físico americano Leonard Susskind percebeu que realmente não há paradoxo, já que ninguém verá sua clonagem. Anna observará um de seus espécimes e você observará o outro. Você e Anna nunca mais se encontrarão e não poderão comparar observações. E não há um terceiro observador que possa observá-lo de fora e de dentro do buraco negro ao mesmo tempo. Assim, as leis da física não são violadas.

A menos que você queira saber qual de suas instâncias é real e qual não é. Você está realmente vivo ou morto?

Direitos autorais da imagem Thinkstock Legenda da imagem A pessoa voará pelo horizonte de eventos ilesa ou colidirá com uma parede de fogo?

O problema é que não existe "realidade". A realidade depende do observador. Existe "realmente" do ponto de vista de Anna e "realmente" do seu ponto de vista. Isso é tudo.

Quase tudo. No verão de 2012, os físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolph, Joe Polchinski e James Sully, conhecidos coletivamente por seus sobrenomes como AMPS, propuseram um experimento mental que ameaçava derrubar nossa compreensão dos buracos negros.

Segundo os cientistas, a resolução da contradição proposta por Süsskind se baseia no fato de que o desacordo na avaliação do que está acontecendo entre você e Anna é mediado pelo horizonte de eventos. Não importa se Anna realmente viu um de seus dois espécimes morrer no fogo da radiação Hawking, porque o horizonte de eventos a impediu de ver seu segundo espécime voando profundamente no buraco negro.

Mas e se Anna tivesse uma maneira de descobrir o que estava acontecendo do outro lado do horizonte de eventos sem atravessá-lo?

A relatividade geral nos diz que isso é impossível, mas a mecânica quântica confunde um pouco as regras rígidas. Anna poderia ter perscrutado além do horizonte de eventos com o que Einstein chamou de "ação assustadora de longo alcance".

Estamos falando de emaranhamento quântico - um fenômeno no qual os estados quânticos de duas ou mais partículas separadas pelo espaço, misteriosamente se tornam interdependentes. Essas partículas agora formam um todo único e indivisível, e a informação necessária para descrever esse todo está contida não nesta ou naquela partícula, mas na relação entre elas.

A ideia apresentada pela AMPS é a seguinte. Suponha que Anna pegue uma partícula perto do horizonte de eventos - vamos chamá-la de partícula A.

Se a versão dela do que aconteceu com você for verdadeira, ou seja, você foi morto pela radiação Hawking do lado de fora do buraco negro, então a partícula A deve estar interconectada com outra partícula - B, que também deve estar localizada do lado de fora do buraco negro. Horizonte de eventos.

Direitos autorais da imagem Thinkstock Legenda da imagem Buracos negros podem atrair matéria de estrelas próximas

Se sua visão dos eventos corresponde à realidade e você está vivo e bem por dentro, então a partícula A deve estar interconectada com a partícula C, localizada em algum lugar dentro do buraco negro.

A beleza dessa teoria é que cada uma das partículas só pode ser interconectada com uma outra partícula. Isso significa que a partícula A está conectada à partícula B ou à partícula C, mas não a ambas ao mesmo tempo.

Então, Anna pega sua partícula A e a passa pela máquina de decodificação de emaranhamento que ela tem, que dá a resposta se essa partícula está associada à partícula B ou à partícula C.

Se a resposta for C, seu ponto de vista prevaleceu em violação das leis da mecânica quântica. Se a partícula A estiver conectada à partícula C, que está nas profundezas de um buraco negro, a informação que descreve sua interdependência é perdida para sempre para Anna, o que contradiz a lei quântica, segundo a qual a informação nunca é perdida.

Se a resposta for B, então, contrariamente aos princípios da relatividade geral, Anna está certa. Se a partícula A está ligada à partícula B, você realmente foi incinerado pela radiação Hawking. Em vez de voar pelo horizonte de eventos, como a relatividade exige, você colidiu com uma parede de fogo.

