A primit acest nume datorită faptului că absoarbe lumina, dar nu o reflectă ca și alte obiecte. De fapt, există multe fapte despre găurile negre, iar astăzi vom vorbi despre unele dintre cele mai interesante. Până de curând, se credea că gaură neagră în spațiu aspiră tot ce este în apropiere sau zboară: planeta este un gunoi, dar recent oamenii de știință au început să afirme că, după un timp, conținutul „scuipă” înapoi, doar într-o formă complet diferită. Dacă sunteți interesat găuri negre în spațiu fapte interesante despre ele vom vorbi mai detaliat astăzi.

Există o amenințare pentru Pământ?

Există două găuri negre care pot reprezenta o amenințare reală pentru planeta noastră, dar ele sunt, din fericire pentru noi, departe, la o distanță de aproximativ 1600 de ani lumină. Oamenii de știință au putut detecta aceste obiecte doar pentru că erau aproape de sistemul solar și dispozitivele speciale care captează raze X au putut să le vadă. Există o presupunere că forța uriașă a gravitației poate afecta găurile negre în așa fel încât acestea să se îmbine într-una singură.

Este puțin probabil ca vreunul dintre contemporanii săi să poată surprinde momentul în care aceste obiecte misterioase dispar. Atât de încet este procesul de moarte a găurilor.

O gaură neagră este o stea în trecut

Cum se formează găurile negre în spațiu?? Stelele au o sursă impresionantă de combustibil de fuziune, motiv pentru care strălucesc atât de puternic. Dar toate resursele se epuizează, iar steaua se răcește, pierzându-și treptat strălucirea și transformându-se într-o pitică neagră. Se știe că într-o stea răcită are loc un proces de compresie, ca urmare, explodează, iar particulele sale se împrăștie pe distanțe mari în spațiu, atrăgând obiectele învecinate, crescând astfel dimensiunea găurii negre.

Cel mai interesant despre găurile negre din spațiu trebuie încă să studiem, dar, în mod surprinzător, densitatea sa, în ciuda dimensiunilor sale impresionante, poate fi egală cu densitatea aerului. Acest lucru sugerează că chiar și cele mai mari obiecte din spațiu pot avea aceeași greutate ca aerul, adică să fie incredibil de ușoare. Aici Cum apar găurile negre în spațiu?.

Timpul în gaura neagră în sine și în apropierea ei curge foarte lent, astfel încât obiectele care zboară în apropiere își încetinesc mișcarea. Motivul pentru tot este forța uriașă a gravitației, un fapt și mai uimitor, toate procesele care au loc în gaura în sine au o viteză incredibilă. Să presupunem că dacă observăm cum arată o gaură neagră în spațiu, fiind în afara granițelor masei atotconsumătoare, se pare că totul stă pe loc. Cu toate acestea, de îndată ce obiectul intra înăuntru, acesta va fi rupt într-o clipă. Astăzi ni se arată Cum arată o gaură neagră în spațiu? modelat prin programe speciale.

Definiția unei găuri negre?

Acum știm De unde provin găurile negre din spațiu?. Dar ce altceva este special la ei? A spune că o gaură neagră este o planetă sau o stea este imposibil a priori, deoarece acest corp nu este nici gazos, nici solid. Acesta este un obiect care poate distorsiona nu numai lățimea, lungimea și înălțimea, ci și cronologia. Ceea ce sfidează complet legile fizice. Oamenii de știință susțin că timpul din regiunea orizontului unei unități spațiale se poate deplasa înainte și înapoi. Ce este într-o gaură neagră în spațiu este imposibil de imaginat, cuantele de lumină care cad acolo sunt înmulțite de câteva ori cu masa singularității, acest proces crește puterea forței gravitaționale. Prin urmare, dacă iei o lanternă cu tine și mergi într-o gaură neagră, aceasta nu va străluci. Singularitatea este punctul în care totul tinde spre infinit.

Structura unei găuri negre este o singularitate și un orizont de evenimente. În interiorul singularității, teoriile fizice își pierd complet sensul, așa că rămâne încă un mister pentru oamenii de știință. Trecând granița (orizontul evenimentului), obiectul fizic își pierde capacitatea de a se întoarce. Știm departe de totul despre găurile negre din spațiu, dar interesul pentru ele nu dispare.

Universul nemărginit este plin de secrete, mistere și paradoxuri. În ciuda faptului că știința modernă a făcut un salt uriaș înainte în explorarea spațiului, multe din această lume vastă rămân de neînțeles pentru viziunea umană asupra lumii. Știm multe despre stele, nebuloase, clustere și planete. Cu toate acestea, în vastitatea Universului există astfel de obiecte, a căror existență o putem doar ghici. De exemplu, știm foarte puține despre găurile negre. Informațiile de bază și cunoștințele despre natura găurilor negre se bazează pe presupuneri și presupuneri. Astrofizicienii și oamenii de știință atomici se luptă cu această problemă de mai bine de o duzină de ani. Ce este o gaură neagră în spațiu? Care este natura unor astfel de obiecte?

Vorbind despre găurile negre în termeni simpli

Pentru a vă imagina cum arată o gaură neagră, este suficient să vedeți coada unui tren care părăsește tunelul. Luminile de semnalizare de pe ultimul vagon, pe măsură ce trenul se adâncește în tunel, vor scădea în dimensiune până când vor dispărea complet din vedere. Cu alte cuvinte, acestea sunt obiecte în care, din cauza atracției monstruoase, chiar și lumina dispare. Particulele elementare, electronii, protonii și fotonii nu sunt capabili să depășească bariera invizibilă, ele cad în abisul negru al neantului, de aceea o astfel de gaură în spațiu a fost numită neagră. Nu există nici cel mai mic punct luminos în interiorul ei, întuneric solid și infinit. Ce se află de cealaltă parte a unei găuri negre este necunoscut.

Acest aspirator spațial are o forță de atracție colosală și este capabil să absoarbă o întreagă galaxie cu toate clusterele și superclusterele de stele, cu nebuloase și materie întunecată. Cum este posibil acest lucru? Rămâne doar de ghicit. Legile fizicii cunoscute de noi în acest caz se sparg la cusături și nu oferă o explicație pentru procesele în desfășurare. Esența paradoxului constă în faptul că într-o anumită secțiune a Universului, interacțiunea gravitațională a corpurilor este determinată de masa lor. Procesul de absorbție de către un obiect al altuia nu este afectat de compoziția lor calitativă și cantitativă. Particulele, care au atins o cantitate critică într-o anumită zonă, intră într-un alt nivel de interacțiune, unde forțele gravitaționale devin forțe de atracție. Corpul, obiectul, substanța sau materia aflată sub influența gravitației începe să se micșoreze, atingând o densitate colosală.

Aproximativ astfel de procese au loc în timpul formării unei stele neutronice, unde materia stelară este comprimată în volum sub influența gravitației interne. Electronii liberi se combină cu protonii pentru a forma particule neutre din punct de vedere electric numite neutroni. Densitatea acestei substanțe este enormă. O particulă de materie de mărimea unei bucăți de zahăr rafinat are o greutate de miliarde de tone. Aici ar fi potrivit să reamintim teoria generală a relativității, unde spațiul și timpul sunt mărimi continue. Prin urmare, procesul de compresie nu poate fi oprit la jumătate și, prin urmare, nu are limită.

Potențial, o gaură neagră arată ca o gaură în care poate exista o tranziție de la o parte a spațiului la alta. În același timp, proprietățile spațiului și ale timpului însuși se schimbă, răsucindu-se într-o pâlnie spațiu-timp. Ajungând la fundul acestei pâlnii, orice materie se descompune în cuante. Ce este de cealaltă parte a găurii negre, această gaură uriașă? Poate că există un alt spațiu în care funcționează alte legi și timpul curge în direcția opusă.

