Gândirea științifică construiește uneori obiecte cu proprietăți atât de paradoxale încât chiar și cei mai pricepuți oameni de știință refuză la început să le recunoască. Cel mai evident exemplu din istoria fizicii moderne este lipsa de interes pe termen lung pentru găurile negre, stări extreme ale câmpului gravitațional prezise acum aproape 90 de ani. Multă vreme au fost considerate o abstractizare pur teoretică și abia în anii 1960 și 70 au crezut în realitatea lor. Cu toate acestea, ecuația de bază a teoriei găurilor negre a fost derivată acum peste două sute de ani.

Perspectiva lui John Michell

Numele lui John Michell, fizician, astronom și geolog, profesor la Universitatea din Cambridge și pastor al Bisericii Angliei, s-a pierdut complet nemeritat printre vedetele științei engleze în secolul al XVIII-lea. Michell a pus bazele seismologiei, știința cutremurelor, a efectuat un studiu excelent al magnetismului și cu mult înainte ca Coulomb să inventeze balanța de torsiune pe care a folosit-o pentru măsurători gravimetrice. În 1783, a încercat să combine cele două mari creații ale lui Newton, mecanica și optica. Newton a considerat lumina ca fiind un flux de particule minuscule. Michell a sugerat că corpusculii de lumină, ca și materia obișnuită, respectă legile mecanicii. Consecința acestei ipoteze s-a dovedit a fi foarte nebanală - corpurile cerești se pot transforma în capcane pentru lumină.

Cum a gândit Michell? O ghiulă trasă de pe suprafața unei planete își va depăși complet gravitația numai dacă viteza sa inițială depășește ceea ce se numește acum viteza a doua spațială și viteza de evacuare. Dacă gravitația planetei este atât de puternică încât viteza de evacuare depășește viteza luminii, corpusculii de lumină aprinși la zenit nu pot scăpa la infinit. Același lucru se va întâmpla cu lumina reflectată. Prin urmare, pentru un observator foarte îndepărtat, planeta va fi invizibilă. Michell a calculat valoarea critică a razei unei astfel de planete, Rcr, în funcție de masa sa, M, redusă la masa Soarelui nostru, Ms: Rcr = 3 km x M/Ms.

John Michell a crezut în formulele sale și a presupus că adâncurile spațiului ascund multe stele care nu pot fi văzute de pe Pământ cu niciun telescop. Mai târziu, marele matematician, astronom și fizician francez Pierre Simon Laplace a ajuns la aceeași concluzie și a inclus-o atât în ​​prima ediție (1796) cât și în cea de-a doua (1799) a Expoziției sale despre sistemul lumii. Dar a treia ediție a fost publicată în 1808, când majoritatea fizicienilor considerau deja că lumina sunt vibrații ale eterului. Existența stelelor „invizibile” a contrazis teoria ondulatorie a luminii, iar Laplace a considerat că este mai bine să nu le menționeze pur și simplu. În vremurile ulterioare, această idee a fost considerată o curiozitate, demnă de expunere doar în lucrări de istoria fizicii.

Modelul Schwarzschild

În noiembrie 1915, Albert Einstein a publicat o teorie a gravitației, pe care a numit-o teoria generală a relativității (GR). Această lucrare a găsit imediat un cititor apreciativ în persoana colegului său de la Academia de Științe din Berlin, Karl Schwarzschild. Schwarzschild a fost primul din lume care a aplicat relativitatea generală pentru a rezolva o problemă astrofizică specifică, pentru a calcula metrica spațiu-timp în exteriorul și în interiorul unui corp sferic nerotitor (pentru concretitate, îl vom numi stea).

Din calculele lui Schwarzschild rezultă că gravitația unei stele nu distorsionează foarte mult structura newtoniană a spațiului și timpului doar dacă raza ei este mult mai mare decât însăși valoarea pe care a calculat-o John Michell! Acest parametru a fost numit mai întâi raza Schwarzschild, iar acum se numește raza gravitațională. Conform relativității generale, gravitația nu afectează viteza luminii, ci reduce frecvența vibrațiilor luminii în aceeași proporție în care încetinește timpul. Dacă raza unei stele este de 4 ori mai mare decât raza gravitațională, atunci curgerea timpului pe suprafața ei încetinește cu 15%, iar spațiul capătă o curbură vizibilă. Cu un exces dublu, se îndoaie mai mult, iar timpul își încetinește alergarea cu 41%. Când se atinge raza gravitațională, timpul de pe suprafața stelei se oprește complet (toate frecvențele sunt puse la zero, radiația este înghețată și steaua se stinge), dar curbura spațiului acolo este încă finită. Departe de soare, geometria rămâne încă euclidiană, iar timpul nu își schimbă viteza.

În ciuda faptului că valorile razei gravitaționale pentru Michell și Schwarzschild sunt aceleași, modelele în sine nu au nimic în comun. Pentru Michell, spațiul și timpul nu se schimbă, dar lumina încetinește. O stea ale cărei dimensiuni sunt mai mici decât raza gravitațională continuă să strălucească, dar este vizibilă doar pentru un observator nu prea îndepărtat. Pentru Schwarzschild, viteza luminii este absolută, dar structura spațiului și timpului depinde de gravitație. O stea care a căzut sub raza gravitațională dispare pentru orice observator, indiferent unde se află (mai precis, poate fi detectată prin efecte gravitaționale, dar în niciun caz prin radiație).

De la neîncredere la afirmare

Schwarzschild și contemporanii săi credeau că astfel de obiecte cosmice ciudate nu există în natură. Einstein însuși nu numai că a aderat la acest punct de vedere, dar a crezut în mod eronat că a reușit să-și fundamenteze matematic opinia.

În anii 1930, un tânăr astrofizician indian, Chandrasekhar, a demonstrat că o stea care și-a consumat combustibilul nuclear își pierde coaja și se transformă într-o pitică albă care se răcește lent numai dacă masa sa este mai mică de 1,4 mase solare. Curând, americanul Fritz Zwicky a ghicit că corpurile extrem de dense de materie neutronică apar în exploziile supernovei; Mai târziu, Lev Landau a ajuns la aceeași concluzie. După lucrările lui Chandrasekhar, era evident că numai stelele cu o masă mai mare de 1,4 mase solare puteau suferi o astfel de evoluție. Prin urmare, a apărut o întrebare firească - există o limită superioară de masă pentru supernove pe care stelele cu neutroni o lasă în urmă?

La sfârșitul anilor 1930, viitorul părinte al bombei atomice americane, Robert Oppenheimer, a stabilit că o astfel de limită există într-adevăr și nu depășește câteva mase solare. Atunci nu a fost posibil să se facă o evaluare mai precisă; acum se știe că masele stelelor neutronice trebuie să fie în intervalul 1,5-3 M s . Dar chiar și din calculele aproximative ale lui Oppenheimer și ale studentului său absolvent George Volkov, a rezultat că cei mai masivi descendenți ai supernovelor nu devin stele neutronice, ci intră într-o altă stare. În 1939, Oppenheimer și Hartland Snyder au demonstrat într-un model idealizat că o stea masivă care se prăbușește se contractă cu raza gravitațională. Din formulele lor, de fapt, rezultă că vedeta nu se oprește aici, dar coautorii s-au abținut de la o concluzie atât de radicală.

Răspunsul final a fost găsit în a doua jumătate a secolului al XX-lea prin eforturile unei galaxii de fizicieni teoreticieni străluciți, inclusiv sovietici. S-a dovedit că un astfel de colaps mereu comprimă steaua „până la capăt”, distrugându-i complet substanța. Ca urmare, apare o singularitate, un „superconcentrat” al câmpului gravitațional, închis într-un volum infinit de mic. Pentru o gaură fixă, acesta este un punct, pentru o gaură rotativă, este un inel. Curbura spațiu-timpului și, în consecință, forța gravitațională din apropierea singularității tind spre infinit. La sfârșitul anului 1967, fizicianul american John Archibald Wheeler a fost primul care a numit un astfel de colaps stelar final o gaură neagră. Noul termen s-a îndrăgostit de fizicieni și a încântat jurnaliștii care l-au răspândit în lume (deși francezilor nu le-a plăcut la început, pentru că expresia trou noir sugera asocieri dubioase).

Acolo, dincolo de orizont

O gaură neagră nu este nici materie, nici radiație. Cu o oarecare figurativitate, putem spune că acesta este un câmp gravitațional auto-susținut, concentrat într-o regiune foarte curbă a spațiu-timpului. Limita sa exterioară este definită de o suprafață închisă, orizontul evenimentelor. Dacă steaua nu s-a rotit înainte de prăbușire, această suprafață se dovedește a fi o sferă regulată, a cărei rază coincide cu raza Schwarzschild.

Sensul fizic al orizontului este foarte clar. Un semnal luminos trimis din vecinătatea sa exterioară poate parcurge o distanță infinită. Dar semnalele trimise din regiunea interioară nu numai că nu vor traversa orizontul, dar vor „cădea” inevitabil în singularitate. Orizontul este granița spațială dintre evenimentele care pot deveni cunoscute de către astronomii terestre (și de orice alții) și evenimente despre care informațiile despre care nu vor apărea sub nicio circumstanță.

Așa cum ar trebui să fie „după Schwarzschild”, departe de orizont, atracția unei găuri este invers proporțională cu pătratul distanței, prin urmare, pentru un observator îndepărtat, se manifestă ca un corp greu obișnuit. Pe lângă masă, gaura moștenește momentul de inerție al stelei prăbușite și sarcina sa electrică. Și toate celelalte caracteristici ale stelei predecesoare (structură, compoziție, tip spectral etc.) trec în uitare.