Então, voltamos à pergunta com a qual começamos - o que acontece com uma pessoa que entra em um buraco negro? Ele voará através do horizonte de eventos ileso graças a uma realidade que é surpreendentemente dependente do observador, ou colidirá com uma parede de fogo ( Pretofurosfirewall, não deve ser confundido com o termo de computadorfirewall, "firewall", software que protege seu computador em uma rede contra intrusão não autorizada - Ed.)?

Ninguém sabe a resposta a esta pergunta, uma das questões mais controversas da física teórica.

Por mais de 100 anos, os cientistas vêm tentando conciliar os princípios da relatividade geral e da física quântica, na esperança de que no final um ou outro prevaleça. A resolução do paradoxo da "muralha de fogo" deve responder à questão de qual dos princípios prevaleceu e ajudar os físicos a criar uma teoria abrangente.

Direitos autorais da imagem Thinkstock Legenda da imagem Ou talvez da próxima vez mande Anna para um buraco negro?

A solução para o paradoxo do desaparecimento da informação pode estar na máquina de decifrar de Anna. É extremamente difícil determinar com qual outra partícula a partícula A está interconectada. Os físicos Daniel Harlow, da Universidade de Princeton, em Nova Jersey, e Patrick Hayden, agora na Universidade de Stanford, na Califórnia, na Califórnia, se perguntaram quanto tempo levaria.

Em 2013, eles calcularam que, mesmo com o computador mais rápido possível de acordo com as leis da física, Anna levaria um tempo extremamente longo para decifrar a relação entre as partículas - tanto tempo que, quando ela obtivesse a resposta, o buraco negro evaporaria. a muito tempo atrás.

Se assim for, é provável que Anna simplesmente não esteja destinada a saber qual ponto de vista é verdadeiro. Nesse caso, ambas as histórias permanecerão verdadeiras ao mesmo tempo, a realidade dependerá do observador e nenhuma das leis da física será violada.

Além disso, a conexão entre cálculos altamente complexos (dos quais nosso observador, aparentemente, não é capaz) e o contínuo espaço-tempo pode levar os físicos a algumas novas reflexões teóricas.

Assim, os buracos negros não são apenas objetos perigosos no caminho de expedições interestelares, mas também laboratórios teóricos nos quais as menores variações nas leis físicas crescem a tal ponto que não podem mais ser negligenciadas.

Se a verdadeira natureza da realidade está em algum lugar, o melhor lugar para procurá-la é nos buracos negros. Mas, embora não tenhamos uma compreensão clara de quão seguro é o horizonte de eventos para os humanos, é mais seguro observar as buscas de fora. Em casos extremos, você pode enviar Anna para o buraco negro da próxima vez - agora é a vez dela.

O conceito de buraco negro é conhecido por todos - de crianças em idade escolar a idosos, é usado na literatura científica e de ficção, na mídia amarela e em conferências científicas. Mas nem todo mundo sabe exatamente o que são esses buracos.

Da história dos buracos negros

1783 A primeira hipótese para a existência de um fenômeno como um buraco negro foi apresentada em 1783 pelo cientista inglês John Michell. Em sua teoria, ele combinou duas criações de Newton - óptica e mecânica. A ideia de Michell era esta: se a luz é um fluxo de partículas minúsculas, então, como todos os outros corpos, as partículas deveriam experimentar a atração de um campo gravitacional. Acontece que quanto mais massiva a estrela, mais difícil é para a luz resistir à sua atração. 13 anos depois de Michell, o astrônomo e matemático francês Laplace apresentou (provavelmente independentemente de seu colega britânico) uma teoria semelhante.

1915 No entanto, todas as suas obras permaneceram não reclamadas até o início do século 20. Em 1915, Albert Einstein publicou a Teoria Geral da Relatividade e mostrou que a gravidade é uma curvatura do espaço-tempo causada pela matéria e, alguns meses depois, o astrônomo e físico teórico alemão Karl Schwarzschild a usou para resolver um problema astronômico específico. Ele explorou a estrutura do espaço-tempo curvo ao redor do Sol e redescobriu o fenômeno dos buracos negros.