În contextul teoriei relativității, teoria unei găuri negre este următoarea. Punctul din spațiu, unde forțele gravitaționale au comprimat orice materie la dimensiuni microscopice, are o forță de atracție colosală, a cărei mărime crește la infinit. Apare o încrețitură de timp, iar spațiul este curbat, închizându-se într-un singur punct. Obiectele înghițite de gaura neagră nu pot rezista singure forței de retragere a acestui monstruos aspirator. Chiar și viteza luminii deținută de cuante nu permite particulelor elementare să depășească forța de atracție. Orice corp care ajunge într-un astfel de punct încetează să mai fie un obiect material, fuzionand cu bula spațiu-timp.

Găuri negre din punct de vedere al științei

Dacă te întrebi cum se formează găurile negre? Nu va exista un singur răspuns. Există o mulțime de paradoxuri și contradicții în Univers care nu pot fi explicate din punct de vedere al științei. Teoria relativității a lui Einstein permite doar o explicație teoretică a naturii unor astfel de obiecte, dar mecanica cuantică și fizica tac în acest caz.

Încercând să explice procesele în desfășurare prin legile fizicii, imaginea va arăta astfel. Un obiect format ca rezultat al compresiei gravitaționale colosale a unui corp cosmic masiv sau supramasiv. Acest proces are un nume științific - colapsul gravitațional. Termenul „gaură neagră” a apărut pentru prima dată în comunitatea științifică în 1968, când astronomul și fizicianul american John Wheeler a încercat să explice starea colapsului stelar. Conform teoriei sale, în locul unei stele masive care a suferit un colaps gravitațional, apare un decalaj spațial și temporal, în care acționează o compresie din ce în ce mai mare. Tot ceea ce a constat steaua merge în sine.

O astfel de explicație ne permite să concluzionam că natura găurilor negre nu are nicio legătură cu procesele care au loc în Univers. Tot ceea ce se întâmplă în interiorul acestui obiect nu afectează în niciun fel spațiul înconjurător cu un „DAR”. Forța gravitațională a unei găuri negre este atât de puternică încât îndoaie spațiul, determinând rotirea galaxiilor în jurul găurilor negre. În consecință, motivul pentru care galaxiile iau forma de spirale devine clar. Nu se știe cât timp va dura până când uriașa galaxie Calea Lactee va dispărea în abisul unei găuri negre supermasive. Un fapt curios este că găurile negre pot apărea în orice punct din spațiul cosmic, unde sunt create condiții ideale pentru aceasta. O astfel de zbârcire de timp și spațiu nivelează vitezele uriașe cu care stelele se rotesc și se mișcă în spațiul galaxiei. Timpul într-o gaură neagră curge într-o altă dimensiune. În această regiune, nicio lege a gravitației nu poate fi interpretată din punct de vedere al fizicii. Această stare se numește o singularitate a găurii negre.

Găurile negre nu prezintă niciun semn extern de identificare, existența lor putând fi judecată după comportamentul altor obiecte spațiale care sunt afectate de câmpurile gravitaționale. Întreaga imagine a luptei pentru viață și moarte are loc la granița unei găuri negre, care este acoperită de o membrană. Această suprafață imaginară a pâlniei se numește „orizont de evenimente”. Tot ceea ce vedem până la această limită este tangibil și material.

Scenarii pentru formarea găurilor negre

Dezvoltând teoria lui John Wheeler, putem concluziona că misterul găurilor negre nu este în procesul de formare. Formarea unei găuri negre are loc ca urmare a prăbușirii unei stele neutronice. În plus, masa unui astfel de obiect ar trebui să depășească masa Soarelui de trei sau mai multe ori. Steaua cu neutroni se micșorează până când propria sa lumină nu mai poate scăpa din strânsoarea gravitației. Există o limită a dimensiunii la care o stea se poate micșora pentru a da naștere unei găuri negre. Această rază se numește rază gravitațională. Stelele masive aflate în stadiul final al dezvoltării lor ar trebui să aibă o rază gravitațională de câțiva kilometri.

Astăzi, oamenii de știință au obținut dovezi circumstanțiale pentru prezența găurilor negre într-o duzină de stele binare cu raze X. O stea cu raze X, un pulsar sau un burster nu are o suprafață solidă. În plus, masa lor este mai mare decât masa a trei Sori. Starea actuală a spațiului cosmic din constelația Cygnus, steaua cu raze X Cygnus X-1, face posibilă urmărirea formării acestor obiecte curioase.

Pe baza cercetărilor și a presupunerilor teoretice, există patru scenarii pentru formarea stelelor negre în știință astăzi:

• colapsul gravitațional al unei stele masive în stadiul final al evoluției sale;
• colapsul regiunii centrale a galaxiei;
• formarea găurilor negre în timpul Big Bang-ului;
• formarea găurilor negre cuantice.

Primul scenariu este cel mai realist, dar numărul de stele negre cu care suntem familiarizați astăzi depășește numărul de stele neutronice cunoscute. Iar vârsta Universului nu este atât de mare încât un astfel de număr de stele masive ar putea trece prin întregul proces de evoluție.

Al doilea scenariu are dreptul la viață și există un exemplu viu în acest sens - gaura neagră supermasivă Săgetător A*, adăpostită în centrul galaxiei noastre. Masa acestui obiect este de 3,7 mase solare. Mecanismul acestui scenariu este similar cu cel al colapsului gravitațional, singura diferență fiind că nu steaua este supusă prăbușirii, ci gazul interstelar. Sub influența forțelor gravitaționale, gazul este comprimat la o masă și densitate critice. Într-un moment critic, materia se descompune în cuante, formând o gaură neagră. Cu toate acestea, această teorie este îndoielnică, deoarece astronomii de la Universitatea Columbia au identificat recent sateliți ai găurii negre Sagetator A*. S-au dovedit a fi o mulțime de mici găuri negre, care probabil s-au format într-un mod diferit.

Al treilea scenariu este mai teoretic și este legat de existența teoriei Big Bang. La momentul formării Universului, o parte din materie și câmpurile gravitaționale au fluctuat. Cu alte cuvinte, procesele au luat o cale diferită, fără legătură cu procesele cunoscute ale mecanicii cuantice și ale fizicii nucleare.

Ultimul scenariu este axat pe fizica unei explozii nucleare. În aglomerări de materie, în procesul reacțiilor nucleare, sub influența forțelor gravitaționale, are loc o explozie, în locul căreia se formează o gaură neagră. Materia explodează spre interior, absorbind toate particulele.

Existența și evoluția găurilor negre

Având o idee aproximativă despre natura unor astfel de obiecte spațiale ciudate, altceva este interesant. Care sunt adevăratele dimensiuni ale găurilor negre, cât de repede cresc ele? Dimensiunile găurilor negre sunt determinate de raza lor gravitațională. Pentru găurile negre, raza găurii negre este determinată de masa sa și se numește raza Schwarzschild. De exemplu, dacă un obiect are o masă egală cu masa planetei noastre, atunci raza Schwarzschild în acest caz este de 9 mm. Lumina noastră principală are o rază de 3 km. Densitatea medie a unei găuri negre formate în locul unei stele cu o masă de 10⁸ mase solare va fi apropiată de densitatea apei. Raza unei astfel de formațiuni va fi de 300 de milioane de kilometri.

Este probabil ca astfel de găuri negre uriașe să fie situate în centrul galaxiilor. Până în prezent, sunt cunoscute 50 de galaxii, în centrul cărora se află puțuri uriașe de timp și spațiu. Masa unor astfel de giganți este de miliarde din masa Soarelui. Nu vă puteți imagina decât ce forță de atracție colosală și monstruoasă are o astfel de gaură.

În ceea ce privește găurile mici, acestea sunt mini-obiecte, a căror rază atinge valori neglijabile, doar 10¯¹² cm.Masa unei astfel de firimituri este de 10¹⁴g. Astfel de formațiuni au apărut în timpul Big Bang-ului, dar cu timpul au crescut în dimensiune și astăzi se etalează în spațiul cosmic ca niște monștri. Condițiile în care a avut loc formarea micilor găuri negre, oamenii de știință încearcă astăzi să le recreeze în condiții terestre. În aceste scopuri, experimentele sunt efectuate în colisionare de electroni, prin care particulele elementare sunt accelerate la viteza luminii. Primele experimente au făcut posibilă obținerea plasmei cuarci-gluoni în condiții de laborator - materie care a existat în zorii formării Universului. Astfel de experimente ne permit să sperăm că o gaură neagră pe Pământ este o chestiune de timp. Un alt lucru este dacă o astfel de realizare a științei umane se va transforma într-o catastrofă pentru noi și pentru planeta noastră. Prin crearea artificială a unei găuri negre, putem deschide cutia Pandorei.

