Sort hul: hvad er der indeni? Interessante fakta og forskning. Hvad er et sort hul

24. januar 2013

Af alle de hypotetiske objekter i universet forudsagt af videnskabelige teorier, gør sorte huller det mest uhyggelige indtryk. Og selvom antagelser om deres eksistens begyndte at blive udtrykt næsten halvandet århundrede før Einsteins udgivelse af den generelle relativitetsteori, er der for ganske nylig opnået overbevisende beviser for deres eksistens.

Lad os starte med, hvordan den generelle relativitetsteori adresserer spørgsmålet om tyngdekraftens natur. Newtons lov om universel tyngdekraft siger, at der mellem to massive legemer i universet er en gensidig tiltrækningskraft. På grund af denne tyngdekraft drejer Jorden rundt om Solen. Generel relativitetsteori tvinger os til at se anderledes på Sol-Jord-systemet. Ifølge denne teori, i nærværelse af et så massivt himmellegeme som Solen, kollapser rumtiden så at sige under dens vægt, og ensartetheden af ​​dets stof forstyrres. Forestil dig en elastisk trampolin, hvorpå der ligger en tung bold (f.eks. fra en bowlingbane). Det strakte stof synker under sin vægt, hvilket skaber en sjældenhed rundt. På samme måde skubber Solen rumtiden rundt om sig selv.

Ifølge dette billede ruller Jorden simpelthen rundt om den dannede tragt (bortset fra at en lille bold, der ruller rundt om en tung på en trampolin, uundgåeligt vil miste fart og spiral mod en stor). Og det, vi sædvanligvis opfatter som tyngdekraften i vores daglige liv, er heller ikke andet end en ændring i rumtidens geometri og ikke en kraft i newtonsk forstand. Til dato er der ikke opfundet en mere vellykket forklaring på tyngdekraftens natur, end den generelle relativitetsteori giver os.

Forestil dig nu, hvad der sker, hvis vi - inden for rammerne af det foreslåede billede - øger og øger massen af ​​en tung bold uden at øge dens fysiske dimensioner? Da den er absolut elastisk, vil tragten blive dybere, indtil dens øvre kanter konvergerer et sted højt over den helt tungere bold, og så holder den simpelthen op med at eksistere, når den ses fra overfladen. I det virkelige univers, efter at have akkumuleret en tilstrækkelig masse og tæthed af stof, smækker objektet en rumtidsfælde rundt om sig selv, rumtidens stof lukker sig, og det mister kontakten med resten af ​​universet og bliver usynligt for det. Sådan skabes et sort hul.

Schwarzschild og hans samtidige mente, at sådanne mærkelige kosmiske objekter ikke eksisterer i naturen. Einstein selv holdt sig ikke kun til dette synspunkt, men troede også fejlagtigt, at han formåede at underbygge sin mening matematisk.

I 1930'erne beviste en ung indisk astrofysiker, Chandrasekhar, at en stjerne, der har brugt sit atombrændsel, kaster sin skal og bliver til en langsomt afkølende hvid dværg, hvis dens masse er mindre end 1,4 solmasser. Snart gættede amerikaneren Fritz Zwicky på, at ekstremt tætte legemer af neutronstof opstår i supernovaeksplosioner; Senere kom Lev Landau til samme konklusion. Efter Chandrasekhars arbejde var det indlysende, at kun stjerner med en masse større end 1,4 solmasser kunne gennemgå en sådan udvikling. Derfor opstod et naturligt spørgsmål - er der en øvre massegrænse for supernovaer, som neutronstjerner efterlader sig?

I slutningen af ​​1930'erne fastslog den fremtidige fader til den amerikanske atombombe, Robert Oppenheimer, at en sådan grænse faktisk eksisterer og ikke overstiger flere solmasser. Det var dengang ikke muligt at give en mere præcis vurdering; det er nu kendt, at massen af ​​neutronstjerner skal være i området 1,5-3 Ms. Men selv fra de omtrentlige beregninger af Oppenheimer og hans kandidatstuderende George Volkov, fulgte det, at de mest massive efterkommere af supernovaer ikke bliver neutronstjerner, men går ind i en anden tilstand. I 1939 beviste Oppenheimer og Hartland Snyder i en idealiseret model, at en massiv kollapsende stjerne trækker sig sammen til sin gravitationsradius. Af deres formler følger det faktisk, at stjernen ikke stopper der, men medforfatterne afholdt sig fra en så radikal konklusion.