(John Wheeler cunhou o termo "buracos negros")

1967 O físico americano John Wheeler esboçou um espaço que pode ser amassado, como um pedaço de papel, em um ponto infinitesimal e designou o termo "Buraco Negro".

1974 O físico britânico Stephen Hawking provou que os buracos negros, embora engulam matéria sem retorno, podem emitir radiação e eventualmente evaporar. Este fenômeno é chamado de "radiação Hawking".

Nos dias de hoje. As últimas pesquisas sobre pulsares e quasares, bem como a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, finalmente tornaram possível descrever o próprio conceito de buracos negros. Em 2013, a nuvem de gás G2 chegou muito perto do Buraco Negro e provavelmente será absorvida por ele, observando o processo único proporcionará grandes oportunidades para novas descobertas de características do buraco negro.

O que são realmente os buracos negros?

Uma explicação lacônica do fenômeno soa assim. Um buraco negro é uma região do espaço-tempo cuja atração gravitacional é tão forte que nenhum objeto, incluindo quanta de luz, pode deixá-la.

Um buraco negro já foi uma estrela massiva. Enquanto as reações termonucleares mantiverem alta pressão em suas entranhas, tudo permanecerá normal. Mas com o tempo, o suprimento de energia se esgota e o corpo celeste, sob a influência de sua própria gravidade, começa a encolher. O estágio final desse processo é o colapso do núcleo estelar e a formação de um buraco negro.

• 1. Ejeção de um jato de buraco negro em alta velocidade


• 2. Um disco de matéria cresce em um buraco negro


• 3. Buraco negro


• 4. Esquema detalhado da região do buraco negro


• 5. Tamanho das novas observações encontradas

A teoria mais comum diz que existem fenômenos semelhantes em todas as galáxias, inclusive no centro da nossa Via Láctea. A enorme gravidade do buraco é capaz de conter várias galáxias ao seu redor, impedindo que elas se afastem umas das outras. A "área de cobertura" pode ser diferente, tudo depende da massa da estrela que se transformou em um buraco negro, podendo ser milhares de anos-luz.

Raio de Schwarzschild

A principal propriedade de um buraco negro é que qualquer matéria que entra nele nunca pode retornar. O mesmo se aplica à luz. Em seu núcleo, os buracos são corpos que absorvem completamente toda a luz que incide sobre eles e não emitem a sua própria. Tais objetos podem aparecer visualmente como coágulos de escuridão absoluta.

• 1. Matéria em movimento a metade da velocidade da luz


• 2. Anel de fótons


• 3. Anel de fóton interno


• 4. O horizonte de eventos em um buraco negro

Com base na Teoria Geral da Relatividade de Einstein, se um corpo se aproxima de uma distância crítica do centro do buraco, ele não pode mais retornar. Essa distância é chamada de raio de Schwarzschild. O que exatamente acontece dentro desse raio não é conhecido com certeza, mas existe a teoria mais comum. Acredita-se que toda a matéria de um buraco negro esteja concentrada em um ponto infinitamente pequeno, e em seu centro haja um objeto de densidade infinita, que os cientistas chamam de perturbação singular.

Como ele cai em um buraco negro

(Na foto, o buraco negro de Sagitário A* parece um aglomerado de luz extremamente brilhante)

Não faz muito tempo, em 2011, os cientistas descobriram uma nuvem de gás, dando-lhe o nome simples de G2, que emite uma luz incomum. Tal brilho pode dar atrito no gás e na poeira, causados ​​pela ação do buraco negro Sagitário A* e que giram em torno dele na forma de um disco de acreção. Assim, tornamo-nos observadores do espantoso fenómeno da absorção de uma nuvem de gás por um buraco negro supermassivo.

De acordo com estudos recentes, a aproximação mais próxima de um buraco negro ocorrerá em março de 2014. Podemos recriar uma imagem de como esse emocionante espetáculo se desenrolará.

• 1. Quando aparece pela primeira vez nos dados, uma nuvem de gás se assemelha a uma enorme bola de gás e poeira.


• 2. Agora, em junho de 2013, a nuvem está a dezenas de bilhões de quilômetros de distância do buraco negro. Ele cai nele a uma velocidade de 2500 km / s.