Să trimitem o sondă în gaură cu un post de radio care trimite un semnal o dată pe secundă, în funcție de timpul de bord. Pentru un observator îndepărtat, pe măsură ce sonda se apropie de orizont, intervalele de timp dintre semnale vor crește - în principiu, la infinit. De îndată ce nava traversează orizontul invizibil, va fi complet tăcută pentru lumea „de peste gaură”. Cu toate acestea, această dispariție nu va rămâne fără urmă, deoarece sonda va oferi găurii masa, sarcina și cuplul.

radiația găurii negre

Toate modelele anterioare au fost construite exclusiv pe baza relativității generale. Cu toate acestea, lumea noastră este guvernată de legile mecanicii cuantice, care nu ignoră găurile negre. Aceste legi nu ne permit să considerăm singularitatea centrală ca un punct matematic. În context cuantic, diametrul său este dat de lungimea Planck-Wheeler, aproximativ egală cu 10 -33 de centimetri. În această regiune, spațiul obișnuit încetează să mai existe. Este în general acceptat că centrul găurii este umplut cu diferite structuri topologice care apar și mor în conformitate cu legile probabilistice cuantice. Proprietățile unui astfel de cvasi-spațiu, pe care Wheeler l-a numit spumă cuantică, sunt încă puțin înțelese.

Prezența unei singularități cuantice este direct legată de soarta corpurilor materiale care cad adânc într-o gaură neagră. Când se apropie de centrul găurii, orice obiect realizat din materiale cunoscute în prezent va fi zdrobit și sfâșiat de forțele mareelor. Cu toate acestea, chiar dacă viitorii ingineri și tehnologi creează niște aliaje și compozite super-rezistente cu proprietăți nemaimaivăzute astăzi, toate sunt sortite oricum să dispară: la urma urmei, în zona de singularitate nu există nici timp familiar, nici spațiu familiar.

Acum să ne uităm la orizontul găurii printr-o lentilă mecanică cuantică. Spațiul gol - vidul fizic - nu este de fapt gol. Datorită fluctuațiilor cuantice ale diferitelor câmpuri în vid, multe particule virtuale se nasc și mor continuu. Deoarece gravitația în apropierea orizontului este foarte puternică, fluctuațiile sale creează explozii gravitaționale extrem de puternice. Atunci când sunt accelerate în astfel de câmpuri, „virtualele” nou-născuților dobândesc energie suplimentară și uneori devin particule normale cu viață lungă.

Particulele virtuale se nasc întotdeauna în perechi care se mișcă în direcții opuse (acest lucru este cerut de legea conservării impulsului). Dacă o fluctuație gravitațională extrage o pereche de particule din vid, se poate întâmpla ca una dintre ele să se materializeze în afara orizontului, iar a doua (antiparticula primei) în interior. Particula „internă” va cădea în gaură, dar particula „externă” poate scăpa în condiții favorabile. Ca urmare, gaura se transformă într-o sursă de radiații și, prin urmare, pierde energie și, în consecință, masă. Prin urmare, găurile negre sunt fundamental instabile.

Acest fenomen se numește efectul Hawking, după remarcabilul fizician teoretician englez care l-a descoperit la mijlocul anilor 1970. Stephen Hawking, în special, a demonstrat că orizontul unei găuri negre emite fotoni exact în același mod ca un corp absolut negru încălzit la o temperatură T = 0,5 x 10 -7 x M s /M. Rezultă că, pe măsură ce gaura devine mai subțire, temperatura acesteia crește, iar „evaporarea”, desigur, crește. Acest proces este extrem de lent, iar durata de viață a unei găuri de masă M este de aproximativ 10 65 x (M/M s) 3 ani. Când dimensiunea sa devine egală cu lungimea Planck-Wheeler, gaura își pierde stabilitatea și explodează, eliberând aceeași energie ca și explozia simultană a unui milion de bombe cu hidrogen de zece megatone. În mod curios, masa găurii în momentul dispariției este încă destul de mare, 22 de micrograme. Potrivit unor modele, gaura nu dispare fără urmă, ci lasă în urmă o relicvă stabilă de aceeași masă, așa-numitul maximon.

Maximon s-a născut acum 40 de ani – ca termen și ca idee fizică. În 1965, academicianul M. A. Markov a sugerat că există o limită superioară a masei particulelor elementare. El a sugerat ca această valoare limită să fie considerată dimensiunea masei, care poate fi combinată din trei constante fizice fundamentale - constanta lui Planck h, viteza luminii C și constanta gravitațională G (pentru iubitorii de detalii: pentru a face acest lucru, trebuie să înmulțiți h și C, împărțiți rezultatul cu G și extrageți rădăcina pătrată). Acestea sunt aceleași 22 de micrograme care sunt menționate în articol, această valoare se numește masa Planck. Din aceleași constante se poate construi o valoare cu dimensiunea lungimii (va ieși lungimea Planck-Wheeler, 10 -33 cm) și cu dimensiunea timpului (10 -43 sec).
Markov a mers mai departe în raționamentul său. Conform ipotezei sale, evaporarea unei găuri negre duce la formarea unui „reziduu uscat” - un maximon. Markov a numit astfel de structuri găuri negre elementare. În ce măsură această teorie corespunde realității este încă o întrebare deschisă. În orice caz, analogii maximonilor Markov au fost reînviați în unele modele de găuri negre bazate pe teoria superstringurilor.

Adâncimile spațiului

Găurile negre nu sunt interzise de legile fizicii, dar există ele în natură? Dovezi absolut stricte ale prezenței în spațiu a cel puțin unui astfel de obiect nu au fost încă găsite. Cu toate acestea, este foarte probabil ca în unele sisteme binare sursele de raze X să fie găuri negre de origine stelară. Această radiație ar trebui să apară ca rezultat al aspirației atmosferei unei stele obișnuite de către câmpul gravitațional al unei găuri învecinate. Gazul în timpul mișcării sale către orizontul evenimentelor este puternic încălzit și emite cuante de raze X. Cel puțin două duzini de surse de raze X sunt acum considerate candidați potriviți pentru rolul găurilor negre. Mai mult, statisticile stelare sugerează că există aproximativ zece milioane de găuri de origine stelară numai în Galaxia noastră.

Găurile negre se pot forma și în procesul de condensare gravitațională a materiei din nucleele galactice. Așa apar găuri gigantice cu o masă de milioane și miliarde de mase solare, care, după toate probabilitățile, se găsesc în multe galaxii. Aparent, în centrul Căii Lactee, acoperit cu nori de praf, există o gaură cu o masă de 3-4 milioane de mase solare.

Stephen Hawking a ajuns la concluzia că găurile negre de masă arbitrară s-ar putea naște imediat după Big Bang, care a dat naștere Universului nostru. Găurile primare care cântăresc până la un miliard de tone s-au evaporat deja, dar cele mai grele se pot ascunde în continuare în adâncurile spațiului și, în timp util, pot crea artificii cosmice sub forma unor fulgere puternice de radiații gamma. Cu toate acestea, astfel de explozii nu au fost observate până acum.

fabrică de găuri negre

Este posibil să se accelereze particulele din accelerator la o energie atât de mare încât ciocnirea lor să dea naștere unei găuri negre? La prima vedere, această idee este pur și simplu nebună - explozia găurii va distruge toată viața de pe Pământ. În plus, este imposibil din punct de vedere tehnic. Dacă masa minimă a unei găuri este într-adevăr de 22 de micrograme, atunci în unități de energie este de 10 28 electron volți. Acest prag este cu 15 ordine de mărime mai mare decât capacitatea celui mai puternic accelerator din lume, Large Hadron Collider (LHC), care va fi lansat la CERN în 2007.

Cu toate acestea, este posibil ca estimarea standard a masei minime a unei găuri să fie semnificativ supraestimată. În orice caz, asta spun fizicienii care dezvoltă teoria supercordurilor, care include teoria cuantică a gravitației (deși departe de a fi completă). Conform acestei teorii, spațiul are nu mai puțin de trei dimensiuni, dar cel puțin nouă. Nu observăm dimensiuni suplimentare, deoarece sunt buclete la o scară atât de mică încât instrumentele noastre nu le percep. Cu toate acestea, gravitația este omniprezentă, pătrunde în dimensiuni ascunse. În trei dimensiuni, forța gravitației este invers proporțională cu pătratul distanței, iar în nouă dimensiuni este a opta putere. Prin urmare, într-o lume multidimensională, intensitatea câmpului gravitațional crește mult mai repede odată cu scăderea distanței decât într-una tridimensională. În acest caz, lungimea Planck crește de multe ori, iar masa minimă a găurii scade brusc.

Teoria corzilor prezice că o gaură neagră cu o masă de numai 10 -20 g poate fi născută în spațiul nou-dimensional.Masa relativistă calculată a protonilor accelerați în superacceleratorul zern este aproximativ aceeași. Conform celui mai optimist scenariu, el va putea produce câte o gaură în fiecare secundă, care va trăi aproximativ 10 -26 de secunde. În procesul de evaporare a acestuia se vor naște tot felul de particule elementare, care vor fi ușor de înregistrat. Dispariția găurii va duce la eliberarea de energie, care nu este suficientă nici măcar pentru a încălzi un microgram de apă pe miime de grad. Prin urmare, există speranța că LHC se va transforma într-o fabrică de găuri negre inofensive. Dacă aceste modele sunt corecte, atunci detectoarele de raze cosmice orbitale de nouă generație vor putea de asemenea să detecteze astfel de găuri.

Toate cele de mai sus se aplică găurilor negre staționare. Între timp, există găuri rotative care au o mulțime de proprietăți interesante. Rezultatele analizei teoretice a radiației găurii negre au condus și la o regândire serioasă a conceptului de entropie, care merită și o discuție separată. Mai multe despre asta în numărul următor.