09.07.1911 - 13.04.2008

Det endelige svar blev fundet i anden halvdel af det 20. århundrede ved indsatsen fra en galakse af strålende teoretiske fysikere, inklusive sovjetiske. Det viste sig, at et sådant sammenbrud altid komprimerer stjernen "op til stop", hvilket fuldstændigt ødelægger dens substans. Som et resultat opstår der en singularitet, et "superkoncentrat" ​​af gravitationsfeltet, lukket i et uendeligt lille volumen. For et fast hul er dette et punkt, for et roterende hul er det en ring. Krumningen af ​​rum-tid og følgelig tyngdekraften nær singulariteten har en tendens til uendelig. I slutningen af ​​1967 var den amerikanske fysiker John Archibald Wheeler den første til at kalde et sådant endeligt stjernekollaps for et sort hul. Det nye udtryk forelskede sig i fysikere og glade journalister, der spredte det rundt i verden (selvom franskmændene ikke kunne lide det i starten, fordi udtrykket trou noir antydede tvivlsomme associationer).

Den vigtigste egenskab ved et sort hul er, at uanset hvad der kommer ind i det, vil det ikke komme tilbage. Det gælder selv lys, og derfor får sorte huller deres navn: En krop, der absorberer alt det lys, der falder på den og ikke udsender sit eget, fremstår helt sort. Ifølge den generelle relativitetsteori, hvis et objekt nærmer sig midten af ​​et sort hul i en kritisk afstand - denne afstand kaldes Schwarzschild-radius - kan det aldrig gå tilbage. (Den tyske astronom Karl Schwarzschild (1873-1916) i de sidste år af sit liv beregnede ved hjælp af ligningerne i Einsteins generelle relativitetsteori tyngdefeltet omkring en masse på nul volumen.) For Solens masse beregnede Schwarzschild radius er 3 km, det vil sige for at gøre vores Solen til et sort hul, skal du kondensere hele dens masse til størrelsen af ​​en lille by!

Inde i Schwarzschild-radius forudsiger teorien endnu mærkeligere fænomener: alt stof i et sort hul samles til et uendeligt lille punkt med uendelig tæthed i dets centrum - matematikere kalder sådan et objekt for en enestående forstyrrelse. Ved uendelig tæthed optager enhver endelig masse af stof, matematisk set, nul rumlig volumen. Om dette fænomen virkelig opstår inde i et sort hul, kan vi naturligvis ikke eksperimentelt verificere, da alt, der er faldet inden for Schwarzschild-radius, ikke vender tilbage.

Uden at være i stand til at "se" et sort hul i den traditionelle betydning af ordet "se" kan vi alligevel opdage dets tilstedeværelse ved indirekte tegn på indflydelsen fra dets supermægtige og helt usædvanlige gravitationsfelt på materien omkring det. .

Supermassive sorte huller

I centrum af vores Mælkevej og andre galakser er et utroligt massivt sort hul millioner af gange tungere end Solen. Disse supermassive sorte huller (som de kaldes) blev opdaget ved at observere arten af ​​bevægelsen af ​​interstellar gas nær galaksernes centre. Gasserne, at dømme efter observationerne, roterer i tæt afstand fra det supermassive objekt, og simple beregninger ved hjælp af Newtons mekaniklove viser, at det objekt, der tiltrækker dem, med en ringe diameter, har en monstrøs masse. Kun et sort hul kan spinde den interstellare gas i centrum af galaksen på denne måde. Faktisk har astrofysikere allerede fundet dusinvis af sådanne massive sorte huller i centrum af vores nabogalakser, og de har en stærk mistanke om, at centrum af enhver galakse er et sort hul.

Sorte huller med stjernemasse

Ifølge vores nuværende forståelse af stjernernes udvikling, når en stjerne med en masse større end omkring 30 solmasser dør i en supernovaeksplosion, flyver dens ydre skal fra hinanden, og de indre lag kollapser hurtigt mod midten og danner et sort hul i stedet for stjernen, der har brugt sine brændstofreserver. Det er praktisk talt umuligt at identificere et sort hul af denne oprindelse isoleret i det interstellare rum, da det befinder sig i et forsælnet vakuum og ikke manifesterer sig på nogen måde i form af gravitationsinteraktioner. Men hvis et sådant hul var en del af et dobbeltstjernesystem (to varme stjerner, der kredser om deres massecenter), ville det sorte hul stadig have en gravitationseffekt på sin partnerstjerne. Astronomer i dag har mere end et dusin kandidater til rollen som stjernesystemer af denne art, selvom der ikke er opnået strenge beviser for nogen af ​​dem.