• 3. Espera-se que a nuvem passe pelo buraco negro, mas as forças de maré causadas pela diferença de atração atuando nas bordas dianteira e traseira da nuvem farão com que ela se torne cada vez mais alongada.


• 4. Depois que a nuvem é quebrada, a maior parte dela provavelmente se juntará ao disco de acreção ao redor de Sagitário A*, gerando ondas de choque nele. A temperatura vai subir para vários milhões de graus.


• 5. Parte da nuvem cairá diretamente no buraco negro. Ninguém sabe exatamente o que acontecerá com essa substância, mas espera-se que, no processo de queda, ela emita poderosos fluxos de raios-X, e ninguém mais a verá.

Vídeo: buraco negro engole uma nuvem de gás

(Simulação de computador de quanto da nuvem de gás G2 será destruída e consumida pelo buraco negro Sagitário A*)

O que há dentro de um buraco negro?

Existe uma teoria que afirma que um buraco negro em seu interior está praticamente vazio, e toda a sua massa está concentrada em um ponto incrivelmente pequeno localizado em seu centro - uma singularidade.

De acordo com outra teoria que existe há meio século, tudo o que cai em um buraco negro vai para outro universo localizado no próprio buraco negro. Agora esta teoria não é a principal.

E há uma terceira teoria, mais moderna e tenaz, segundo a qual tudo o que cai em um buraco negro se dissolve nas vibrações das cordas em sua superfície, que é designada como horizonte de eventos.

Então, qual é o horizonte de eventos? É impossível olhar dentro de um buraco negro mesmo com um telescópio superpoderoso, pois mesmo a luz, entrando em um funil cósmico gigante, não tem chance de emergir de volta. Tudo o que pode ser considerado de alguma forma está em sua vizinhança imediata.

O horizonte de eventos é uma linha condicional da superfície sob a qual nada (nem gás, nem poeira, nem estrelas, nem luz) pode escapar. E este é o ponto de não retorno muito misterioso nos buracos negros do Universo.

Todo mundo sabe que no espaço existem estrelas, planetas, asteróides e cometas que podem ser observados a olho nu ou através de um telescópio. Sabe-se também que existem objetos espaciais especiais - buracos negros.

Uma estrela pode se transformar em um buraco negro no final de sua vida. Durante essa transformação, a estrela é fortemente comprimida, enquanto sua massa é conservada. A estrela se transforma em uma bola pequena, mas muito pesada. Se assumirmos que nosso planeta Terra se torna um buraco negro, seu diâmetro nesse estado será de apenas 9 milímetros. Mas a Terra não poderá se transformar em um buraco negro, porque reações completamente diferentes ocorrem no núcleo dos planetas, não da mesma forma que nas estrelas.

Essa forte compressão e compactação da estrela vem do fato de que, sob a influência de reações termonucleares no centro da estrela, sua força de atração aumenta muito e começa a atrair a superfície da estrela para seu centro. Gradualmente, a taxa na qual a estrela se contrai aumenta e, eventualmente, começa a exceder a velocidade da luz. Quando uma estrela atinge esse estado, ela deixa de brilhar, pois partículas de luz - quanta - não conseguem vencer a força de atração. Uma estrela neste estado deixa de emitir luz, permanece "dentro" do raio gravitacional - o limite dentro do qual todos os objetos são atraídos para a superfície da estrela. Os astrônomos chamam esse limite de horizonte de eventos. E além desse limite, a gravidade do buraco negro diminui. Como as partículas de luz não podem ultrapassar o limite gravitacional de uma estrela, um buraco negro só pode ser detectado usando instrumentos, por exemplo, se, por razões desconhecidas, uma nave espacial ou outro corpo - um cometa ou um asteróide - começar a mudar sua trajetória, então muito provavelmente caiu sob a influência das forças gravitacionais de um buraco negro. Um objeto espacial controlado em tal situação deve ligar urgentemente todos os motores e deixar a zona de atração perigosa, e se não houver energia suficiente, ele será inevitavelmente engolido por um buraco negro.