Observațiile recente ale altor galaxii au permis oamenilor de știință să descopere găuri negre ale căror dimensiuni depășesc toate așteptările și presupunerile imaginabile. Evoluția care are loc cu astfel de obiecte face posibil să înțelegem mai bine de ce crește masa găurilor negre, care este limita sa reală. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că toate găurile negre cunoscute au crescut la dimensiunea lor reală în 13-14 miliarde de ani. Diferența de dimensiune se datorează densității spațiului înconjurător. Dacă gaura neagră are suficientă hrană la îndemâna forțelor gravitaționale, ea crește cu salturi, atingând o masă de sute și mii de mase solare. De aici și dimensiunea gigantică a unor astfel de obiecte situate în centrul galaxiilor. Un grup masiv de stele, mase uriașe de gaz interstelar sunt hrană abundentă pentru creștere. Când galaxiile se îmbină, găurile negre se pot îmbina, formând un nou obiect supermasiv.

Judecând după analiza proceselor evolutive, se obișnuiește să se distingă două clase de găuri negre:

• obiecte cu o masă de 10 ori masa solară;
• obiecte masive, a căror masă este de sute de mii, miliarde de mase solare.

Există găuri negre cu o masă intermediară medie egală cu 100-10 mii de mase solare, dar natura lor este încă necunoscută. Există aproximativ un astfel de obiect pe galaxie. Studiul stelelor cu raze X a făcut posibilă găsirea a două găuri negre medii la o distanță de 12 milioane de ani lumină în galaxia M82. Masa unui obiect variază în intervalul 200-800 de mase solare. Un alt obiect este mult mai mare și are o masă de 10-40 mii de mase solare. Soarta unor astfel de obiecte este interesantă. Sunt situate în apropierea clusterelor de stele, fiind atrase treptat de o gaură neagră supermasivă situată în partea centrală a galaxiei.

Planeta noastră și găurile negre

În ciuda căutării de indicii despre natura găurilor negre, lumea științifică este preocupată de locul și rolul unei găuri negre în soarta galaxiei Calea Lactee și, în special, în soarta planetei Pământ. Pliul de timp și spațiu care există în centrul Căii Lactee cuprinde treptat toate obiectele existente în jur. Milioane de stele și trilioane de tone de gaz interstelar au fost deja absorbite în gaura neagră. În timp, tura va ajunge la brațele lui Cygnus și Săgetător, în care se află sistemul solar, după ce a parcurs o distanță de 27 de mii de ani lumină.

Cealaltă gaură neagră supermasivă cea mai apropiată se află în partea centrală a galaxiei Andromeda. Aceasta este la aproximativ 2,5 milioane de ani lumină de noi. Probabil, înainte de momentul în care obiectul nostru Săgetător A* își absoarbe propria galaxie, ar trebui să ne așteptăm la o fuziune a două galaxii învecinate. În consecință, va avea loc o fuziune a două găuri negre supermasive într-una, teribilă și monstruoasă ca dimensiune.

O problemă complet diferită sunt micile găuri negre. Pentru a absorbi planeta Pământ, este suficientă o gaură neagră cu o rază de câțiva centimetri. Problema este că, prin natură, o gaură neagră este un obiect complet fără chip. Nicio radiație sau radiație nu provine din pântecele ei, așa că este destul de dificil să observi un obiect atât de misterios. Doar de la o distanță apropiată se poate detecta curbura luminii de fundal, ceea ce indică faptul că există o gaură în spațiu în această regiune a Universului.

Până în prezent, oamenii de știință au stabilit că cea mai apropiată gaură neagră de Pământ este V616 Monocerotis. Monstrul este situat la 3000 de ani lumină de sistemul nostru. În ceea ce privește dimensiunea, aceasta este o formațiune mare, masa sa este de 9-13 mase solare. Un alt obiect din apropiere care amenință lumea noastră este gaura neagră Gygnus X-1. Cu acest monstru suntem despărțiți de o distanță de 6000 de ani lumină. Găurile negre dezvăluite în cartierul nostru fac parte dintr-un sistem binar, adică. există în imediata apropiere a unei stele care hrănește un obiect nesățios.

Concluzie

Existența în spațiu a unor obiecte atât de misterioase și misterioase precum găurile negre, desigur, ne face să fim în garda noastră. Totuși, tot ce se întâmplă cu găurile negre se întâmplă destul de rar, având în vedere vârsta universului și distanțe uriașe. Timp de 4,5 miliarde de ani, sistemul solar a fost în repaus, existând conform legilor cunoscute nouă. În acest timp, în apropierea sistemului solar nu a apărut nimic de acest fel, nici distorsiunea spațiului, nici pliul timpului. Probabil, nu există condiții potrivite pentru asta. Acea parte a Căii Lactee, în care se află sistemul stelar al Soarelui, este o secțiune calmă și stabilă a spațiului.

Oamenii de știință admit ideea că apariția găurilor negre nu este întâmplătoare. Astfel de obiecte joacă rolul de ordonanți în Univers, distrugând excesul de corpuri cosmice. În ceea ce privește soarta monștrilor înșiși, evoluția lor nu a fost încă studiată pe deplin. Există o versiune conform căreia găurile negre nu sunt eterne și, la un anumit stadiu, pot înceta să mai existe. Nu mai este un secret pentru nimeni că astfel de obiecte sunt cele mai puternice surse de energie. Ce fel de energie este și cum este măsurată este o altă chestiune.

Prin eforturile lui Stephen Hawking, științei a fost prezentată cu teoria conform căreia o gaură neagră încă radiază energie, pierzându-și masa. În ipotezele sale, omul de știință a fost ghidat de teoria relativității, în care toate procesele sunt interconectate între ele. Nimic nu dispare fără să apară altundeva. Orice materie poate fi transformată într-o altă substanță, în timp ce un tip de energie merge la un alt nivel energetic. Acesta poate fi cazul găurilor negre, care sunt un portal de tranziție de la o stare la alta.

Dacă aveți întrebări - lăsați-le în comentariile de sub articol. Noi sau vizitatorii noștri vom fi bucuroși să le răspundem.

Fiecare persoană care se familiarizează cu astronomia mai devreme sau mai târziu experimentează o puternică curiozitate față de cele mai misterioase obiecte din univers - găurile negre. Aceștia sunt adevărații stăpâni ai întunericului, capabili să „înghită” orice atom care trece prin apropiere și să nu lase nici măcar lumina să scape – atracția lor este atât de puternică. Aceste obiecte reprezintă o adevărată provocare pentru fizicieni și astronomi. Primii încă nu pot înțelege ce se întâmplă cu materia care a căzut în interiorul găurii negre, iar cei din urmă, deși explică fenomenele cele mai consumatoare de energie din spațiu prin existența găurilor negre, nu au avut niciodată ocazia să observe vreuna dintre ele. direct. Vom vorbi despre aceste cele mai interesante obiecte cerești, vom afla ce a fost deja descoperit și ce rămâne de știut pentru a ridica vălul secretului.

Ce este o gaură neagră?

Denumirea de „gaura neagră” (în engleză – gaură neagră) a fost propusă în 1967 de către fizicianul teoretician american John Archibald Wheeler (vezi fotografia din stânga). A servit la desemnarea unui corp ceresc, a cărui atracție este atât de puternică încât nici măcar lumina nu se lasă de la sine. Prin urmare, este „negru” pentru că nu emite lumină.

observatii indirecte

Acesta este motivul unui astfel de mister: deoarece găurile negre nu strălucesc, nu le putem vedea direct și suntem forțați să le căutăm și să le studiem, folosind doar dovezi indirecte că existența lor lasă în spațiul înconjurător. Cu alte cuvinte, dacă o gaură neagră învăluie o stea, nu putem vedea gaura neagră, dar putem observa efectele devastatoare ale câmpului său gravitațional puternic.