I et binært system med et sort hul i sin sammensætning vil stoffet om en "levende" stjerne uundgåeligt "flyde" i retning af det sorte hul. Og det stof, der suges ud af det sorte hul, vil spinde i en spiral, når det falder ned i det sorte hul, og forsvinder, når det krydser Schwarzschild-radius. Når man nærmer sig den dødelige grænse, vil stoffet, der suges ind i det sorte huls tragt, imidlertid uundgåeligt kondensere og varme op på grund af hyppigere kollisioner mellem de partikler, der absorberes af hullet, indtil det varmes op til strålingsenergierne fra bølger i hullet. Røntgenområde for det elektromagnetiske strålingsspektrum. Astronomer kan måle frekvensen af ​​denne form for røntgenintensitetsændring og ved at sammenligne den med andre tilgængelige data beregne den omtrentlige masse af et objekt, der "trækker" stof ind på sig selv. Hvis massen af ​​et objekt overstiger Chandrasekhar-grænsen (1,4 solmasser), kan dette objekt ikke være en hvid dværg, som vores lyskilde er bestemt til at degenerere til. I de fleste tilfælde af observerede observationer af sådanne dobbelte røntgenstjerner er en neutronstjerne et massivt objekt. Der har dog været mere end et dusin tilfælde, hvor den eneste rimelige forklaring er tilstedeværelsen af ​​et sort hul i et dobbeltstjernesystem.

Alle andre typer sorte huller er meget mere spekulative og udelukkende baseret på teoretisk forskning – der er ingen eksperimentel bekræftelse af deres eksistens overhovedet. For det første er disse sorte minihuller med en masse, der kan sammenlignes med massen af ​​et bjerg og komprimeret til en protons radius. Ideen om deres oprindelse i den indledende fase af dannelsen af ​​universet umiddelbart efter Big Bang blev foreslået af den engelske kosmolog Stephen Hawking (se Hidden Principle of Time Irreversibility). Hawking foreslog, at eksplosioner af minihuller kunne forklare det virkelig mystiske fænomen med mejslede udbrud af gammastråler i universet. For det andet forudsiger nogle teorier om elementarpartikler eksistensen i universet - på mikroniveau - af en ægte si af sorte huller, som er en slags skum fra universets affald. Diameteren af ​​sådanne mikrohuller er angiveligt omkring 10-33 cm - de er milliarder af gange mindre end en proton. I øjeblikket har vi ikke nogen forhåbninger om en eksperimentel verifikation af selve kendsgerningen om eksistensen af ​​sådanne sorte huller-partikler, for ikke at nævne, for på en eller anden måde at undersøge deres egenskaber.

Og hvad vil der ske med observatøren, hvis han pludselig befinder sig på den anden side af gravitationsradius, ellers kaldet begivenhedshorisonten. Her begynder den mest fantastiske egenskab ved sorte huller. Ikke forgæves, når vi taler om sorte huller, har vi altid nævnt tid, eller rettere rum-tid. Ifølge Einsteins relativitetsteori, jo hurtigere en krop bevæger sig, jo større bliver dens masse, men jo langsommere begynder tiden at gå! Ved lave hastigheder under normale forhold er denne effekt umærkelig, men hvis kroppen (rumskibet) bevæger sig med en hastighed tæt på lysets hastighed, så stiger dens masse, og tiden går langsommere! Når kroppens hastighed er lig med lysets hastighed, bliver massen til det uendelige, og tiden stopper! Dette bevises af strenge matematiske formler. Lad os gå tilbage til det sorte hul. Forestil dig en fantastisk situation, når et rumskib med astronauter om bord nærmer sig gravitationsradius eller begivenhedshorisont. Det er klart, at begivenhedshorisonten hedder sådan, fordi vi kun kan observere enhver begivenhed (observere noget generelt) indtil denne grænse. At vi ikke er i stand til at observere denne grænse. Men at være inde i et skib, der nærmer sig et sort hul, vil astronauterne føle det samme som før, fordi. ifølge deres ur vil tiden gå "normalt". Rumfartøjet vil roligt krydse begivenhedshorisonten og komme videre. Men da dets hastighed vil være tæt på lysets hastighed, vil rumfartøjet nå midten af ​​det sorte hul bogstaveligt talt på et øjeblik.