Ipoteza existenței găurilor negre a fost formulată pentru prima dată de astronomul englez J. Michell în 1783 pe baza teoriei corpusculare a luminii și a teoriei newtoniene a gravitației. La acea vreme, teoria undelor a lui Huygens și faimosul său principiu al valurilor au fost pur și simplu uitate. Teoria valurilor nu a fost ajutată de sprijinul unor venerabili oameni de știință, în special, celebrii academicieni din Sankt Petersburg M.V. Lomonosov și L. Euler. Logica raționamentului care l-a condus pe Michell la conceptul unei găuri negre este foarte simplă: dacă lumina constă din particule-corpuscule ale eterului luminifer, atunci aceste particule, ca și alte corpuri, trebuie să experimenteze atracția din câmpul gravitațional. În consecință, cu cât steaua (sau planeta) este mai masivă, cu atât este mai mare atracția din partea sa față de corpusculi și cu atât este mai dificil pentru lumina să părăsească suprafața unui astfel de corp.

O logică suplimentară sugerează că astfel de stele masive pot exista în natură, a căror atracție corpusculii nu o mai pot depăși și vor apărea întotdeauna negre pentru un observator extern, deși ele însele pot străluci cu o strălucire orbitoare, precum Soarele. Din punct de vedere fizic, aceasta înseamnă că a doua viteză cosmică de pe suprafața unei astfel de stele nu trebuie să fie mai mică decât viteza luminii. Calculele lui Michell arată că lumina nu va părăsi niciodată o stea dacă raza ei la densitatea medie solară este de 500 solare. O astfel de stea poate fi deja numită o gaură neagră.

După 13 ani, matematicianul și astronomul francez P.S. Laplace a exprimat, cel mai probabil, independent de Michell, o ipoteză similară despre existența unor astfel de obiecte exotice. Folosind o metodă de calcul greoaie, Laplace a găsit raza unei sfere pentru o densitate dată, pe suprafața căreia viteza parabolică este egală cu viteza luminii. Potrivit lui Laplace, corpusculii de lumină, fiind particule gravitatoare, ar trebui să fie întârziați de stele masive care emit lumină, care au o densitate egală cu cea a Pământului și o rază de 250 de ori mai mare decât cea solară.

Această teorie a lui Laplace a fost inclusă doar în primele două ediții de viață ale celebrei sale cărți „Exposition of the System of the World”, publicată în 1796 și 1799. Da, poate chiar astronomul austriac F.K. von Zach s-a interesat de teoria lui Laplace, publicând-o în 1798 sub titlul „Dovada teoremei că forța de atracție a unui corp greu poate fi atât de mare încât lumina nu poate curge din el”.

În acest moment, istoria studiului găurilor negre sa oprit de mai bine de 100 de ani. Se pare că Laplace însuși a abandonat în liniște o astfel de ipoteză extravagantă, deoarece a exclus-o din toate celelalte ediții de viață ale cărții sale, care a apărut în 1808, 1813 și 1824. Poate că Laplace nu a vrut să reproducă ipoteza aproape fantastică a stelelor colosale care nu mai emit lumină. Poate că a fost oprit de noi date astronomice privind invariabilitatea mărimii aberației luminii în diferite stele, care au contrazis unele dintre concluziile teoriei sale, pe baza cărora și-a bazat calculele. Dar cel mai probabil motiv pentru care toată lumea a uitat de misterioase obiecte ipotetice ale lui Michell-Laplace este triumful teoriei ondulatorii a luminii, a cărei procesiune triumfală a început încă din primii ani ai secolului al XIX-lea.

Începutul acestui triumf a fost pus de prelegerea Booker a fizicianului englez T. Jung „The Theory of Light and Color”, publicată în 1801, unde Jung cu îndrăzneală, spre deosebire de Newton și alți susținători celebri ai teoriei corpusculare (inclusiv Laplace) , a subliniat esența teoriei ondulatorii a luminii, spunând că lumina emisă constă din mișcări sub formă de undă ale eterului luminifer. Inspirat de descoperirea polarizării luminii, Laplace a început să „salveze” corpusculii prin construirea unei teorii a dublei refracții a luminii în cristale bazată pe acțiunea dublă a moleculelor de cristal asupra corpusculilor de lumină. Dar lucrările ulterioare ale fizicienilor O.Zh. Fresnel, F.D. Aragon, J. Fraunhofer și alții nu au lăsat o piatră neîntoarsă din teoria corpusculară, care a fost amintită serios abia un secol mai târziu, după descoperirea cuantelor. Toate raționamentele despre găurile negre în cadrul teoriei ondulatorii a luminii la acea vreme păreau ridicole.

Găurile negre nu au fost imediat amintite după „reabilitarea” teoriei corpusculare a luminii, când au început să se vorbească despre ea la un nou nivel calitativ datorită ipotezei cuantelor (1900) și fotonilor (1905). Găurile negre au fost redescoperite pentru a doua oară abia după crearea relativității generale în 1916, când fizicianul teoretician și astronomul german K. Schwarzschild, la câteva luni după publicarea ecuațiilor lui Einstein, le-a folosit pentru a investiga structura curbei spațiu-timp. în vecinătatea Soarelui. Drept urmare, a redescoperit fenomenul găurilor negre, dar la un nivel mai profund.

Descoperirea teoretică finală a găurilor negre a avut loc în 1939, când Oppenheimer și Snyder au realizat prima soluție explicită a ecuațiilor lui Einstein în descrierea formării unei găuri negre dintr-un nor de praf care se prăbușește. Termenul „gaură neagră” în sine a fost introdus pentru prima dată în știință de către fizicianul american J. Wheeler în 1968, în anii unei renașteri rapide a interesului pentru relativitatea generală, cosmologie și astrofizică, cauzată de realizările extra-atmosferice (în special , raze X) astronomie, descoperirea radiației cosmice de fond cu microunde, pulsari și quasari.

Datorită creșterii relativ recente a interesului pentru realizarea de filme științifice populare despre explorarea spațiului, spectatorul modern a auzit multe despre fenomene precum singularitatea sau gaura neagră. Cu toate acestea, în mod evident, filmele nu dezvăluie natura deplină a acestor fenomene și uneori chiar distorsionează teoriile științifice construite pentru un efect mai mare. Din acest motiv, ideea multor oameni moderni despre aceste fenomene este fie complet superficială, fie complet eronată. Una dintre soluțiile la problema care a apărut este acest articol, în care vom încerca să înțelegem rezultatele cercetărilor existente și să răspundem la întrebarea - ce este o gaură neagră?

În 1784, preotul și naturalistul englez John Michell a menționat pentru prima dată într-o scrisoare către Societatea Regală un corp masiv ipotetic care are o atracție gravitațională atât de puternică încât a doua viteză cosmică ar depăși viteza luminii. A doua viteză de evacuare este viteza de care ar avea nevoie un obiect relativ mic pentru a depăși atracția gravitațională a unui corp ceresc și a părăsi orbita închisă în jurul acestui corp. Conform calculelor sale, un corp cu densitatea Soarelui și cu o rază de 500 de raze solare va avea pe suprafața sa o a doua viteză cosmică egală cu viteza luminii. În acest caz, chiar și lumina nu va părăsi suprafața unui astfel de corp și, prin urmare, acest corp va absorbi doar lumina care vine și va rămâne invizibil pentru observator - un fel de pată neagră pe fundalul spațiului întunecat.

Cu toate acestea, conceptul de corp supermasiv propus de Michell nu a atras prea mult interes până la opera lui Einstein. Amintiți-vă că acesta din urmă a definit viteza luminii ca fiind viteza limită a transferului de informații. În plus, Einstein a extins teoria gravitației pentru viteze apropiate de viteza luminii (). Ca urmare, nu mai era relevant să se aplice teoria newtoniană la găurile negre.

ecuația lui Einstein

Ca urmare a aplicării relativității generale la găurile negre și a rezolvării ecuațiilor lui Einstein, au fost dezvăluiți principalii parametri ai unei găuri negre, dintre care există doar trei: masa, sarcina electrică și momentul unghiular. Trebuie remarcată contribuția semnificativă a astrofizicianului indian Subramanyan Chandrasekhar, care a creat o monografie fundamentală: „The Mathematical Theory of Black Holes”.

Astfel, soluția ecuațiilor Einstein este reprezentată de patru opțiuni pentru patru tipuri posibile de găuri negre:

• Gaură neagră fără rotație și fără încărcare - soluția lui Schwarzschild. Una dintre primele descrieri ale unei găuri negre (1916) folosind ecuațiile lui Einstein, dar fără a lua în considerare doi dintre cei trei parametri ai corpului. Soluția fizicianului german Karl Schwarzschild vă permite să calculați câmpul gravitațional extern al unui corp masiv sferic. O caracteristică a conceptului de găuri negre al omului de știință german este prezența unui orizont de evenimente și a celui din spatele acestuia. De asemenea, Schwarzschild a calculat mai întâi raza gravitațională, care a primit numele său, care determină raza sferei pe care ar fi situat orizontul evenimentelor pentru un corp cu o masă dată.
• O gaură neagră fără rotație cu o sarcină - soluția Reisner-Nordström. O soluție propusă în 1916-1918, ținând cont de posibila sarcină electrică a unei găuri negre. Această sarcină nu poate fi arbitrar de mare și este limitată din cauza repulsiei electrice care rezultă. Acesta din urmă trebuie compensat prin atracție gravitațională.
• O gaură neagră cu rotație și fără sarcină - soluția lui Kerr (1963). O gaură neagră Kerr rotativă diferă de una statică prin prezența așa-numitei ergosfere (citiți mai departe despre aceasta și despre alte componente ale unei găuri negre).
• BH cu rotație și încărcare - soluție Kerr-Newman. Această soluție a fost calculată în 1965 și este în prezent cea mai completă, deoarece ia în considerare toți cei trei parametri BH. Cu toate acestea, încă se presupune că găurile negre din natură au o încărcătură nesemnificativă.