Intuiția lui Laplace

În ciuda faptului că expresia „gaura neagră” pentru a se referi la stadiul final ipotetic al evoluției unei stele care s-a prăbușit în sine sub influența gravitației a apărut relativ recent, a apărut ideea posibilității existenței unor astfel de corpuri. acum mai bine de două secole. Englezul John Michell și francezul Pierre-Simon de Laplace au emis independent ipoteza existenței „stelelor invizibile”; în timp ce acestea se bazau pe legile obișnuite ale dinamicii și legea gravitației universale a lui Newton. Astăzi, găurile negre au primit descrierea corectă pe baza teoriei generale a relativității a lui Einstein.

În lucrarea sa „Statement of the system of the world” (1796), Laplace a scris: „O stea strălucitoare de aceeași densitate ca Pământul, cu un diametru de 250 de ori mai mare decât diametrul Soarelui, datorită atracției sale gravitaționale, nu ar permite razelor de lumină să ajungă la noi. Prin urmare, este posibil ca cele mai mari și mai strălucitoare corpuri cerești să fie invizibile din acest motiv.

Gravitația invincibilă

Ideea lui Laplace s-a bazat pe conceptul de viteză de evacuare (a doua viteză cosmică). O gaură neagră este un obiect atât de dens încât atracția sa este capabilă să rețină chiar și lumina, care dezvoltă cea mai mare viteză din natură (aproape 300.000 km/s). În practică, pentru a scăpa dintr-o gaură neagră, ai nevoie de o viteză mai mare decât viteza luminii, dar acest lucru este imposibil!

Aceasta înseamnă că o stea de acest fel ar fi invizibilă, deoarece nici măcar lumina nu ar fi capabilă să-și depășească gravitația puternică. Einstein a explicat acest fapt prin fenomenul de deviere a luminii sub influența unui câmp gravitațional. În realitate, lângă o gaură neagră, spațiu-timp este atât de curbat încât căile razelor de lumină se închid și pe ele însele. Pentru a transforma Soarele într-o gaură neagră, va trebui să-i concentrăm toată masa într-o bilă cu raza de 3 km, iar Pământul va trebui să se transforme într-o bilă cu raza de 9 mm!

Tipuri de găuri negre

În urmă cu aproximativ zece ani, observațiile sugerau existența a două tipuri de găuri negre: stelare, a căror masă este comparabilă cu masa Soarelui sau o depășește ușor și supermasivă, a căror masă este de la câteva sute de mii până la multe milioane de mase solare. Cu toate acestea, relativ recent, imaginile cu raze X de înaltă rezoluție și spectrele obținute de la sateliți artificiali precum Chandra și XMM-Newton au adus în prim-plan al treilea tip de gaură neagră - cu o masă medie care depășește masa Soarelui de mii de ori. .

găuri negre stelare

Găurile negre stelare au devenit cunoscute mai devreme decât altele. Ele se formează atunci când o stea de masă mare, la sfârșitul căii sale evolutive, rămâne fără combustibil nuclear și se prăbușește în sine din cauza propriei gravitații. O explozie de distrugere a stelelor (cunoscută sub numele de „explozie de supernovă”) are consecințe catastrofale: dacă nucleul unei stele este de peste 10 ori masa Soarelui, nicio forță nucleară nu poate rezista colapsului gravitațional care va avea ca rezultat apariția o gaură neagră.

Găuri negre supermasive

Găurile negre supermasive, observate pentru prima dată în nucleele unor galaxii active, au o origine diferită. Există mai multe ipoteze cu privire la nașterea lor: o gaură neagră stelară care devorează toate stelele care o înconjoară timp de milioane de ani; un grup îmbinat de găuri negre; un nor colosal de gaz care se prăbușește direct într-o gaură neagră. Aceste găuri negre sunt printre cele mai energice obiecte din spațiu. Ele sunt situate în centrele multor galaxii, dacă nu toate. Galaxy noastră are și o astfel de gaură neagră. Uneori, din cauza prezenței unei astfel de găuri negre, nucleele acestor galaxii devin foarte strălucitoare. Galaxiile cu găuri negre în centru, înconjurate de o cantitate mare de materie în cădere și, prin urmare, capabile să producă o cantitate enormă de energie, sunt numite „active”, iar nucleele lor sunt numite „nuclee galactice active” (AGN). De exemplu, quasarii (cele mai îndepărtate obiecte spațiale de la noi disponibile pentru observația noastră) sunt galaxii active, în care vedem doar un nucleu foarte luminos.

Mediu și „mini”

Un alt mister rămân găurile negre de masă medie, care, conform cercetărilor recente, ar putea fi în centrul unor clustere globulare, precum M13 și NCC 6388. Mulți astronomi sunt sceptici cu privire la aceste obiecte, dar unele cercetări recente sugerează prezența gauri negre.de dimensiuni medii chiar si nu departe de centrul Galaxiei noastre. Fizicianul englez Stephen Hawking a prezentat și o presupunere teoretică despre existența celui de-al patrulea tip de găuri negre - o „mini-găură” cu o masă de doar un miliard de tone (care este aproximativ egală cu masa unui munte mare). Vorbim despre obiecte primare, adică cele apărute în primele momente de viață ale Universului, când presiunea era încă foarte mare. Cu toate acestea, nicio urmă a existenței lor nu a fost încă descoperită.

Cum să găsești o gaură neagră

Cu doar câțiva ani în urmă, o lumină sa aprins peste găurile negre. Datorită instrumentelor și tehnologiilor (atât terestre, cât și spațiale) în continuă îmbunătățire, aceste obiecte devin din ce în ce mai puțin misterioase; mai exact, spațiul care le înconjoară devine mai puțin misterios. Într-adevăr, deoarece gaura neagră în sine este invizibilă, o putem recunoaște doar dacă este înconjurată de suficientă materie (stele și gaz fierbinte) care o orbitează la o distanță mică.

Vizionarea sistemelor duble

Unele găuri negre stelare au fost descoperite prin observarea mișcării orbitale a unei stele în jurul unui însoțitor binar invizibil. Sistemele binare apropiate (adică formate din două stele foarte apropiate una de cealaltă), în care unul dintre însoțitori este invizibil, sunt obiectul preferat de observație pentru astrofizicienii care caută găuri negre.

Un indiciu al prezenței unei găuri negre (sau stele de neutroni) este emisia puternică de raze X, cauzată de un mecanism complex, care poate fi descris schematic după cum urmează. Datorită gravitației sale puternice, o gaură neagră poate smulge materia dintr-o stea însoțitoare; acest gaz este distribuit sub forma unui disc plat și cade în spirală în gaura neagră. Frecarea rezultată din ciocnirea particulelor de gaz în cădere încălzește straturile interioare ale discului la câteva milioane de grade, ceea ce provoacă o puternică emisie de raze X.

Observații cu raze X

Observațiile în raze X ale obiectelor din galaxiile noastre și galaxiile învecinate care au fost efectuate timp de câteva decenii au făcut posibilă detectarea surselor binare compacte, dintre care aproximativ o duzină sunt sisteme care conțin candidați pentru găuri negre. Problema principală este determinarea masei unui corp ceresc invizibil. Valoarea masei (deși nu foarte precisă) poate fi găsită prin studierea mișcării însoțitorului sau, ceea ce este mult mai dificil, prin măsurarea intensității razelor X a materiei incidente. Această intensitate este legată printr-o ecuație cu masa corpului pe care cade această substanță.