Og for en ekstern observatør vil rumfartøjet simpelthen stoppe ved begivenhedshorisonten og blive der næsten for evigt! Sådan er paradokset ved sorte hullers kolossale tyngdekraft. Spørgsmålet er naturligt, men vil de astronauter, der går til det uendelige ifølge en ekstern observatørs ur, forblive i live. Ingen. Og pointen ligger slet ikke i den enorme tyngdekraft, men i tidevandskræfterne, som i et så lille og massivt legeme varierer meget på små afstande. Med væksten af ​​en astronaut 1 m 70 cm vil tidevandskræfterne ved hans hoved være meget mindre end ved hans fødder, og han vil simpelthen blive revet fra hinanden allerede ved begivenhedshorisonten. Så vi har generelt fundet ud af, hvad sorte huller er, men indtil videre har vi talt om sorte huller med stjernemasse. I øjeblikket har astronomer formået at opdage supermassive sorte huller, hvis masse kan være en milliard sole! Supermassive sorte huller adskiller sig ikke i egenskaber fra deres mindre modstykker. De er kun meget mere massive og er som regel placeret i centrum af galakser - stjerneøerne i universet. Der er også et supermassivt sort hul i midten af ​​vores galakse (Mælkevejen). Den kolossale masse af sådanne sorte huller vil gøre det muligt at søge efter dem ikke kun i vores galakse, men også i centrene af fjerne galakser beliggende i en afstand af millioner og milliarder af lysår fra Jorden og Solen. Europæiske og amerikanske videnskabsmænd gennemførte en global søgning efter supermassive sorte huller, som ifølge moderne teoretiske beregninger skulle være placeret i centrum af hver galakse.

Moderne teknologi gør det muligt at opdage tilstedeværelsen af ​​disse kollapsarer i nabogalakser, men meget få er blevet fundet. Det betyder, at sorte huller enten gemmer sig i tætte gas- og støvskyer i den centrale del af galakser, eller også er de placeret i fjernere hjørner af universet. Så sorte huller kan detekteres af røntgenstråler, der udsendes under ophobningen af ​​stof på dem, og for at lave en optælling af sådanne kilder, blev satellitter med røntgen-teleskoper om bord lanceret ind i rummet nær Jorden. I søgningen efter røntgenstrålekilder har Chandra og Rossi rumobservatorierne opdaget, at himlen er fyldt med røntgenbaggrundsstråling og er millioner af gange lysere end i synlige stråler. Meget af denne baggrundsrøntgen-emission fra himlen skal komme fra sorte huller. Normalt inden for astronomi taler man om tre typer sorte huller. Det første er sorte huller med stjernemasse (ca. 10 solmasser). De dannes af massive stjerner, når de løber tør for fusionsbrændstof. Det andet er supermassive sorte huller i centrum af galakser (masser fra en million til milliarder af solmasser). Og endelig er de oprindelige sorte huller dannet i begyndelsen af ​​universets liv, hvis masser er små (i størrelsesordenen af ​​massen af ​​en stor asteroide). Således forbliver et stort udvalg af mulige sorte hul-masser ufyldte. Men hvor er disse huller? Når de fylder rummet med røntgenbilleder, ønsker de ikke desto mindre at vise deres sande "ansigt". Men for at opbygge en klar teori om sammenhængen mellem baggrundsrøntgenstrålingen og sorte huller er det nødvendigt at kende deres nummer. I øjeblikket har rumteleskoper kun været i stand til at opdage et lille antal supermassive sorte huller, hvis eksistens kan anses for bevist. Indirekte beviser gør det muligt at bringe antallet af observerbare sorte huller, der er ansvarlige for baggrundsstråling, op på 15 %. Vi må antage, at resten af ​​de supermassive sorte huller simpelthen gemmer sig bag et tykt lag af støvskyer, der kun tillader højenergi-røntgenstråler at passere igennem eller er for langt væk til påvisning med moderne observationsmidler.