Formarea unei găuri negre

Există mai multe teorii despre modul în care se formează și apare o gaură neagră, dintre care cea mai faimoasă este apariția unei stele cu masă suficientă ca urmare a colapsului gravitațional. O astfel de compresie poate pune capăt evoluției stelelor cu o masă mai mare de trei mase solare. După finalizarea reacțiilor termonucleare în interiorul unor astfel de stele, ele încep să se micșoreze rapid într-una superdensă. Dacă presiunea gazului unei stele neutronice nu poate compensa forțele gravitaționale, adică masa stelei depășește așa-numita. Limita Oppenheimer-Volkov, apoi colapsul continuă, drept urmare materia este comprimată într-o gaură neagră.

Al doilea scenariu care descrie nașterea unei găuri negre este comprimarea gazului protogalactic, adică a gazului interstelar care se află în stadiul de transformare într-o galaxie sau într-un fel de cluster. În cazul presiunii interne insuficiente pentru a compensa aceleași forțe gravitaționale, poate apărea o gaură neagră.

Alte două scenarii rămân ipotetice:

• Ca urmare, apariția unei găuri negre - așa-numita. găuri negre primordiale.
• Apariția ca urmare a reacțiilor nucleare la energii mari. Un exemplu de astfel de reacții sunt experimentele pe colisionare.

Structura și fizica găurilor negre

Structura unei găuri negre conform lui Schwarzschild include doar două elemente care au fost menționate mai devreme: singularitatea și orizontul evenimentelor unei găuri negre. Vorbind pe scurt despre singularitate, se poate observa că este imposibil să se tragă o linie dreaptă prin ea și, de asemenea, că majoritatea teoriilor fizice existente nu funcționează în interiorul acesteia. Astfel, fizica singularității rămâne un mister pentru oamenii de știință de astăzi. gaură neagră - acesta este un fel de graniță, trecere pe care, un obiect fizic își pierde capacitatea de a se întoarce înapoi dincolo de el și de a „cădea” fără echivoc în singularitatea unei găuri negre.

Structura unei găuri negre devine ceva mai complicată în cazul soluției Kerr, și anume, în prezența rotației BH. Soluția lui Kerr implică faptul că gaura are o ergosferă. Ergosferă - o anumită zonă situată în afara orizontului evenimentelor, în interiorul căreia toate corpurile se mișcă în direcția de rotație a găurii negre. Această zonă nu este încă captivantă și este posibil să o părăsești, spre deosebire de orizontul evenimentului. Ergosfera este probabil un fel de analog al unui disc de acreție, care reprezintă o substanță care se rotește în jurul corpurilor masive. Dacă o gaură neagră statică Schwarzschild este reprezentată ca o sferă neagră, atunci gaura neagră Kerry, datorită prezenței unei ergosfere, are forma unui elipsoid oblat, în forma căruia am văzut adesea găuri negre în desene, în vechile. filme sau jocuri video.

• Cât cântărește o gaură neagră? - Cel mai mare material teoretic despre aspectul unei găuri negre este disponibil pentru scenariul apariției acesteia ca urmare a prăbușirii unei stele. În acest caz, masa maximă a unei stele neutronice și masa minimă a unei găuri negre sunt determinate de limita Oppenheimer-Volkov, conform căreia limita inferioară a masei BH este de 2,5 - 3 mase solare. Cea mai grea gaură neagră descoperită vreodată (în galaxia NGC 4889) are o masă de 21 de miliarde de mase solare. Totuși, nu trebuie să uităm de găurile negre, rezultate ipotetic din reacții nucleare la energii mari, precum cele de la colisionare. Masa unor astfel de găuri negre cuantice, cu alte cuvinte „găuri negre Planck” este de ordinul , și anume 2 10 −5 g.
• Dimensiunea găurii negre. Raza minimă BH poate fi calculată din masa minimă (2,5 - 3 mase solare). Dacă raza gravitațională a Soarelui, adică zona în care s-ar afla orizontul evenimentelor, este de aproximativ 2,95 km, atunci raza minimă a unui BH de 3 mase solare va fi de aproximativ nouă kilometri. Astfel de dimensiuni relativ mici nu se potrivesc în cap când vine vorba de obiecte masive care atrag totul în jur. Cu toate acestea, pentru găurile negre cuantice, raza este de -10 -35 m.
• Densitatea medie a unei găuri negre depinde de doi parametri: masa și raza. Densitatea unei găuri negre cu o masă de aproximativ trei mase solare este de aproximativ 6 10 26 kg/m³, în timp ce densitatea apei este de 1000 kg/m³. Cu toate acestea, astfel de găuri negre mici nu au fost găsite de oamenii de știință. Majoritatea BH-urilor detectate au mase mai mari de 105 mase solare. Există un model interesant conform căruia, cu cât gaura neagră este mai masivă, cu atât densitatea acesteia este mai mică. În acest caz, o modificare a masei cu 11 ordine de mărime implică o modificare a densității cu 22 de ordine de mărime. Astfel, o gaură neagră cu o masă de 1 ·10 9 mase solare are o densitate de 18,5 kg/m³, care este cu o densitate mai mică decât densitatea aurului. Iar găurile negre cu o masă mai mare de 10 10 mase solare pot avea o densitate medie mai mică decât densitatea aerului. Pe baza acestor calcule, este logic să presupunem că formarea unei găuri negre are loc nu din cauza comprimării materiei, ci ca urmare a acumulării unei cantități mari de materie într-un anumit volum. În cazul găurilor negre cuantice, densitatea acestora poate fi de aproximativ 10 94 kg/m³.
• Temperatura unei găuri negre este, de asemenea, invers proporțională cu masa acesteia. Această temperatură este direct legată de . Spectrul acestei radiații coincide cu spectrul unui corp complet negru, adică un corp care absoarbe toată radiația incidentă. Spectrul de radiații al unui corp negru depinde doar de temperatura acestuia, apoi temperatura unei găuri negre poate fi determinată din spectrul de radiații Hawking. După cum am menționat mai sus, această radiație este cu atât mai puternică, cu atât mai mică este gaura neagră. În același timp, radiația Hawking rămâne ipotetică, deoarece nu a fost încă observată de astronomi. Rezultă de aici că, dacă radiația Hawking există, atunci temperatura BH-urilor observate este atât de scăzută încât nu permite detectarea radiației indicate. Conform calculelor, chiar și temperatura unei găuri cu o masă de ordinul masei Soarelui este neglijabil de mică (1 ·10 -7 K sau -272°C). Temperatura găurilor negre cuantice poate atinge aproximativ 10 12 K, iar prin evaporarea lor rapidă (aproximativ 1,5 min.), astfel de găuri negre pot emite energie de ordinul a zece milioane de bombe atomice. Dar, din fericire, crearea unor astfel de obiecte ipotetice va necesita energie de 10 14 ori mai mare decât cea obținută astăzi la Large Hadron Collider. În plus, astfel de fenomene nu au fost niciodată observate de astronomi.

Din ce este făcut un CHD?

O altă întrebare îi îngrijorează atât pe oamenii de știință, cât și pe cei care sunt pur și simplu pasionați de astrofizică - în ce constă o gaură neagră? Nu există un singur răspuns la această întrebare, deoarece nu este posibil să privim dincolo de orizontul evenimentelor din jurul vreunei găuri negre. În plus, așa cum am menționat mai devreme, modelele teoretice ale unei găuri negre oferă doar 3 dintre componentele sale: ergosfera, orizontul evenimentelor și singularitatea. Este logic să presupunem că în ergosferă există doar acele obiecte care au fost atrase de gaura neagră și care acum se învârt în jurul ei - diferite tipuri de corpuri cosmice și gaz cosmic. Orizontul evenimentelor este doar o graniță subțire implicită, odată dincolo de care, aceleași corpuri cosmice sunt atrase irevocabil către ultima componentă principală a găurii negre - singularitatea. Natura singularității nu a fost studiată astăzi și este prea devreme să vorbim despre compoziția sa.

Conform unor presupuneri, o gaură neagră poate consta din neutroni. Dacă urmărim scenariul apariției unei găuri negre ca urmare a comprimării unei stele la o stea neutronică cu comprimarea sa ulterioară, atunci, probabil, partea principală a găurii negre este formată din neutroni, dintre care steaua neutronică. constă în sine. Cu cuvinte simple: atunci când o stea se prăbușește, atomii ei sunt comprimați în așa fel încât electronii se combină cu protonii, formând astfel neutroni. O astfel de reacție are loc într-adevăr în natură, odată cu formarea unui neutron, are loc emisia de neutrini. Totuși, acestea sunt doar presupuneri.

Ce se întâmplă dacă cazi într-o gaură neagră?

Căderea într-o gaură neagră astrofizică duce la întinderea corpului. Luați în considerare un ipotetic astronaut sinucigaș care se îndreaptă într-o gaură neagră purtând nimic altceva decât un costum spațial, cu picioarele înainte. Trecând orizontul evenimentelor, astronautul nu va observa nicio schimbare, în ciuda faptului că nu mai are ocazia să se întoarcă. La un moment dat, astronautul va ajunge într-un punct (puțin în spatele orizontului evenimentelor) în care va începe să aibă loc deformarea corpului său. Deoarece câmpul gravitațional al unei găuri negre este neuniform și este reprezentat de un gradient de forță care crește spre centru, picioarele astronautului vor fi supuse unui efect gravitațional semnificativ mai mare decât, de exemplu, capul. Apoi, din cauza gravitației, sau mai degrabă, a forțelor mareelor, picioarele vor „cădea” mai repede. Astfel, corpul începe să se întindă treptat în lungime. Pentru a descrie acest fenomen, astrofizicienii au venit cu un termen destul de creativ - spaghetificare. Întinderea ulterioară a corpului îl va descompune probabil în atomi, care, mai devreme sau mai târziu, vor ajunge la o singularitate. Se poate doar ghici ce va simți o persoană în această situație. Este de remarcat faptul că efectul de întindere a corpului este invers proporțional cu masa găurii negre. Adică, dacă un BH cu masa a trei Sori întinde/rupe instantaneu corpul, atunci gaura neagră supermasivă va avea forțe de maree mai mici și, există sugestii că unele materiale fizice ar putea „tolera” o astfel de deformare fără a-și pierde structura.