Laureat Nobel

Ceva similar se poate spune despre găurile negre supermasive observate în nucleele multor galaxii, ale căror mase sunt estimate prin măsurarea vitezelor orbitale ale gazului care cade în gaura neagră. În acest caz, cauzat de un câmp gravitațional puternic al unui obiect foarte mare, o creștere rapidă a vitezei norilor de gaz care orbitează în centrul galaxiilor este relevată de observațiile în domeniul radio, precum și în fascicule optice. Observațiile în intervalul de raze X pot confirma eliberarea crescută de energie cauzată de căderea materiei în gaura neagră. Cercetarea cu raze X la începutul anilor 1960 a fost începută de italianul Riccardo Giacconi, care a lucrat în SUA. El a primit Premiul Nobel în 2002 ca recunoaștere pentru „contribuțiile sale inovatoare la astrofizică care au condus la descoperirea surselor de raze X în spațiu”.

Cygnus X-1: primul candidat

Galaxia noastră nu este imună la prezența obiectelor candidate pentru găuri negre. Din fericire, niciunul dintre aceste obiecte nu este suficient de aproape de noi pentru a reprezenta un pericol pentru existența Pământului sau a sistemului solar. În ciuda numărului mare de surse compacte de raze X notate (și acestea sunt cele mai probabile candidați pentru găsirea găurilor negre acolo), nu suntem siguri că acestea conțin de fapt găuri negre. Singura dintre aceste surse care nu are o versiune alternativă este binarul apropiat Cygnus X-1, adică cea mai strălucitoare sursă de raze X din constelația Cygnus.

stele masive

Acest sistem, cu o perioadă orbitală de 5,6 zile, constă dintr-o stea albastră foarte strălucitoare de dimensiuni mari (diametrul său este de 20 de ori mai mare decât cel al soarelui, iar masa lui este de aproximativ 30 de ori), ușor de distins chiar și cu telescopul dvs. a doua stea invizibilă, masa care este estimată la mai multe mase solare (până la 10). Situată la o distanță de 6500 de ani lumină de noi, a doua stea ar fi perfect vizibilă dacă ar fi o stea obișnuită. Invizibilitatea sa, razele X puternice ale sistemului și, în cele din urmă, estimarea masei sale îi fac pe cei mai mulți astronomi să creadă că aceasta este prima descoperire confirmată a unei găuri negre stelare.

Îndoieli

Cu toate acestea, există și sceptici. Printre ei se numără unul dintre cei mai mari cercetători ai găurilor negre, fizicianul Stephen Hawking. A făcut chiar un pariu cu colegul său american Keel Thorne, un susținător puternic al clasificării Cygnus X-1 ca o gaură neagră.

Disputa asupra naturii obiectului Cygnus X-1 nu este singurul pariu al lui Hawking. După ce a dedicat câteva decenii studiilor teoretice ale găurilor negre, el s-a convins de eroarea ideilor sale anterioare despre aceste obiecte misterioase.În special, Hawking a presupus că materia după ce a căzut într-o gaură neagră dispare pentru totdeauna și, odată cu aceasta, tot bagajul ei informațional dispare. . Era atât de sigur de asta încât a făcut un pariu pe acest subiect în 1997 împreună cu colegul său american John Preskill.

Recunoașterea unei greșeli

Pe 21 iulie 2004, în discursul său la Congresul relativității de la Dublin, Hawking a recunoscut că Preskill avea dreptate. Găurile negre nu duc la dispariția completă a materiei. Mai mult, au un anumit fel de „memorie”. În interiorul lor pot fi stocate urme ale a ceea ce au absorbit. Astfel, prin „evaporare” (adică emitând lent radiații datorită efectului cuantic), ei pot returna aceste informații Universului nostru.

Găuri negre în galaxie

Astronomii încă mai au multe îndoieli cu privire la prezența găurilor negre stelare în Galaxia noastră (cum ar fi cea care aparține sistemului binar Cygnus X-1); dar există mult mai puține îndoieli cu privire la găurile negre supermasive.

In centru

Există cel puțin o gaură neagră supermasivă în galaxia noastră. Sursa sa, cunoscută sub numele de Săgetător A*, este situată exact în centrul planului Căii Lactee. Numele său este explicat prin faptul că este cea mai puternică sursă radio din constelația Săgetător. În această direcție se află atât centrii geometrici, cât și cei fizici ai sistemului nostru galactic. Situată la o distanță de aproximativ 26.000 de ani lumină de noi, o gaură neagră supermasivă asociată cu sursa undelor radio, Săgetătorul A*, are o masă estimată la aproximativ 4 milioane de mase solare, închisă într-un spațiu al cărui volum este comparabil cu cel al volumul sistemului solar. Apropierea sa relativă de noi (această gaură neagră supermasivă este fără îndoială cea mai apropiată de Pământ) a făcut ca obiectul să fie supus unei examinări deosebit de profunde de către observatorul spațial Chandra în ultimii ani. S-a dovedit, în special, că este și o sursă puternică de raze X (dar nu la fel de puternică ca sursele din nucleele galactice active). Săgetătorul A* poate fi rămășița latentă a ceea ce a fost nucleul activ al galaxiei noastre cu milioane sau miliarde de ani în urmă.

A doua gaură neagră?

Cu toate acestea, unii astronomi cred că există o altă surpriză în Galaxia noastră. Vorbim despre o a doua gaură neagră de masă medie, care ține împreună un grup de stele tinere și nu le permite să cadă într-o gaură neagră supermasivă situată în centrul Galaxy însăși. Cum se poate ca la o distanță de mai puțin de un an lumină de el să existe un grup de stele cu o vârstă care abia a ajuns la 10 milioane de ani, adică, după standardele astronomice, foarte tânăr? Potrivit cercetătorilor, răspunsul constă în faptul că clusterul nu s-a născut acolo (mediul din jurul găurii negre centrale este prea ostil pentru formarea stelelor), ci a fost „tras” acolo datorită existenței unei a doua găuri negre în interior. acesta, care are o masă de valori medii.

Pe orbita

Stelele individuale ale clusterului, atrase de gaura neagră supermasivă, au început să se deplaseze spre centrul galactic. Cu toate acestea, în loc să fie dispersate în spațiu, ele rămân adunate împreună datorită atracției unei a doua găuri negre situate în centrul clusterului. Masa acestei găuri negre poate fi estimată din capacitatea sa de a ține un întreg grup de stele „în lesă”. O gaură neagră de dimensiuni medii pare să se învârte în jurul găurii negre centrale în aproximativ 100 de ani. Aceasta înseamnă că observațiile pe termen lung de-a lungul multor ani ne vor permite să o „vedem”.

S. TRANKOVSKI

Printre cele mai importante și interesante probleme ale fizicii și astrofizicii moderne, academicianul V. L. Ginzburg a numit întrebări legate de găurile negre (vezi Science and Life, nr. 11, 12, 1999). Existența acestor obiecte ciudate a fost prezisă în urmă cu mai bine de două sute de ani, condițiile care au condus la formarea lor au fost calculate cu exactitate la sfârșitul anilor 30 ai secolului XX, iar astrofizica a ajuns să le facă față cu mai puțin de patruzeci de ani în urmă. Astăzi, reviste științifice din întreaga lume publică mii de articole despre găurile negre în fiecare an.

Formarea unei găuri negre poate avea loc în trei moduri.

Așa se obișnuiește să se descrie procesele care au loc în vecinătatea unei găuri negre care se prăbușește. Pe măsură ce timpul trece (Y), spațiul (X) din jurul lui (zona umbrită) se micșorează spre singularitate.

Câmpul gravitațional al unei găuri negre introduce distorsiuni puternice în geometria spațiului.

O gaură neagră, invizibilă printr-un telescop, se dezvăluie numai prin influența gravitațională.

În câmpul gravitațional puternic al unei găuri negre, se nasc perechile particule-antiparticule.

Nașterea unei perechi particule-antiparticule în laborator.

CUM APAR

Un corp ceresc luminos, având o densitate egală cu cea a Pământului și un diametru de două sute cincizeci de ori mai mare decât diametrul Soarelui, datorită forței de atracție a acestuia, nu va permite luminii sale să ajungă la noi. Astfel, este posibil ca cele mai mari corpuri luminoase din univers, tocmai din cauza dimensiunii lor, să rămână invizibile.
Pierre Simon Laplace.
Prezentarea sistemului lumii. 1796

În 1783, matematicianul englez John Mitchell, iar treisprezece ani mai târziu, independent de el, astronomul și matematicianul francez Pierre Simon Laplace au efectuat un studiu foarte ciudat. Ei au luat în considerare condițiile în care lumina nu ar putea părăsi o stea.