Se o Sol pudesse se transformar em um buraco negro, então os planetas do sistema solar estariam dentro do raio gravitacional do Sol e os atrairia e absorveria. Felizmente para nós, isso não vai acontecer. apenas estrelas muito grandes e massivas podem se transformar em um buraco negro. O sol é muito pequeno para isso. No processo de evolução, o Sol provavelmente se tornará uma anã negra extinta. Outros buracos negros que já estão no espaço não são perigosos para nosso planeta e espaçonaves terrestres - eles estão muito longe de nós.

Na popular série "The Big Bang Theory", que você pode assistir, você não aprenderá os segredos da criação do Universo ou as causas dos buracos negros no espaço. Os personagens principais são apaixonados pela ciência e trabalham no departamento de física da universidade. Eles constantemente entram em várias situações ridículas que são divertidas de assistir.

Tanto para os cientistas dos séculos passados, quanto para os pesquisadores do nosso tempo, o maior mistério do espaço é um buraco negro. O que está dentro deste sistema completamente desconhecido para a física? Que leis se aplicam lá? Como o tempo passa em um buraco negro e por que nem os quanta de luz podem escapar dele? Agora vamos tentar, é claro, do ponto de vista da teoria, e não da prática, entender o que está dentro de um buraco negro, por que ele, em princípio, foi formado e existe, como atrai os objetos que o cercam.

Primeiro, vamos descrever este objeto.

Assim, uma certa região do espaço no Universo é chamada de buraco negro. É impossível distingui-lo como uma estrela ou planeta separado, pois não é um corpo sólido nem gasoso. Sem uma compreensão básica do que é o espaço-tempo e como essas dimensões podem mudar, é impossível compreender o que está dentro de um buraco negro. O fato é que essa área não é apenas uma unidade espacial. que distorce tanto as três dimensões que conhecemos (comprimento, largura e altura) quanto a linha do tempo. Os cientistas têm certeza de que na região do horizonte (a chamada área ao redor do buraco), o tempo assume um significado espacial e pode avançar e retroceder.

Aprenda os segredos da gravidade

Se quisermos entender o que está dentro de um buraco negro, consideraremos em detalhes o que é a gravidade. É esse fenômeno que é fundamental para entender a natureza dos chamados "buracos de minhoca", dos quais nem a luz pode escapar. A gravidade é a interação entre todos os corpos que têm uma base material. A força de tal gravidade depende da composição molecular dos corpos, da concentração de átomos e também de sua composição. Quanto mais partículas colapsam em uma determinada área do espaço, maior a força gravitacional. Isso está inextricavelmente ligado à Teoria do Big Bang, quando nosso universo era do tamanho de uma ervilha. Era um estado de máxima singularidade e, como resultado de um flash de quanta de luz, o espaço começou a se expandir devido ao fato de as partículas se repelirem. Exatamente o oposto é descrito pelos cientistas como um buraco negro. O que há dentro de tal coisa de acordo com TBZ? Singularidade, que é igual aos indicadores inerentes ao nosso Universo no momento de seu nascimento.

Como a matéria entra em um buraco de minhoca?

Há uma opinião de que uma pessoa nunca será capaz de entender o que está acontecendo dentro de um buraco negro. Já que, uma vez lá, ele será literalmente esmagado pela gravidade e pela gravidade. Na verdade isso não é verdade. Sim, de fato, um buraco negro é uma região de singularidade, onde tudo é comprimido ao máximo. Mas este não é um “aspirador espacial”, capaz de atrair todos os planetas e estrelas para si. Qualquer objeto material que esteja no horizonte de eventos observará uma forte distorção do espaço e do tempo (até agora, essas unidades estão separadas). O sistema de geometria euclidiana começará a vacilar, ou seja, eles se cruzarão, os contornos das figuras estereométricas deixarão de ser familiares. Quanto ao tempo, vai diminuir gradualmente. Quanto mais perto você chegar do buraco, mais lento o relógio irá em relação ao tempo da Terra, mas você não notará. Ao atingir o "buraco de minhoca", o corpo cairá em velocidade zero, mas essa unidade será igual ao infinito. curvatura, que iguala o infinito a zero, que finalmente para o tempo na região da singularidade.