După cum știți, în apropierea obiectelor masive, timpul curge mai lent, ceea ce înseamnă că timpul pentru un astronaut sinucigaș va curge mult mai lent decât pentru pământeni. În acest caz, poate că va supraviețui nu numai prietenilor săi, ci și Pământului însuși. Vor fi necesare calcule pentru a determina cât de mult timp va încetini pentru un astronaut, cu toate acestea, din cele de mai sus, se poate presupune că astronautul va cădea în gaura neagră foarte încet și pur și simplu poate să nu trăiască pentru a vedea momentul în care corpul său începe. a deforma.

Este de remarcat faptul că pentru un observator din afară, toate corpurile care au zburat până la orizontul evenimentelor vor rămâne la marginea acestui orizont până când imaginea lor va dispărea. Motivul acestui fenomen este deplasarea gravitațională spre roșu. Simplificând oarecum, putem spune că lumina care cade pe corpul unui astronaut sinucigaș „înghețat” la orizontul evenimentului își va schimba frecvența datorită timpului său încetinit. Pe măsură ce timpul trece mai încet, frecvența luminii va scădea și lungimea de undă va crește. Ca urmare a acestui fenomen, la ieșire, adică pentru un observator extern, lumina se va deplasa treptat spre frecvența joasă - roșu. Va avea loc o schimbare a luminii de-a lungul spectrului, pe măsură ce astronautul sinucigaș se îndepărtează din ce în ce mai mult de observator, deși aproape imperceptibil, iar timpul lui curge din ce în ce mai lent. Astfel, lumina reflectată de corpul său va depăși în curând spectrul vizibil (imaginea va dispărea), iar în viitor corpul astronautului poate fi detectat doar în regiunea infraroșu, mai târziu în regiunea radiofrecvenței, și ca urmare, radiația va fi complet evazivă.

În ciuda a ceea ce s-a scris mai sus, se presupune că în găurile negre supermasive foarte mari, forțele mareelor ​​nu se schimbă atât de mult cu distanța și acționează aproape uniform asupra corpului în cădere. Într-un astfel de caz, nava spațială în cădere și-ar păstra structura. Apare o întrebare rezonabilă - unde duce o gaură neagră? La această întrebare se poate răspunde prin munca unor oameni de știință, legând două astfel de fenomene precum găurile de vierme și găurile negre.

În 1935, Albert Einstein și Nathan Rosen, ținând cont, au înaintat o ipoteză despre existența așa-numitelor găuri de vierme, conectând două puncte de spațiu-timp prin locuri cu curbură semnificativă a acestora din urmă - podul Einstein-Rosen. sau gaura de vierme. Pentru o curbură atât de puternică a spațiului, vor fi necesare corpuri cu o masă gigantică, al căror rol ar face față perfect găurilor negre.

Podul Einstein-Rosen este considerat o gaură de vierme impenetrabilă, deoarece este mic și instabil.

O gaură de vierme traversabilă este posibilă în cadrul teoriei găurilor albe și negre. Unde gaura albă este rezultatul informațiilor care au căzut în gaura neagră. Gaura albă este descrisă în cadrul relativității generale, dar astăzi rămâne ipotetică și nu a fost descoperită. Un alt model de gaură de vierme a fost propus de oamenii de știință americani Kip Thorne și studentul său absolvent Mike Morris, care poate fi acceptabil. Totuși, ca și în cazul găurii de vierme Morris-Thorne, tot așa și în cazul găurilor albe și negre, posibilitatea de călătorie necesită existența așa-numitei materie exotică, care are energie negativă și rămâne totodată ipotetică.

Găuri negre în univers

Existența găurilor negre a fost confirmată relativ recent (septembrie 2015), dar înainte de acel moment exista deja o mulțime de material teoretic despre natura găurilor negre, precum și multe obiecte candidate pentru rolul unei găuri negre. În primul rând, ar trebui să țineți cont de dimensiunile găurii negre, deoarece însăși natura fenomenului depinde de ele:

• gaura neagră de masă stelară. Astfel de obiecte se formează ca urmare a prăbușirii unei stele. După cum am menționat mai devreme, masa minimă a unui corp capabil să formeze o astfel de gaură neagră este de 2,5 - 3 mase solare.
• Găuri negre de masă intermediară. Un tip condiționat intermediar de găuri negre care au crescut din cauza absorbției obiectelor din apropiere, cum ar fi acumulări de gaze, o stea vecină (în sisteme de două stele) și alte corpuri cosmice.
• Gaura neagra supermasiva. Obiecte compacte cu 10 5 -10 10 mase solare. Proprietățile distinctive ale unor astfel de BH sunt paradoxal densitatea scăzută, precum și forțele slabe de maree, care au fost discutate mai devreme. Este această gaură neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre Calea Lactee (Săgetător A*, Sgr A*), precum și majoritatea celorlalte galaxii.

Candidații pentru CHD

Cea mai apropiată gaură neagră, sau mai degrabă un candidat pentru rolul unei găuri negre, este un obiect (V616 Unicorn), care se află la o distanță de 3000 de ani lumină de Soare (în galaxia noastră). Este format din două componente: o stea cu o masă de jumătate din masa solară, precum și un corp mic invizibil, a cărui masă este de 3 - 5 mase solare. Dacă acest obiect se dovedește a fi o mică gaură neagră de masă stelară, atunci de dreapta va fi cea mai apropiată gaură neagră.

După acest obiect, a doua cea mai apropiată gaură neagră este Cyg X-1 (Cyg X-1), care a fost primul candidat pentru rolul unei găuri negre. Distanța până la acesta este de aproximativ 6070 de ani lumină. Destul de bine studiat: are o masă de 14,8 mase solare și o rază a orizontului de evenimente de aproximativ 26 km.

Potrivit unor surse, un alt candidat cel mai apropiat pentru rolul unei găuri negre ar putea fi un corp din sistemul stelar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), care, conform estimărilor din 1999, era situat la o distanță de 1600 de ani lumină. Cu toate acestea, studiile ulterioare au mărit această distanță de cel puțin 15 ori.

Câte găuri negre sunt în galaxia noastră?

Nu există un răspuns exact la această întrebare, deoarece este destul de dificil să le observi, iar pe parcursul întregului studiu al cerului, oamenii de știință au reușit să detecteze aproximativ o duzină de găuri negre în Calea Lactee. Fără a ne deda la calcule, observăm că în galaxia noastră există aproximativ 100 - 400 de miliarde de stele și aproximativ fiecare a miilea stea are suficientă masă pentru a forma o gaură neagră. Este probabil ca milioane de găuri negre s-ar fi putut forma în timpul existenței Căii Lactee. Deoarece este mai ușor să înregistrezi găuri negre uriașe, este logic să presupunem că majoritatea BH-urilor din galaxia noastră nu sunt supermasive. Este de remarcat faptul că cercetările NASA din 2005 sugerează prezența unui întreg roi de găuri negre (10-20 mii) care orbitează în jurul centrului galaxiei. În plus, în 2016, astrofizicienii japonezi au descoperit un satelit masiv în apropierea obiectului * - o gaură neagră, nucleul Căii Lactee. Datorită razei mici (0,15 ani lumină) a acestui corp, precum și a masei sale uriașe (100.000 de mase solare), oamenii de știință sugerează că acest obiect este și o gaură neagră supermasivă.

Miezul galaxiei noastre, gaura neagră a Căii Lactee (Săgetător A*, Sgr A* sau Săgetător A*) este supermasiv și are o masă de 4,31 10 6 mase solare și o rază de 0,00071 ani lumină (6,25 ore lumină). sau 6,75 miliarde km). Temperatura Săgetător A* împreună cu grupul din jurul său este de aproximativ 1 10 7 K.

Cea mai mare gaură neagră

Cea mai mare gaură neagră din univers pe care oamenii de știință au reușit să o detecteze este o gaură neagră supermasivă, blazarul FSRQ, în centrul galaxiei S5 0014+81, la o distanță de 1,2·10 10 ani lumină de Pământ. Conform rezultatelor preliminare ale observației, folosind observatorul spațial Swift, masa găurii negre a fost de 40 de miliarde (40 10 9) de mase solare, iar raza Schwarzschild a unei astfel de găuri a fost de 118,35 miliarde de kilometri (0,013 ani lumină). În plus, conform calculelor, a apărut acum 12,1 miliarde de ani (1,6 miliarde de ani după Big Bang). Dacă această gaură neagră uriașă nu absoarbe materia care o înconjoară, atunci va trăi pentru a vedea epoca găurilor negre - una dintre erele în dezvoltarea Universului, în timpul căreia găurile negre vor domina în ea. Dacă nucleul galaxiei S5 0014+81 continuă să crească, atunci va deveni una dintre ultimele găuri negre care vor exista în Univers.

Celelalte două găuri negre cunoscute, deși nu sunt denumite, sunt de cea mai mare importanță pentru studiul găurilor negre, deoarece și-au confirmat existența experimental și au dat rezultate importante pentru studiul gravitației. Vorbim despre evenimentul GW150914, care se numește ciocnirea a două găuri negre într-una singură. Acest eveniment a permis înregistrarea.