Logica oamenilor de știință era simplă. Pentru orice obiect astronomic (planetă sau stea), puteți calcula așa-numita viteză de evacuare, sau a doua viteză cosmică, care permite oricărui corp sau particulă să o părăsească pentru totdeauna. Și în fizica acelei vremuri, domina teoria newtoniană, potrivit căreia lumina este un flux de particule (aproape o sută cincizeci de ani au rămas până la teoria undelor electromagnetice și a cuantelor). Viteza de evacuare a particulelor poate fi calculată pe baza egalității energiei potențiale de pe suprafața planetei și a energiei cinetice a corpului care „scăpa” la o distanță infinit de mare. Această viteză este determinată de formula #1#

Unde M este masa obiectului spațial, R este raza lui, G este constanta gravitațională.

De aici, se obține cu ușurință raza unui corp cu o masă dată (numită mai târziu „raza gravitațională r g "), la care viteza de evacuare este egală cu viteza luminii:

Aceasta înseamnă că o stea s-a comprimat într-o sferă cu rază r g< 2GM/c 2 va înceta să mai emită - lumina nu o va putea părăsi. O gaură neagră va apărea în univers.

Este ușor de calculat că Soarele (masa sa este de 2,1033 g) se va transforma într-o gaură neagră dacă se micșorează la o rază de aproximativ 3 kilometri. Densitatea substanței sale în acest caz va ajunge la 10 16 g/cm 3 . Raza Pământului, comprimată în starea unei găuri negre, ar scădea la aproximativ un centimetru.

Părea incredibil că s-ar putea găsi în natură forțe care ar putea comprima o stea la o dimensiune atât de nesemnificativă. Prin urmare, concluziile din munca lui Mitchell și Laplace de mai bine de o sută de ani au fost considerate ceva ca un paradox matematic care nu are sens fizic.

O dovadă matematică riguroasă că un astfel de obiect exotic în spațiu este posibil a fost obținută abia în 1916. Astronomul german Karl Schwarzschild, după ce a analizat ecuațiile teoriei generale a relativității a lui Albert Einstein, a primit un rezultat interesant. După ce a studiat mișcarea unei particule în câmpul gravitațional al unui corp masiv, el a ajuns la concluzia că ecuația își pierde sensul fizic (soluția ei merge la infinit) atunci când r= 0 și r = r g.

Punctele în care caracteristicile domeniului își pierd sensul se numesc singulare, adică speciale. Singularitatea la punctul zero reflectă un punct sau, ceea ce este același lucru, o structură de câmp simetric central (la urma urmei, orice corp sferic - o stea sau o planetă - poate fi reprezentat ca punct material). Și punctele situate pe o suprafață sferică cu o rază r g , formează însăși suprafața de pe care viteza de evacuare este egală cu viteza luminii. În teoria generală a relativității, se numește sfera singulară Schwarzschild sau orizontul evenimentelor (de ce - va deveni clar mai târziu).

Deja pe exemplul obiectelor cunoscute nouă - Pământul și Soarele - este clar că găurile negre sunt obiecte foarte ciudate. Chiar și astronomii care se ocupă de materie la temperaturi, densitate și presiune extreme le consideră a fi foarte exotice și până de curând nu toată lumea credea în existența lor. Cu toate acestea, primele indicii ale posibilității formării găurilor negre erau deja conținute în teoria generală a relativității a lui A. Einstein, creată în 1915. Astronomul englez Arthur Eddington, unul dintre primii interpreți și popularizatori ai teoriei relativității, a derivat în anii 1930 un sistem de ecuații care descriu structura internă a stelelor. Din acestea rezultă că steaua se află în echilibru sub acțiunea forțelor gravitaționale direcționate opus și a presiunii interne create de mișcarea particulelor de plasmă fierbinte în interiorul luminii și de presiunea radiației generate în adâncurile sale. Și asta înseamnă că steaua este o minge de gaz, în centrul căreia se află o temperatură ridicată, care scade treptat spre periferie. Din ecuații, în special, a rezultat că temperatura de suprafață a Soarelui este de aproximativ 5500 de grade (ceea ce este destul de în concordanță cu datele măsurătorilor astronomice), iar în centrul său ar trebui să fie aproximativ 10 milioane de grade. Acest lucru i-a permis lui Eddington să facă o concluzie profetică: la o astfel de temperatură, o reacție termonucleară este „aprinsă”, suficientă pentru a asigura strălucirea Soarelui. Fizicienii atomici din acea vreme nu erau de acord cu acest lucru. Lor li s-a părut că e prea „rece” în măruntaiele stelei: temperatura acolo era insuficientă pentru ca reacția să „meargă”. La aceasta teoreticianul înfuriat a răspuns: „Căutați un loc mai fierbinte!”

Și în cele din urmă, s-a dovedit a avea dreptate: există într-adevăr o reacție termonucleară în centrul stelei (un alt lucru este că așa-numitul „model solar standard”, bazat pe idei despre fuziunea termonucleară, se pare că s-a dovedit a fi fi incorect - vezi, de exemplu, „Știința și viața” nr. 2, 3, 2000). Cu toate acestea, reacția în centrul stelei are loc, steaua strălucește, iar radiația care apare în acest caz o menține într-o stare stabilă. Dar acum „combustibilul” nuclear din stele se stinge. Eliberarea de energie se oprește, radiația se stinge, iar forța care reține atracția gravitațională dispare. Există o limită a masei unei stele, după care steaua începe să se micșoreze ireversibil. Calculele arată că acest lucru se întâmplă dacă masa stelei depășește două sau trei mase solare.

PRIBERE GRAVITAȚIONALĂ

La început, rata de contracție a stelei este mică, dar viteza acesteia crește continuu, deoarece forța de atracție este invers proporțională cu pătratul distanței. Compresia devine ireversibilă, nu există forțe capabile să contracareze autogravitația. Acest proces se numește colaps gravitațional. Viteza cochiliei stelei spre centrul acesteia crește, apropiindu-se de viteza luminii. Și aici efectele teoriei relativității încep să joace un rol.

Viteza de evacuare a fost calculată pe baza ideilor newtoniene despre natura luminii. Din punctul de vedere al relativității generale, fenomenele din vecinătatea unei stele care se prăbușesc apar oarecum diferit. În câmpul său gravitațional puternic, are loc așa-numita deplasare gravitațională spre roșu. Aceasta înseamnă că frecvența radiațiilor provenite de la un obiect masiv este deplasată către frecvențe joase. În limită, la limita sferei Schwarzschild, frecvența radiației devine egală cu zero. Adică, un observator care se află în afara ei nu va putea afla nimic despre ceea ce se întâmplă în interior. De aceea sfera Schwarzschild este numită orizont de evenimente.

Dar reducerea frecvenței echivalează cu încetinirea timpului, iar când frecvența devine zero, timpul se oprește. Aceasta înseamnă că un observator din exterior va vedea o imagine foarte ciudată: învelișul unei stele care cade cu o accelerație crescândă, în loc să atingă viteza luminii, se oprește. Din punctul său de vedere, contracția se va opri imediat ce dimensiunea stelei se va apropia de raza gravitațională.
mustață. El nu va vedea niciodată nici măcar o particulă „scufundându-se” sub sfera Schwarzschild. Dar pentru un observator ipotetic care cade într-o gaură neagră, totul se va încheia în câteva clipe conform ceasului său. Astfel, timpul de colaps gravitațional pentru o stea de dimensiunea Soarelui va fi de 29 de minute, iar pentru o stea neutronică mult mai densă și mai compactă, de doar 1/20.000 de secundă. Și iată-l în necaz, legat de geometria spațiului-timp lângă o gaură neagră.