Supermassivt sort hul (kvarter) i midten af ​​M87-galaksen (røntgenbillede). Et jetfly er synligt fra begivenhedshorisonten. Billede fra www.college.ru/astronomy

Søgen efter skjulte sorte huller er en af ​​hovedopgaverne for moderne røntgenastronomi. De seneste gennembrud på dette område, forbundet med forskning ved hjælp af Chandra- og Rossi-teleskoperne, dækker dog kun lavenergiområdet for røntgenstråling - cirka 2000-20.000 elektronvolt (til sammenligning er energien af ​​optisk stråling omkring 2 elektronvolt). volt). Væsentlige ændringer af disse undersøgelser kan foretages af det europæiske rumteleskop Integral, som er i stand til at trænge ind i det stadig utilstrækkeligt undersøgte område af røntgenstråling med en energi på 20.000-300.000 elektronvolt. Vigtigheden af ​​at studere denne type røntgenstråler ligger i det faktum, at selv om himlens røntgenbaggrund har en lav energi, opstår der flere peaks (punkter) af stråling med en energi på omkring 30.000 elektronvolt på denne baggrund. Forskere mangler endnu at opklare mysteriet om, hvad der genererer disse toppe, og Integral er det første teleskop, der er følsomt nok til at finde sådanne røntgenkilder. Ifølge astronomer giver højenergistråler anledning til de såkaldte Compton-tykke objekter, det vil sige supermassive sorte huller indhyllet i en støvskal. Det er Compton-objekterne, der er ansvarlige for røntgentoppe på 30.000 elektronvolt i baggrundsstrålingsfeltet.

Men ved at fortsætte deres forskning kom forskerne til den konklusion, at Compton-objekter kun udgør 10% af antallet af sorte huller, der skulle skabe højenergitoppe. Dette er en alvorlig hindring for den videre udvikling af teorien. Betyder det, at de manglende røntgenstråler ikke leveres af Compton-tykke, men af ​​almindelige supermassive sorte huller? Hvad så med støvskærme til lavenergi røntgenstråler.? Svaret lader til at ligge i, at mange sorte huller (Compton-objekter) har haft tid nok til at absorbere al den gas og støv, der omsluttede dem, men før det havde de mulighed for at erklære sig selv med højenergi-røntgenstråler. Efter at have absorberet alt stof, var sådanne sorte huller allerede ude af stand til at generere røntgenstråler ved begivenhedshorisonten. Det bliver klart, hvorfor disse sorte huller ikke kan detekteres, og det bliver muligt at tilskrive de manglende kilder til baggrundsstråling til deres konto, da selvom det sorte hul ikke længere udstråler, fortsætter strålingen, der tidligere er skabt af det, med at rejse gennem universet. Det er dog fuldt ud muligt, at de manglende sorte huller er mere skjulte, end astronomer foreslår, så bare fordi vi ikke kan se dem, betyder det ikke, at de ikke eksisterer. Det er bare, at vi ikke har nok observationskraft til at se dem. I mellemtiden planlægger NASA-forskere at udvide søgningen efter skjulte sorte huller endnu længere ind i universet. Det er der, den undersøiske del af isbjerget er placeret, mener de. Inden for få måneder vil der blive udført forskning som en del af Swift-missionen. Penetration ind i det dybe univers vil afsløre skjulte sorte huller, finde det manglende led for baggrundsstrålingen og kaste lys over deres aktivitet i universets tidlige æra.

Nogle sorte huller menes at være mere aktive end deres stille naboer. Aktive sorte huller absorberer det omgivende stof, og hvis en "gabløs" stjerne, der flyver forbi, kommer ind i tyngdekraften, så vil den helt sikkert blive "spist" på den mest barbariske måde (revet i stykker). Absorberet stof, der falder ned i et sort hul, opvarmes til enorme temperaturer og oplever et glimt i gamma-, røntgen- og ultravioletområdet. Der er også et supermassivt sort hul i midten af ​​Mælkevejen, men det er sværere at studere end huller i tilstødende eller endda fjerne galakser. Det skyldes den tætte væg af gas og støv, der kommer i vejen for midten af ​​vores galakse, fordi solsystemet er placeret næsten på kanten af ​​den galaktiske skive. Derfor er observationer af sorte huls aktivitet meget mere effektive for de galakser, hvis kerne er tydeligt synlig. Da astronomerne observerede en af ​​de fjerne galakser, der ligger i stjernebilledet Boötes i en afstand af 4 milliarder lysår, lykkedes det for første gang fra begyndelsen og næsten til slutningen at spore processen med absorption af en stjerne af et supermassivt sort hul . I tusinder af år lå denne gigantiske kollaps stille og roligt i midten af ​​en unavngiven elliptisk galakse, indtil en af ​​stjernerne vovede at komme tæt nok på den.