Detectarea găurilor negre

Înainte de a lua în considerare metodele de detectare a găurilor negre, ar trebui să răspundem la întrebarea - de ce este o gaură neagră neagră? - răspunsul la acesta nu necesită cunoștințe profunde în astrofizică și cosmologie. Cert este că o gaură neagră absoarbe toată radiația care cade pe ea și nu radiază deloc, dacă nu ții cont de ipotetic. Dacă luăm în considerare acest fenomen mai detaliat, putem presupune că în interiorul găurilor negre nu există procese care să conducă la eliberarea de energie sub formă de radiație electromagnetică. Atunci, dacă gaura neagră radiază, atunci se află în spectrul Hawking (care coincide cu spectrul unui corp încălzit, absolut negru). Cu toate acestea, așa cum am menționat mai devreme, această radiație nu a fost detectată, ceea ce sugerează o temperatură complet scăzută a găurilor negre.

O altă teorie general acceptată spune că radiația electromagnetică nu este deloc capabilă să părăsească orizontul evenimentelor. Cel mai probabil fotonii (particulele de lumină) nu sunt atrași de obiecte masive, deoarece, conform teoriei, ei înșiși nu au masă. Oricum, gaura neagră încă „atrage” fotonii luminii prin distorsiunea spațiu-timpului. Dacă ne imaginăm o gaură neagră în spațiu ca un fel de depresiune pe suprafața netedă a spațiu-timpului, atunci există o anumită distanță de centrul găurii negre, apropiindu-se de care lumina nu se va mai putea îndepărta de ea. Adică, aproximativ vorbind, lumina începe să „cade” în „groapă”, care nici măcar nu are „fund”.

În plus, având în vedere efectul deplasării către roșu gravitaționale, este posibil ca lumina dintr-o gaură neagră să-și piardă frecvența, deplasându-se de-a lungul spectrului către regiunea radiației cu frecvență joasă a undelor lungi, până când pierde cu totul energie.

Deci, o gaură neagră este neagră și, prin urmare, greu de detectat în spațiu.

Metode de detectare

Luați în considerare metodele pe care le folosesc astronomii pentru a detecta o gaură neagră:

Pe lângă metodele menționate mai sus, oamenii de știință asociază adesea obiecte precum găurile negre și. Quasarii sunt niște acumulări de corpuri cosmice și gaze, care se numără printre cele mai strălucitoare obiecte astronomice din Univers. Deoarece au o intensitate mare a luminiscenței la dimensiuni relativ mici, există motive să credem că centrul acestor obiecte este o gaură neagră supermasivă, care atrage materia înconjurătoare spre sine. Datorită unei atracții gravitaționale atât de puternice, materia atrasă este atât de încălzită încât radiază intens. Detectarea unor astfel de obiecte este de obicei comparată cu detectarea unei găuri negre. Uneori, quasarii pot radia jeturi de plasmă încălzită în două direcții - jeturi relativiste. Motivele apariției unor astfel de jeturi (jet) nu sunt complet clare, dar probabil sunt cauzate de interacțiunea câmpurilor magnetice ale găurii negre și discului de acreție și nu sunt emise de o gaură neagră directă.

Un jet în galaxia M87 lovind din centrul unei găuri negre

Rezumând cele de mai sus, ne putem imagina, de aproape: este un obiect negru sferic, în jurul căruia se rotește materia puternic încălzită, formând un disc de acreție luminos.

Fuziunea și ciocnirea găurilor negre

Unul dintre cele mai interesante fenomene din astrofizică este ciocnirea găurilor negre, care face posibilă și detectarea unor astfel de corpuri astronomice masive. Astfel de procese sunt de interes nu numai pentru astrofizicieni, deoarece au ca rezultat fenomene slab studiate de fizicieni. Cel mai clar exemplu este evenimentul menționat anterior numit GW150914, când două găuri negre s-au apropiat atât de mult încât, ca urmare a atracției gravitaționale reciproce, s-au contopit într-una singură. O consecință importantă a acestei coliziuni a fost apariția undelor gravitaționale.

Conform definiției undelor gravitaționale, acestea sunt modificări ale câmpului gravitațional care se propagă într-un mod asemănător undelor din obiecte masive în mișcare. Când două astfel de obiecte se apropie unul de celălalt, ele încep să se rotească în jurul unui centru de greutate comun. Pe măsură ce se apropie unul de altul, rotația lor în jurul propriei axe crește. Astfel de oscilații variabile ale câmpului gravitațional la un moment dat pot forma o undă gravitațională puternică care se poate propaga în spațiu timp de milioane de ani lumină. Așadar, la o distanță de 1,3 miliarde de ani lumină, a avut loc o ciocnire a două găuri negre, care au format o undă gravitațională puternică care a ajuns pe Pământ pe 14 septembrie 2015 și a fost înregistrată de detectoarele LIGO și VIRGO.

Cum mor găurile negre?

Evident, pentru ca o gaură neagră să înceteze să mai existe, ar trebui să-și piardă toată masa. Cu toate acestea, conform definiției ei, nimic nu poate părăsi gaura neagră dacă și-a depășit orizontul de evenimente. Se știe că, pentru prima dată, fizicianul teoretician sovietic Vladimir Gribov a menționat posibilitatea emiterii de particule de către o gaură neagră în discuția sa cu un alt om de știință sovietic Yakov Zeldovich. El a susținut că, din punctul de vedere al mecanicii cuantice, o gaură neagră este capabilă să emită particule printr-un efect de tunel. Mai târziu, cu ajutorul mecanicii cuantice, și-a construit propria teorie, oarecum diferită, fizicianul teoretician englez Stephen Hawking. Puteți citi mai multe despre acest fenomen. Pe scurt, există așa-numitele particule virtuale în vid, care se nasc constant în perechi și se anihilează reciproc, fără a interacționa cu lumea înconjurătoare. Dar dacă astfel de perechi apar la orizontul de evenimente al găurii negre, atunci gravitația puternică este ipotetic capabilă să le separe, o particulă căzând în gaura neagră, iar cealaltă plecând de la gaura neagră. Și deoarece o particulă care a zburat dintr-o gaură poate fi observată și, prin urmare, are energie pozitivă, o particulă care a căzut într-o gaură trebuie să aibă energie negativă. Astfel, gaura neagră își va pierde energia și va avea loc un efect numit evaporare a găurii negre.

Conform modelelor disponibile ale unei găuri negre, așa cum am menționat mai devreme, pe măsură ce masa ei scade, radiația sa devine mai intensă. Apoi, în etapa finală a existenței unei găuri negre, când aceasta poate fi redusă la dimensiunea unei găuri negre cuantice, va elibera o cantitate imensă de energie sub formă de radiație, care poate fi echivalentă cu mii sau chiar milioane de bombe atomice. Acest eveniment amintește oarecum de explozia unei găuri negre, ca aceeași bombă. Conform calculelor, găurile negre primordiale ar fi putut fi născute în urma Big Bang-ului, iar cele dintre ele, a căror masă este de ordinul a 10 12 kg, ar fi trebuit să se evapore și să explodeze în jurul timpului nostru. Oricum ar fi, astfel de explozii nu au fost niciodată văzute de astronomi.

În ciuda mecanismului propus de Hawking pentru distrugerea găurilor negre, proprietățile radiației Hawking provoacă un paradox în cadrul mecanicii cuantice. Dacă o gaură neagră absoarbe un corp și apoi pierde masa rezultată din absorbția acestui corp, atunci indiferent de natura corpului, gaura neagră nu va diferi de ceea ce era înainte de absorbția corpului. În acest caz, informațiile despre corp se pierd pentru totdeauna. Din punct de vedere al calculelor teoretice, transformarea stării pure inițiale în starea mixtă („termică”) rezultată nu corespunde teoriei actuale a mecanicii cuantice. Acest paradox se numește uneori dispariția informațiilor într-o gaură neagră. O soluție reală la acest paradox nu a fost niciodată găsită. Opțiuni cunoscute pentru rezolvarea paradoxului:

• Inconsecvența teoriei lui Hawking. Aceasta implică imposibilitatea distrugerii găurii negre și creșterea constantă a acesteia.
• Prezența găurilor albe. În acest caz, informația absorbită nu dispare, ci este pur și simplu aruncată în alt Univers.
• Incoerența teoriei general acceptate a mecanicii cuantice.

Problemă nerezolvată a fizicii găurilor negre

Judecând după tot ceea ce a fost descris mai devreme, găurile negre, deși au fost studiate de o perioadă relativ lungă de timp, au încă multe caracteristici, ale căror mecanisme nu sunt încă cunoscute de oamenii de știință.

• În 1970, un om de știință englez a formulat așa-numitul. „principiul cenzurii cosmice” – „Natura detestă singularitatea goală”. Aceasta înseamnă că singularitatea se formează numai în locuri ascunse vederii, precum centrul unei găuri negre. Cu toate acestea, acest principiu nu a fost încă dovedit. Există și calcule teoretice conform cărora poate să apară o singularitate „goală”.
• Nici „teorema fără păr”, conform căreia găurile negre au doar trei parametri, nu a fost dovedită.
• O teorie completă a magnetosferei găurii negre nu a fost dezvoltată.
• Natura și fizica singularității gravitaționale nu au fost studiate.
• Nu se știe cu siguranță ce se întâmplă în stadiul final al existenței unei găuri negre și ce rămâne după dezintegrarea sa cuantică.

Fapte interesante despre găurile negre

Rezumând cele de mai sus, putem evidenția câteva caracteristici interesante și neobișnuite ale naturii găurilor negre:

• Găurile negre au doar trei parametri: masa, sarcina electrică și momentul unghiular. Ca urmare a unui număr atât de mic de caracteristici ale acestui corp, teorema care afirmă acest lucru se numește „teorema fără păr”. De aici provine și sintagma „o gaură neagră nu are păr”, ceea ce înseamnă că două găuri negre sunt absolut identice, cei trei parametri ai lor menționați fiind aceiași.
• Densitatea găurilor negre poate fi mai mică decât densitatea aerului, iar temperatura este aproape de zero absolut. Din aceasta putem presupune că formarea unei găuri negre are loc nu datorită comprimării materiei, ci ca urmare a acumulării unei cantități mari de materie într-un anumit volum.
• Timpul pentru corpurile absorbite de găurile negre trece mult mai lent decât pentru un observator extern. În plus, corpurile absorbite sunt întinse semnificativ în interiorul găurii negre, care a fost numită spaghetificare de către oamenii de știință.
• S-ar putea să existe aproximativ un milion de găuri negre în galaxia noastră.
• Probabil că există o gaură neagră supermasivă în centrul fiecărei galaxii.
• În viitor, conform modelului teoretic, Universul va ajunge în așa-numita era a găurilor negre, când găurile negre vor deveni corpurile dominante în Univers.