Observatorul intră într-un spațiu curbat. În apropierea razei gravitaționale, forțele gravitaționale devin infinit de mari; ele întind racheta cu astronautul-observator într-un fir infinit de subțire de lungime infinită. Dar el însuși nu va observa acest lucru: toate deformațiile sale vor corespunde distorsiunilor coordonatelor spațiu-timp. Aceste considerații se referă, desigur, la cazul ideal, ipotetic. Orice corp real va fi sfâșiat de forțele mareelor ​​cu mult înainte de a se apropia de sfera Schwarzschild.

DIMENSIUNI GĂURI NEGRE

Dimensiunea unei găuri negre, sau mai degrabă, raza sferei Schwarzschild este proporțională cu masa stelei. Și din moment ce astrofizica nu impune nicio restricție cu privire la dimensiunea unei stele, o gaură neagră poate fi arbitrar de mare. Dacă, de exemplu, a apărut în timpul prăbușirii unei stele cu o masă de 10 8 mase solare (sau datorită fuziunii a sute de mii, sau chiar milioane de stele relativ mici), raza sa ar fi de aproximativ 300 de milioane de kilometri, de două ori orbita Pământului. Și densitatea medie a substanței unui astfel de gigant este aproape de densitatea apei.

Aparent, tocmai aceste găuri negre se găsesc în centrele galaxiilor. În orice caz, astronomii numără astăzi aproximativ cincizeci de galaxii, în centrul cărora, judecând după semne indirecte (vom vorbi mai jos despre ele), există găuri negre cu o masă de aproximativ un miliard (10 9) solare. Aparent, Galaxy noastră are și propria sa gaură neagră; masa sa a fost estimată destul de precis - 2,4. 10 6 ±10% din masa Soarelui.

Teoria presupune că, împreună cu astfel de supergiganți, ar fi trebuit să apară mini-găuri negre cu o masă de aproximativ 10 14 g și o rază de aproximativ 10 -12 cm (dimensiunea nucleului atomic). Ele ar putea apărea în primele momente ale existenței Universului ca o manifestare a unei neomogenități foarte puternice de spațiu-timp cu o densitate energetică colosală. Condițiile care existau atunci în Univers sunt acum realizate de cercetătorii de la ciocnitori puternici (acceleratoare pe fascicule care se ciocnesc). Experimentele de la CERN la începutul acestui an au făcut posibilă obținerea plasmei cuarc-gluoni - materie care exista înainte de apariția particulelor elementare. Cercetările asupra acestei stări a materiei continuă la Brookhaven, centrul american de accelerare. Este capabil să accelereze particulele la energii cu unu și jumătate până la două ordine de mărime mai mari decât un accelerator în
CERN. Următorul experiment a provocat o anxietate gravă: va apărea o mini-gaură neagră în timpul implementării sale, care va îndoi spațiul nostru și va distruge Pământul?

Această teamă a provocat un răspuns atât de puternic, încât guvernul SUA a fost nevoit să convoace o comisie autorizată pentru a testa această posibilitate. Comisia, formată din cercetători de seamă, a concluzionat că energia acceleratorului este prea mică pentru a se forma o gaură neagră (acest experiment este descris în jurnalul Nauka i Zhizn, nr. 3, 2000).

CUM SĂ VEDEȚI INVIZIBILUL

Găurile negre nu emit nimic, nici măcar lumină. Cu toate acestea, astronomii au învățat să-i vadă, sau mai bine zis, să găsească „candidați” pentru acest rol. Există trei moduri de a detecta o gaură neagră.

1. Este necesar să se urmărească circulația stelelor în clustere în jurul unui anumit centru de greutate. Dacă se dovedește că nu există nimic în acest centru, iar stelele se învârt, parcă, în jurul unui loc gol, se poate spune cu suficientă încredere: există o gaură neagră în acest „gol”. Pe această bază a fost presupusă prezența unei găuri negre în centrul galaxiei noastre și a fost estimată masa acesteia.

2. O gaură neagră aspiră activ materia în sine din spațiul înconjurător. Praful interstelar, gazul, materia stelelor din apropiere cad pe el în spirală, formând așa-numitul disc de acreție, asemănător cu inelul lui Saturn. (Acesta este exact ceea ce a fost înfricoșător în experimentul Brookhaven: o mini-gaură neagră care a apărut în accelerator va începe să sugă Pământul în sine, iar acest proces nu a putut fi oprit de nicio forță.) Apropiindu-se de sfera Schwarzschild, particulele experimentează accelerație și începe să radieze în intervalul de raze X. Această radiație are un spectru caracteristic similar cu radiația bine studiată a particulelor accelerate într-un sincrotron. Și dacă o astfel de radiație provine dintr-o regiune a Universului, este sigur să spunem că acolo trebuie să existe o gaură neagră.

3. Când două găuri negre se îmbină, are loc radiația gravitațională. Se calculează că, dacă masa fiecăreia este de aproximativ zece mase solare, atunci când se contopesc în câteva ore, energie echivalentă cu 1% din masa lor totală va fi eliberată sub formă de unde gravitaționale. Aceasta este de o mie de ori mai mult decât lumina, căldura și alte energii pe care Soarele le-a emis pe întreaga perioadă a existenței sale - cinci miliarde de ani. Ei speră să detecteze radiația gravitațională cu ajutorul observatoarelor de unde gravitaționale LIGO și altele, care acum sunt construite în America și Europa cu participarea cercetătorilor ruși (a se vedea „Știința și viața” nr. 5, 2000).

Și totuși, deși astronomii nu au nicio îndoială cu privire la existența găurilor negre, nimeni nu poate afirma categoric că exact una dintre ele este situată într-un anumit punct al spațiului. Etica științifică, conștiinciozitatea cercetătorului necesită un răspuns fără ambiguitate la întrebarea pusă, care nu tolerează discrepanțe. Nu este suficient să estimați masa unui obiect invizibil, trebuie să măsurați raza acestuia și să arătați că nu o depășește pe cea Schwarzschild. Și chiar și în Galaxy noastră, această problemă nu este încă rezolvată. De aceea, oamenii de știință dau dovadă de o anumită reținere în raportarea descoperirii lor, iar revistele științifice sunt literalmente pline de rapoarte despre lucrări teoretice și observații ale efectelor care pot arunca lumină asupra misterului lor.

Adevărat, găurile negre mai au o proprietate, prezisă teoretic, care, poate, ar face posibil să le vezi. Dar, totuși, cu o singură condiție: masa găurii negre trebuie să fie mult mai mică decât masa Soarelui.

O gaură neagră poate fi „albă”

Multă vreme, găurile negre au fost considerate întruchiparea întunericului, obiecte care în vid, în absența absorbției materiei, nu radiază nimic. Cu toate acestea, în 1974, celebrul teoretician englez Stephen Hawking a arătat că găurilor negre li se poate atribui o temperatură și, prin urmare, trebuie să radieze.

Conform conceptelor mecanicii cuantice, vidul nu este un vid, ci un fel de „spumă a spațiu-timpului”, un amestec de particule virtuale (neobservabile în lumea noastră). Cu toate acestea, fluctuațiile de energie cuantică sunt capabile să „aruncă” o pereche particule-antiparticule din vid. De exemplu, când două sau trei cuante gamma se ciocnesc, un electron și un pozitron vor apărea ca din nimic. Acest fenomen și fenomene similare au fost observate în mod repetat în laboratoare.

Fluctuațiile cuantice determină procesele de radiație din găurile negre. Dacă o pereche de particule cu energii Eși -E(energia totală a perechii este zero), apare în vecinătatea sferei Schwarzschild, soarta ulterioară a particulelor va fi diferită. Se pot anihila aproape imediat sau pot trece împreună sub orizontul evenimentelor. În acest caz, starea găurii negre nu se va schimba. Dar dacă doar o particulă trece sub orizont, observatorul va înregistra alta și i se va părea că a fost generată de o gaură neagră. În acest caz, o gaură neagră care a absorbit o particulă cu energie -E, își va reduce energia, și cu energie E- crește.