Det sorte huls kraftige tyngdekraft rev stjernen fra hinanden. Stofpropper begyndte at falde ned i det sorte hul, og da de nåede begivenhedshorisonten, blussede de op i det ultraviolette område. Disse flares blev fanget af det nye NASA Galaxy Evolution Explorer-rumteleskop, som studerer himlen i ultraviolet lys. Teleskopet fortsætter med at observere opførselen af ​​det fornemme objekt selv i dag, fordi det sorte huls måltid er endnu ikke forbi, og resterne af stjernen falder fortsat ned i tidens og rummets afgrund. Observationer af sådanne processer vil i sidste ende hjælpe til bedre at forstå, hvordan sorte huller udvikler sig med deres modergalakser (eller omvendt, galakser udvikler sig med et modersorte hul). Tidligere observationer viser, at sådanne udskejelser ikke er ualmindelige i universet. Forskere har beregnet, at en stjerne i gennemsnit absorberes af en typisk galakses supermassive sorte hul én gang hvert 10.000 år, men da der er et stort antal galakser, kan stjerneabsorption observeres meget oftere.

kilde

Sorte huller er et af de mærkeligste fænomener i universet. I hvert fald på dette stadium af menneskelig udvikling. Dette er et objekt med uendelig masse og tæthed, og dermed tiltrækning, ud over hvilken selv lys ikke kan undslippe - derfor er hullet sort. Et supermassivt sort hul kan trække en hel galakse ind i sig selv og ikke kvæles, og ud over begivenhedshorisonten begynder velkendt fysik at hvine og sno sig til en knude. På den anden side kan sorte huller blive potentielle overgangs-"huler" fra en node i rummet til en anden. Spørgsmålet er, hvor tæt vi kan komme på et sort hul, og vil det være fyldt med konsekvenser?

Det supermassive sorte hul Sagittarius A*, der ligger i centrum af vores galakse, suger ikke kun nærliggende objekter ud, men udsender også kraftig radioemission. Forskere har længe forsøgt at se disse stråler, men de blev forstyrret af det spredte lys omkring hullet. Endelig var de i stand til at bryde igennem lysstøjen ved hjælp af 13 teleskoper, som blev kombineret til et enkelt kraftfuldt system. Efterfølgende opdagede de interessante oplysninger om tidligere mystiske stråler.

For et par dage siden, den 14. marts, forlod en af ​​vor tids mest fremragende fysikere denne verden,

Et sort hul er et særligt område i rummet. Dette er en slags ophobning af sort stof, der er i stand til at trække ind og absorbere andre genstande i rummet. Fænomenet sorte huller er stadig ikke . Alle tilgængelige data er kun teorier og antagelser fra videnskabelige astronomer.

Navnet "sort hul" blev introduceret af videnskabsmanden J.A. Wheeler i 1968 ved Princeton University.

Der er en teori om, at sorte huller er stjerner, men usædvanlige, ligesom neutroner. Et sort hul er - - fordi det har en meget høj lysstyrketæthed og sender absolut ingen stråling. Derfor er den hverken usynlig i infrarød, røntgenstråler eller radiostråler.

Denne situation franske astronom P. Laplace stadig 150 år før sorte huller. Ifølge hans argumenter, hvis den har en tæthed svarende til Jordens tæthed og en diameter, der overstiger Solens diameter med 250 gange, så tillader den ikke lysstrålerne at forplante sig gennem universet på grund af dens tyngdekraft, og forbliver derfor usynlig. Det antages således, at sorte huller er de kraftigste udstrålende objekter i universet, men de har ikke en fast overflade.

Sorte hullers egenskaber

Alle påståede egenskaber ved sorte huller er baseret på relativitetsteorien, udledt i det 20. århundrede af A. Einstein. Enhver traditionel tilgang til studiet af dette fænomen giver ikke nogen overbevisende forklaring på fænomenet sorte huller.