Conceptul de gaură neagră este cunoscut de toată lumea - de la școlari până la vârstnici, este folosit în literatura de știință și ficțiune, în media galbenă și la conferințe științifice. Dar nu toată lumea știe ce sunt exact aceste găuri.

Din istoria găurilor negre

1783 Prima ipoteză pentru existența unui astfel de fenomen precum o gaură neagră a fost înaintată în 1783 de omul de știință englez John Michell. În teoria sa, el a combinat două creații ale lui Newton - optică și mecanică. Ideea lui Michell a fost următoarea: dacă lumina este un flux de particule minuscule, atunci, ca toate celelalte corpuri, particulele ar trebui să experimenteze atracția unui câmp gravitațional. Se pare că, cu cât steaua este mai masivă, cu atât este mai dificil pentru lumina să reziste atracției sale. La 13 ani după Michell, astronomul și matematicianul francez Laplace a prezentat (cel mai probabil independent de omologul său britanic) o teorie similară.

1915 Cu toate acestea, toate lucrările lor au rămas nerevendicate până la începutul secolului al XX-lea. În 1915, Albert Einstein a publicat Teoria Generală a Relativității și a arătat că gravitația este o curbură a spațiului-timp cauzată de materie, iar câteva luni mai târziu, astronomul și fizicianul teoretician german Karl Schwarzschild a folosit-o pentru a rezolva o problemă astronomică specifică. El a explorat structura spațiu-timp curbat în jurul Soarelui și a redescoperit fenomenul găurilor negre.

(John Wheeler a inventat termenul „găuri negre”)

1967 Fizicianul american John Wheeler a conturat un spațiu care poate fi mototolit, ca o bucată de hârtie, într-un punct infinitezimal și a desemnat termenul „Gaura Neagră”.

1974 Fizicianul britanic Stephen Hawking a demonstrat că găurile negre, deși înghit materie fără întoarcere, pot emite radiații și în cele din urmă se evaporă. Acest fenomen se numește „radiație Hawking”.

2013 Cele mai recente cercetări privind pulsari și quasari, precum și descoperirea radiației cosmice de fond cu microunde, au făcut în sfârșit posibilă descrierea conceptului de găuri negre. În 2013, norul de gaz G2 s-a apropiat foarte mult de gaura neagră și este probabil să fie absorbit de aceasta, observarea procesului unic oferă oportunități mari pentru noi descoperiri ale caracteristicilor găurii negre.

(Obiect masiv Săgetător A*, masa sa este de 4 milioane de ori mai mare decât Soarele, ceea ce implică un grup de stele și formarea unei găuri negre)

2017. Un grup de oameni de știință din colaborarea Event Horizon Telescope din mai multe țări, care leagă opt telescoape din diferite puncte ale continentelor Pământului, au efectuat observații ale unei găuri negre, care este un obiect supermasiv și este situat în galaxia M87, constelația Fecioarei. Masa obiectului este de 6,5 miliarde (!) mase solare, de ori gigantice mai mare decât obiectul masiv Săgetător A *, spre comparație, diametrul este puțin mai mic decât distanța de la Soare la Pluto.

Observațiile au fost efectuate în mai multe etape, începând din primăvara anului 2017 și în perioadele anului 2018. Cantitatea de informații a fost calculată în petabytes, care apoi a trebuit să fie descifrată și să se obțină o imagine autentică a unui obiect ultra-depărtat. Prin urmare, a fost nevoie de încă doi ani întregi pentru a pre-scana toate datele și a le combina într-un singur întreg.

2019 Datele au fost decodificate cu succes și aduse la vedere, producând prima imagine a unei găuri negre.

(Prima imagine a unei găuri negre din galaxia M87 din constelația Fecioarei)

Rezoluția imaginii vă permite să vedeți umbra punctului fără întoarcere în centrul obiectului. Imaginea a fost obținută ca urmare a observațiilor interferometrice cu o linie de bază extra lungă. Acestea sunt așa-numitele observații sincrone ale unui obiect de la mai multe radiotelescoape, interconectate printr-o rețea și situate în diferite părți ale globului, îndreptate într-o singură direcție.

Ce sunt de fapt găurile negre?

O explicație laconică a fenomenului sună așa.

O gaură neagră este o regiune spațiu-timp a cărei atracție gravitațională este atât de puternică încât niciun obiect, inclusiv cuante de lumină, nu o poate părăsi.

O gaură neagră a fost cândva o stea masivă. Atâta timp cât reacțiile termonucleare mențin o presiune ridicată în intestine, totul rămâne normal. Dar, în timp, aprovizionarea cu energie se epuizează și corpul ceresc, sub influența propriei gravitații, începe să se micșoreze. Etapa finală a acestui proces este prăbușirea nucleului stelar și formarea unei găuri negre.

• 1. Ejectia unui jet de gaura neagra la viteza mare


• 2. Un disc de materie crește într-o gaură neagră


• 3. Gaură neagră


• 4. Schema detaliată a regiunii găurii negre


• 5. Dimensiunea noilor observații găsite

Cea mai comună teorie spune că există fenomene similare în fiecare galaxie, inclusiv în centrul Căii Lactee. Gravitația uriașă a găurii este capabilă să țină mai multe galaxii în jurul ei, împiedicându-le să se îndepărteze una de cealaltă. „Zona de acoperire” poate fi diferită, totul depinde de masa stelei care s-a transformat într-o gaură neagră și poate fi de mii de ani lumină.

raza Schwarzschild

Principala proprietate a unei găuri negre este că orice materie care intră în ea nu se poate întoarce niciodată. Același lucru este valabil și pentru lumină. În miezul lor, găurile sunt corpuri care absorb complet toată lumina care cade asupra lor și nu o emit pe a lor. Astfel de obiecte pot apărea vizual ca cheaguri de întuneric absolut.

• 1. Mișcarea materiei la jumătate din viteza luminii


• 2. Inel fotonic


• 3. Inel fotonic interior


• 4. Orizontul evenimentelor într-o gaură neagră

Pe baza Teoriei Generale a Relativității a lui Einstein, dacă un corp se apropie de o distanță critică de centrul găurii, nu se mai poate întoarce. Această distanță se numește raza Schwarzschild. Ce se întâmplă exact în această rază nu este cunoscut cu certitudine, dar există cea mai comună teorie. Se crede că toată materia unei găuri negre este concentrată într-un punct infinit de mic, iar în centrul său există un obiect cu densitate infinită, pe care oamenii de știință îl numesc o perturbare singulară.

Cum cade într-o gaură neagră

(În imagine, gaura neagră a Săgetător A * arată ca un grup de lumină extrem de strălucitor)

Nu cu mult timp în urmă, în 2011, oamenii de știință au descoperit un nor de gaz, dându-i numele simplu G2, care emite lumină neobișnuită. O astfel de strălucire poate da frecare în gaz și praf, cauzată de acțiunea găurii negre Săgetător A* și care se rotesc în jurul acesteia sub forma unui disc de acreție. Astfel, devenim observatori ai fenomenului uimitor al absorbției unui nor de gaz de către o gaură neagră supermasivă.

Potrivit unor studii recente, cea mai apropiată abordare a unei găuri negre va avea loc în martie 2014. Putem recrea o imagine a modului în care se va desfășura acest spectacol incitant.

• 1. Când apare pentru prima dată în date, un nor de gaz seamănă cu o minge uriașă de gaz și praf.


• 2. Acum, din iunie 2013, norul se află la zeci de miliarde de kilometri distanță de gaura neagră. Cade în el cu o viteză de 2500 km/s.


• 3. Se așteaptă ca norul să treacă de gaura neagră, dar forțele de maree cauzate de diferența de atracție care acționează asupra marginilor de început și de mers ale norului vor face ca acesta să devină din ce în ce mai alungit.


• 4. După ce norul este rupt, cel mai probabil se va alătura discului de acreție din jurul Săgetătorului A*, generând unde de șoc în el. Temperatura va crește la câteva milioane de grade.


• 5. O parte din nor va cădea direct în gaura neagră. Nimeni nu știe exact ce se va întâmpla cu această substanță, dar este de așteptat ca în procesul de cădere să emită fluxuri puternice de raze X și nimeni altcineva nu o va vedea.

Video: gaura neagră înghite un nor de gaz

(Simularea pe computer a cât de mult din norul de gaz G2 va fi distrus și consumat de gaura neagră Săgetător A*)

Ce se află în interiorul unei găuri negre

Există o teorie care susține că o gaură neagră în interior este practic goală, iar toată masa ei este concentrată într-un punct incredibil de mic situat chiar în centrul ei - o singularitate.

Potrivit unei alte teorii care există de o jumătate de secol, tot ceea ce cade într-o gaură neagră intră într-un alt univers situat chiar în gaura neagră. Acum această teorie nu este cea principală.

Și există o a treia teorie, cea mai modernă și tenace, conform căreia tot ceea ce cade într-o gaură neagră se dizolvă în vibrațiile corzilor de pe suprafața ei, care este desemnată ca orizontul evenimentelor.