Hawking a calculat ratele cu care se desfășoară toate aceste procese și a ajuns la concluzia că probabilitatea de absorbție a particulelor cu energie negativă este mai mare. Aceasta înseamnă că gaura neagră pierde energie și masă - se evaporă. În plus, radiază ca un corp complet negru cu o temperatură T = 6 . 10 -8 M cu / M kelvin, unde M c este masa Soarelui (2,1033 g), M este masa găurii negre. Această relație simplă arată că temperatura unei găuri negre cu o masă de șase ori mai mare decât cea a Soarelui este de o sută de milionemi de grad. Este clar că un corp atât de rece nu radia practic nimic, iar toate argumentele de mai sus rămân valabile. Un alt lucru - mini-găuri. Este ușor de observat că, cu o masă de 10 14 -10 30 de grame, sunt încălzite la zeci de mii de grade și sunt încinse! Cu toate acestea, trebuie remarcat imediat că nu există contradicții cu proprietățile găurilor negre: această radiație este emisă de un strat deasupra sferei Schwarzschild, și nu dedesubt.

Așadar, gaura neagră, care părea a fi un obiect înghețat pentru totdeauna, mai devreme sau mai târziu dispare, evaporându-se. Mai mult, pe măsură ce „slăbește”, viteza de evaporare crește, dar durează totuși un timp extrem de lung. Se estimează că mini-găurile cu o greutate de 10-14 grame, care au apărut imediat după Big Bang-ul de acum 10-15 miliarde de ani, ar trebui să se evapore complet până la vremea noastră. În ultima etapă a vieții lor, temperatura lor atinge o valoare colosală, astfel încât produsele de evaporare trebuie să fie particule de energie extrem de mare. Este posibil ca ei să fie cei care generează averse atmosferice ample - EAS-uri în atmosfera Pământului. În orice caz, originea particulelor de energie anormal de mare este o altă problemă importantă și interesantă, care poate fi strâns legată de întrebări nu mai puțin interesante din fizica găurilor negre.

Data publicarii: 27.09.2012

Majoritatea oamenilor au o idee vagă sau incorectă despre ceea ce sunt găurile negre. Între timp, acestea sunt obiecte atât de globale și puternice ale Universului, în comparație cu care Planeta noastră și toată viața noastră nu sunt nimic.

Esență

Acesta este un obiect spațial care are o gravitație atât de mare încât absoarbe tot ceea ce se încadrează în limitele sale. De fapt, o gaură neagră este un obiect care nici măcar nu eliberează lumină și îndoaie spațiu-timp. Chiar și timpul curge mai încet lângă găurile negre.

De fapt, existența găurilor negre este doar o teorie (și un pic de practică). Oamenii de știință au presupuneri și experiență practică, dar nu a fost încă posibil să se studieze îndeaproape găurile negre. De aceea, găurile negre sunt numite condiționat toate obiectele care se potrivesc acestei descrieri. Găurile negre sunt puțin studiate și, prin urmare, o mulțime de întrebări rămân nerezolvate.

Orice gaură neagră are un orizont de evenimente - acea graniță, după care nimic nu poate ieși. În plus, cu cât un obiect este mai aproape de o gaură neagră, cu atât se mișcă mai încet.

Educaţie

Există mai multe tipuri și moduri de formare a găurilor negre:
- formarea găurilor negre ca urmare a formării universului. Astfel de găuri negre au apărut imediat după Big Bang.
- stele muribunde. Când o stea își pierde energia și reacțiile termonucleare se opresc, steaua începe să se micșoreze. În funcție de gradul de compresie, se disting stele neutronice, piticele albe și, de fapt, găurile negre.
- obţinerea prin experiment. De exemplu, într-un ciocnitor, puteți crea o gaură neagră cuantică.

Versiuni

Mulți oameni de știință sunt înclinați să creadă că găurile negre aruncă toată materia absorbită în altă parte. Acestea. trebuie să existe „găuri albe” care funcționează pe un principiu diferit. Dacă poți intra într-o gaură neagră, dar nu poți ieși, atunci nu poți intra într-o gaură albă. Principalul argument al oamenilor de știință este exploziile ascuțite și puternice de energie înregistrate în spațiu.

Teoreticienii șirurilor și-au creat în general propriul model al unei găuri negre, care nu distruge informațiile. Teoria lor se numește „Fuzzball” – îți permite să răspunzi la întrebări legate de singularitate și dispariția informației.

Ce este singularitatea și dispariția informației? O singularitate este un punct din spațiu caracterizat prin presiune și densitate infinite. Mulți sunt confuzi de faptul singularității, deoarece fizicienii nu pot lucra cu numere infinite. Mulți sunt siguri că există o singularitate într-o gaură neagră, dar proprietățile acesteia sunt descrise foarte superficial.

În termeni simpli, toate problemele și neînțelegerile provin din relația dintre mecanica cuantică și gravitație. Până acum, oamenii de știință nu pot crea o teorie care să-i unească. De aceea există probleme cu o gaură neagră. La urma urmei, o gaură neagră pare să distrugă informațiile, dar fundamentele mecanicii cuantice sunt încălcate. Deși destul de recent, S. Hawking părea să fi rezolvat această problemă, afirmând că informațiile din găurile negre nu sunt încă distruse.

stereotipuri

În primul rând, găurile negre nu pot exista la infinit. Și totul datorită evaporării lui Hawking. Prin urmare, nu trebuie să ne gândim că găurile negre vor înghiți, mai devreme sau mai târziu, Universul.

În al doilea rând, Soarele nostru nu va deveni o gaură neagră. Deoarece masa stelei noastre nu va fi suficientă. Soarele nostru este mai probabil să se transforme într-o pitică albă (și asta nu este un fapt).

În al treilea rând, Large Hadron Collider nu va distruge Pământul prin crearea unei găuri negre. Chiar dacă creează în mod deliberat o gaură neagră și o „eliberează”, din cauza dimensiunilor sale mici, ea va absorbi planeta noastră pentru foarte, foarte mult timp.

În al patrulea rând, să nu credeți că o gaură neagră este o „gaură” în spațiu. O gaură neagră este un obiect sferic. De aici majoritatea opiniilor că găurile negre duc la un univers paralel. Cu toate acestea, acest fapt nu a fost încă dovedit.

În al cincilea rând, o gaură neagră nu are culoare. Este detectată fie prin raze X, fie pe fundalul altor galaxii și stele (efect de lentilă).

Datorită faptului că oamenii confundă adesea găurile negre cu găurile de vierme (care există de fapt), aceste concepte nu se disting în rândul oamenilor obișnuiți. Gaura de vierme chiar îți permite să te miști în spațiu și timp, dar până acum doar în teorie.

Lucruri complexe în termeni simpli

Este dificil să descrii un astfel de fenomen ca o gaură neagră în termeni simpli. Dacă te consideri un tehnic versat în științele exacte, atunci te sfătuiesc să citești direct lucrările oamenilor de știință. Dacă doriți să aflați mai multe despre acest fenomen, atunci citiți scrierile lui Stephen Hawking. A făcut multe pentru știință, și mai ales în domeniul găurilor negre. Evaporarea găurilor negre poartă numele lui. Este un susținător al abordării pedagogice și, prin urmare, toate lucrările sale vor fi de înțeles chiar și pentru o persoană obișnuită.

Cărți:
- Găuri negre și universuri tinere, 1993.
- World in a Nutshell 2001.
- „Cea mai scurtă istorie a universului 2005” a anului.

Vreau să recomand în special filmele sale de populare științifice, care vă vor spune într-un limbaj ușor de înțeles nu numai despre găurile negre, ci și despre Univers în general:
- „Universul lui Stephen Hawking” – o serie de 6 episoade.
- „Deep into the Universe with Stephen Hawking” – o serie de 3 episoade.
Toate aceste filme au fost traduse în rusă și sunt adesea afișate pe canalele Discovery.

Vă mulțumim pentru atenție!

Sfaturi recente pentru știință și tehnologie:

Te-a ajutat acest sfat? Puteți ajuta proiectul donând orice sumă doriți pentru dezvoltarea lui. De exemplu, 20 de ruble. Sau mai mult:)