Resposta à luz emitida

O único objeto no espaço que atrai luz é um buraco negro. O que está dentro dele e de que forma é desconhecido, mas eles acreditam que isso é escuridão, o que é impossível de imaginar. Os quanta de luz, chegando lá, não desaparecem simplesmente. Sua massa é multiplicada pela massa da singularidade, o que a torna ainda maior e a amplia, assim, se você acender uma lanterna dentro do buraco de minhoca para olhar ao redor, ela não brilhará. Os quanta emitidos se multiplicarão constantemente pela massa do buraco e, grosso modo, você só agravará sua situação.

Buracos negros em todos os lugares

Como já descobrimos, a base da educação é a gravidade, cujo valor é milhões de vezes maior do que na Terra. A ideia exata do que é um buraco negro foi dada ao mundo por Karl Schwarzschild, que, de fato, descobriu o próprio horizonte de eventos e o ponto sem retorno, e também estabeleceu que zero em estado de singularidade é igual a infinito . Em sua opinião, um buraco negro pode se formar em qualquer lugar do espaço. Neste caso, um determinado objeto material de forma esférica deve atingir o raio gravitacional. Por exemplo, a massa do nosso planeta deve caber no volume de uma ervilha para se tornar um buraco negro. E o Sol deve ter um diâmetro de 5 quilômetros com sua massa - então seu estado se tornará singular.

Horizonte de formação do novo mundo

As leis da física e da geometria funcionam perfeitamente na Terra e no espaço sideral, onde o espaço está próximo do vácuo. Mas eles perdem completamente seu significado no horizonte de eventos. É por isso que, do ponto de vista matemático, é impossível calcular o que há dentro de um buraco negro. As imagens que você pode criar se dobrar o espaço de acordo com nossas ideias sobre o mundo certamente estão longe da verdade. Apenas foi estabelecido que o tempo aqui se transforma em uma unidade espacial e, muito provavelmente, mais algumas dimensões são adicionadas às existentes. Isso torna possível acreditar que mundos completamente diferentes se formam dentro do buraco negro (a foto, como você sabe, não mostrará isso, já que a luz se come ali). Esses universos podem ser compostos de antimatéria, que atualmente não é familiar para os cientistas. Existem também versões de que a esfera sem retorno é apenas um portal que leva a outro mundo ou a outros pontos do nosso Universo.

Nascimento e morte

Muito mais do que a existência de um buraco negro, é o seu nascimento ou desaparecimento. A esfera que distorce o espaço-tempo, como já descobrimos, é formada como resultado do colapso. Pode ser a explosão de uma grande estrela, a colisão de dois ou mais corpos no espaço e assim por diante. Mas como a matéria, que teoricamente poderia ser sentida, tornou-se um reino de distorção do tempo? O quebra-cabeça está em andamento. Mas é seguida por uma segunda pergunta - por que tais esferas sem retorno desaparecem? E se os buracos negros evaporam, então por que essa luz e toda a matéria cósmica que eles puxaram não saem deles? Quando a matéria na zona de singularidade começa a se expandir, a gravidade diminui gradualmente. Como resultado, o buraco negro simplesmente se dissolve e o espaço sideral de vácuo comum permanece em seu lugar. Outro mistério segue a partir disso - para onde foi tudo o que entrou nele?

Gravidade - nossa chave para um futuro feliz?

Os pesquisadores estão confiantes de que o futuro energético da humanidade pode ser formado por um buraco negro. O que está dentro desse sistema ainda é desconhecido, mas foi possível estabelecer que no horizonte de eventos qualquer matéria se transforma em energia, mas, claro, parcialmente. Por exemplo, uma pessoa, encontrando-se perto do ponto sem retorno, dará 10% de sua matéria para ser transformada em energia. Esta figura é simplesmente colossal, tornou-se uma sensação entre os astrônomos. O fato é que na Terra, quando a matéria é processada em energia por apenas 0,7 por cento.