Hovedegenskaben ved et sort hul er evnen til at bøje tid og rum. Enhver bevægende genstand, der er faldet ind i sit gravitationsfelt, vil uundgåeligt blive trukket indad, fordi. i dette tilfælde opstår en tæt gravitationshvirvel, en slags tragt, omkring objektet. Samtidig bliver begrebet tid også transformeret. Forskere har ved beregning stadig en tendens til at konkludere, at sorte huller ikke er himmellegemer i konventionel forstand. Disse er virkelig en slags huller, ormehuller i tid og rum, der er i stand til at ændre og komprimere det.

Et sort hul er et lukket område af rummet, hvor stof er komprimeret, og hvorfra intet kan undslippe, ikke engang lys.

Ifølge astronomernes beregninger, med det kraftige tyngdefelt, der findes inde i sorte huller, kan ikke et eneste objekt forblive uskadt. Det vil øjeblikkeligt blive revet i milliarder af stykker, før det overhovedet kommer ind. Dette udelukker dog ikke muligheden for at udveksle partikler og information med deres hjælp. Og hvis et sort hul har en masse, der er mindst en milliard gange Solens masse (supermassiv), så er det teoretisk muligt for objekter at bevæge sig igennem det uden at blive revet fra hinanden af ​​tyngdekraften.

Det er selvfølgelig kun teorier, for videnskabsmænds forskning er stadig for langt fra at forstå, hvilke processer og muligheder der skjuler sorte huller. Det er muligt, at noget lignende kan ske i fremtiden.

Sorte huller - måske de mest mystiske og gådefulde astronomiske objekter i vores univers, har tiltrukket sig opmærksomhed fra eksperter og vækket fantasien hos science fiction-forfattere siden deres opdagelse. Hvad er sorte huller, og hvordan ser de ud? Sorte huller er slukkede stjerner på grund af deres fysiske egenskaber, som har en så høj tæthed og så kraftig tyngdekraft, at selv lys ikke kan undslippe dem.

Historien om opdagelsen af ​​sorte huller

For første gang blev den teoretiske eksistens af sorte huller, længe før deres faktiske opdagelse, foreslået af en person D. Michel (en engelsk præst fra Yorkshire, som er glad for astronomi i ro og mag) tilbage i 1783. Ifølge hans beregninger, hvis vi tager vores og komprimerer den (i moderne computersprog, arkiver den) til en radius på 3 km, dannes en så stor (bare enorm) gravitationskraft, at selv lys ikke kan forlade den. Sådan opstod begrebet "sort hul", selvom det faktisk slet ikke er sort, efter vores mening ville udtrykket "mørkt hul" være mere passende, fordi det netop er fraværet af lys, der finder sted.

Senere, i 1918, skrev den store videnskabsmand Albert Einstein om spørgsmålet om sorte huller i sammenhæng med relativitetsteorien. Men først i 1967 vandt begrebet sorte huller, gennem indsatsen fra den amerikanske astrofysiker John Wheeler, endelig en plads i akademiske kredse.

Hvorom alting er, både D. Michel, Albert Einstein og John Wheeler i deres værker antog kun den teoretiske eksistens af disse mystiske himmelobjekter i det ydre rum, men den sande opdagelse af sorte huller fandt sted i 1971, det var så at de først blev bemærket i rummet. teleskop.

Sådan ser et sort hul ud.

Hvordan dannes sorte huller i rummet?

Som vi ved fra astrofysikken, har alle stjerner (inklusive vores sol) en begrænset mængde brændstof. Og selvom en stjernes liv kan vare milliarder af lysår, ophører før eller senere denne betingede forsyning af brændstof, og stjernen "slukner". Processen med "udryddelse" af en stjerne er ledsaget af intense reaktioner, hvorunder stjernen gennemgår en betydelig transformation og, afhængigt af dens størrelse, kan blive til en hvid dværg, en neutronstjerne eller et sort hul. Desuden bliver de største stjerner, som har utroligt imponerende dimensioner, normalt til et sort hul - på grund af komprimeringen af ​​disse mest utrolige størrelser sker der en multipel stigning i massen og gravitationskraften af ​​det nydannede sorte hul, som bliver til en en slags galaktisk støvsuger - absorberer alt og alt omkring den.

Et sort hul sluger en stjerne.

En lille note - vores sol er efter galaktiske standarder slet ikke en stor stjerne, og efter falmning, som vil forekomme om omkring et par milliarder år, vil den højst sandsynligt ikke blive til et sort hul.