Deci, care este orizontul evenimentului? Este imposibil să privești în interiorul unei găuri negre chiar și cu un telescop super-puternic, deoarece chiar și lumina, care pătrunde într-o pâlnie cosmică gigantică, nu are nicio șansă să iasă înapoi. Tot ceea ce poate fi luat în considerare cumva se află în imediata sa vecinătate.

Orizontul evenimentelor este o linie condiționată a suprafeței de sub care nimic (nici gaz, nici praf, nici stele, nici lumină) nu poate scăpa. Și acesta este punctul foarte misterios de neîntoarcere în găurile negre ale Universului.

Astronomii de la Universitatea Ohio au anunțat recent că nucleul dublu neobișnuit din galaxia Andromeda se datorează unui grup de stele care orbitează pe orbite eliptice în jurul unui obiect masiv, cel mai probabil o gaură neagră. Astfel de concluzii au fost făcute pe baza datelor obținute cu ajutorul telescopului spațial Hubble. Miezul dublu al Andromedei a fost descoperit pentru prima dată în anii '70, dar abia la mijlocul anilor '90 a fost prezentată teoria găurilor negre.

Ideea că găurile negre există în nucleele galaxiilor nu este nouă.

Există chiar toate motivele să credem că Calea Lactee - galaxia căreia îi aparține Pământul - are o gaură neagră mare în miez, a cărei masă este de 3 milioane de ori masa Soarelui. Cu toate acestea, este mai ușor să explorezi nucleul galaxiei Andromeda, care se află la o distanță de 2 milioane de ani lumină de noi, decât nucleul galaxiei noastre, către care lumina călătorește doar 30 de mii de ani - nu poți vedea pădurea pt. copacii.

Oamenii de știință simulează coliziuni ale găurilor negre

Aplicarea simulării numerice pe supercalculatoare pentru a elucida natura și comportamentul găurilor negre, studiul undelor gravitaționale.

Pentru prima dată, oamenii de știință de la Institutul de Fizică Gravitațională (Max-Planck-Institut fur Gravitationsphysik), cunoscut și sub numele de „Institutul Albert Einstein” și situat în Holm, o suburbie a orașului Potsdam (Germania), au simulat fuziunea a două persoane negre. găuri. Detectarea planificată a undelor gravitaționale emise de cele două găuri negre care fuzionează necesită simulări complete 3D pe supercomputere.

Găurile negre sunt atât de dense încât nu reflectă sau emit deloc lumină, motiv pentru care sunt atât de greu de detectat. Cu toate acestea, în câțiva ani, oamenii de știință speră la o schimbare semnificativă în acest domeniu.

Undele gravitaționale, care umplu literalmente spațiul cosmic, la începutul secolului următor pot fi detectate cu ajutorul unor noi mijloace.

Oamenii de știință conduși de profesorul Ed Seidel (Dr. Ed Seidel) pregătesc simulări numerice pentru astfel de studii, care vor fi o modalitate fiabilă pentru observatori de a detecta undele produse de găurile negre. „Cociziunile cu găurile negre sunt una dintre principalele surse de unde gravitaționale”, a spus profesorul Seidel, care în ultimii ani a făcut cercetări de succes în modelarea undelor gravitaționale care apar atunci când găurile negre se sparg în ciocniri directe.

Cu toate acestea, interacțiunea a două găuri negre în spirală și fuziunea lor este mai frecventă decât o coliziune directă și are o importanță mai mare în astronomie. Astfel de ciocniri tangenţiale au fost calculate pentru prima dată de Bernd Brugmann la Institutul Albert Einstein.

Cu toate acestea, la acea vreme, din cauza lipsei de putere de calcul, el nu putea calcula detalii atât de importante precum urma exactă a undelor gravitaționale emise, care conține informații importante despre comportamentul găurilor negre în timpul unei coliziuni. Brugman a publicat cele mai recente rezultate în International Journal of Modern Physics.

În primele sale calcule, Brugman a folosit serverul institutului Origin 2000. Acesta include 32 de procesoare separate care rulează în paralel, cu o performanță totală de vârf de 3 miliarde de operațiuni pe secundă. Și în luna iunie a acestui an, o echipă internațională formată din Brugmann, Seidel și alții lucrau deja la supercomputerul Origin 2000, mult mai puternic, cu 256 de procesoare, la Centrul Național pentru Aplicații de Supercomputing (NCSA). Grupul a inclus și oameni de știință din

Louis University (SUA) și de la centrul de cercetare Konrad-Zuse-Zentrum din Berlin. Acest supercomputer a furnizat prima simulare detaliată a coliziunilor tangenţiale ale găurilor negre cu masă inegală, precum şi rotaţiile acestora, pe care Brugmann le explorase anterior. Werner Benger de la Konrad-Zuse-Zentrum a reușit chiar să reproducă o imagine uluitoare a procesului de coliziune. S-a demonstrat modul în care „monstrii negri” cu mase de la una la câteva sute de milioane de mase solare s-au unit, creând explozii de unde gravitaționale care ar putea fi în curând înregistrate prin mijloace speciale.

Unul dintre cele mai importante rezultate ale acestei lucrări de cercetare a fost descoperirea uriașei energie emisă de coliziunea găurilor negre sub formă de unde gravitaționale. Dacă două obiecte cu mase echivalente cu 10 și 15 mase solare se apropie unul de celălalt la mai puțin de 30 de mile și se ciocnesc, atunci cantitatea de energie gravitațională corespunde cu 1% din masa lor. „Aceasta este de o mie de ori mai mult decât toată energia eliberată de Soarele nostru în ultimele cinci miliarde de ani”. a remarcat Brugman. Deoarece majoritatea coliziunilor majore din univers au loc foarte departe de Pământ, semnalele ar trebui să devină foarte slabe în momentul în care vor atinge solul.

Construcția mai multor detectoare de înaltă precizie a început în întreaga lume.

Unul dintre ele, construit de Institutul Max Planck în cadrul proiectului germano-britanic „Geo 600”, este un interferometru laser lung de 0,7 mile. Oamenii de știință speră să măsoare parametrii perturbațiilor gravitaționale scurte care apar atunci când găurile negre se ciocnesc, dar se așteaptă la o astfel de coliziune pe an și la o distanță de aproximativ 600 de milioane de ani-lumină. Modelele computerizate sunt necesare pentru a oferi observatorilor informații fiabile despre detectarea undelor produse de găurile negre. Datorită îmbunătățirii capacităților de simulare a supercomputerelor, oamenii de știință se află în pragul unui nou tip de fizică experimentală.

Astronomii spun că știu locația a multor mii de găuri negre, dar nu suntem în măsură să facem niciun experiment pe Pământ pe ele. „Numai într-un caz vom putea studia detaliile și vom construi modelul lor numeric în computerele noastre și vom putea să-l observăm”, a explicat profesorul Bernard Schutz, director al Institutului Albert Einstein. „Cred că studiul găurilor negre va fi un subiect cheie de cercetare pentru astronomi în primul deceniu al secolului următor”.

Steaua satelit vă permite să vedeți praful din supernova.

Găurile negre nu pot fi văzute direct, dar astronomii pot vedea dovezi ale existenței lor atunci când gazele erup într-o stea însoțitoare.

Dacă dinamita este detonată, fragmente minuscule ale explozivului vor străpunge adânc în obiectele din apropiere, lăsând astfel dovezi de neșters ale unei explozii.

Astronomii au găsit o amprentă similară asupra unei stele care orbitează o gaură neagră, nu fără motiv, crezând că această gaură neagră - o fostă stea care s-a prăbușit atât de grav încât nici măcar lumina nu își poate depăși forța gravitațională - a fost rezultatul exploziei unei supernove.

Lumina în întuneric.

Până atunci, astronomii observau explozii de supernove și observau obiecte în locul lor, care, în opinia lor, sunt găuri negre. Noua descoperire este prima dovadă reală a unei legături între un eveniment și altul. (Găurile negre nu pot fi văzute direct, dar prezența lor poate fi uneori dedusă din efectul câmpului lor gravitațional asupra obiectelor din apropiere.

Sistemul de stele și găuri negre, desemnat GRO J1655-40, se află la aproximativ 10.000 de ani lumină distanță în galaxia noastră Calea Lactee. Descoperită în 1994, a atras atenția astronomilor cu explozii intense de raze X și un baraj de unde radio, în timp ce gaura neagră a expulzat gaze către steaua sa însoțitoare, aflată la 7,4 milioane de mile distanță.

Cercetătorii din Spania și America au început să se uite îndeaproape la steaua însoțitoare, crezând că ar putea păstra un fel de urmă, indicând procesul de formare a unei găuri negre.

Găurile negre de mărimea unei stele sunt considerate a fi corpurile unor stele mari care pur și simplu s-au micșorat la această dimensiune după ce și-au consumat tot combustibilul de hidrogen. Dar din motive încă neînțelese, steaua care se estompează se transformă într-o supernova înainte de a exploda.

Observațiile sistemului GRO J1655-40 din august și septembrie 1994 au făcut posibilă stabilirea faptului că fluxurile de gaz ejectate aveau o viteză de până la 92% din viteza luminii, ceea ce a demonstrat parțial prezența unei găuri negre acolo.

Praf de stele.

Dacă oamenii de știință nu se înșală, atunci unele dintre stelele explodate, care sunt probabil de 25-40 de ori mai mari decât Soarele nostru, s-au transformat în sateliți supraviețuitori.

Acestea sunt exact datele pe care le-au găsit astronomii.

Atmosfera stelei însoțitoare conținea concentrații mai mari decât cele normale de oxigen, magneziu, siliciu și sulf - elemente grele care nu pot fi create din abundență decât la temperatura de mai multe miliarde de grade care este atinsă în timpul exploziei unei supernove. Aceasta a fost prima dovadă care a confirmat cu adevărat validitatea teoriei conform căreia unele găuri negre au apărut pentru prima dată ca supernove, deoarece ceea ce au văzut nu a putut fi născut de steaua observată de astronomi.