Men lad os være ærlige over for dig - i dag kender forskerne stadig ikke alle forviklingerne ved dannelsen af ​​et sort hul, uden tvivl er dette en ekstremt kompleks astrofysisk proces, som i sig selv kan vare millioner af lysår. Selvom det er muligt at bevæge sig i denne retning, kunne påvisningen og den efterfølgende undersøgelse af de såkaldte mellemliggende sorte huller, det vil sige stjerner, der er i udryddelsestilstand, hvor der foregår en aktiv proces med sorte hulsdannelse, blive lavet. Forresten blev en lignende stjerne opdaget af astronomer i 2014 i armen af ​​en spiralgalakse.

Hvor mange sorte huller findes der i universet

Ifølge moderne videnskabsmænds teorier kan der være op til hundreder af millioner af sorte huller i vores Mælkevejsgalakse. Der er måske ikke færre af dem i galaksen ved siden af ​​os, som der ikke er noget at flyve til fra vores Mælkevej – 2,5 millioner lysår.

Teori om sorte huller

På trods af den enorme masse (som er hundredtusindvis af gange større end vores Sols masse) og den utrolige tyngdekraft, var det ikke let at se sorte huller gennem et teleskop, for de udsender slet ikke lys. Forskere formåede kun at bemærke et sort hul i dets "måltid" - absorptionen af ​​en anden stjerne, i dette øjeblik vises en karakteristisk stråling, som allerede kan observeres. Således har sort hul-teorien fundet en egentlig bekræftelse.

Sorte hullers egenskaber

Hovedegenskaben ved et sort hul er dets utrolige gravitationsfelter, som ikke tillader det omgivende rum og tid at forblive i deres sædvanlige tilstand. Ja, du hørte rigtigt, tiden inde i et sort hul flyder mange gange langsommere end normalt, og hvis du var der, og så vende tilbage (hvis du var så heldig, selvfølgelig), ville du blive overrasket over at bemærke, at der er gået århundreder på Jorden, og du vil ikke engang blive gammel. Selvom lad os være sandfærdige, hvis du var inde i et sort hul, ville du næppe have overlevet, da tyngdekraften der er sådan, at enhver materiel genstand simpelthen ville blive revet fra hinanden, ikke engang i dele, til atomer.

Men hvis du overhovedet var tæt på et sort hul, inden for grænserne af dets tyngdefelt, så ville du også have det svært, for jo mere du modstod dets tyngdekraft og prøvede at flyve væk, jo hurtigere ville du falde ned i det. Årsagen til dette tilsyneladende paradoks er gravitationshvirvelfeltet, som alle sorte huller besidder.

Hvad hvis en person falder ned i et sort hul

Fordampning af sorte huller

Den engelske astronom S. Hawking opdagede en interessant kendsgerning: Sorte huller udsender også, viser det sig, fordampning. Sandt nok gælder dette kun for huller med relativt lille masse. Den kraftige tyngdekraft omkring dem skaber par af partikler og antipartikler, det ene af parret trækkes indad af hullet, og det andet skydes udad. Et sort hul udstråler således hårde antipartikler og gammastråler. Denne fordampning eller stråling fra et sort hul blev opkaldt efter den videnskabsmand, der opdagede det - "Hawking-stråling".

Det største sorte hul

Ifølge teorien om sorte huller er der i centrum af næsten alle galakser enorme sorte huller med masser fra flere millioner til flere milliarder solmasser. Og relativt for nylig har forskere opdaget de to største sorte huller kendt til dato, de er i to nærliggende galakser: NGC 3842 og NGC 4849.

NGC 3842 er den lyseste galakse i stjernebilledet Løven, beliggende i en afstand af 320 millioner lysår fra os. I midten af ​​det er der et enormt sort hul med en masse på 9,7 milliarder solmasser.

NGC 4849 er en galakse i Coma-hoben, 335 millioner lysår væk, og kan prale af et lige så imponerende sort hul.

Virkningszonerne for gravitationsfeltet i disse gigantiske sorte huller, eller i akademisk termer, deres begivenhedshorisont, er omkring 5 gange afstanden fra Solen til! Sådan et sort hul ville æde vores solsystem og ikke engang kvæles.

Det mindste sorte hul

Men der er meget små repræsentanter i den store familie af sorte huller. Så det mest dværg sorte hul opdaget af videnskabsmænd i øjeblikket i sin masse er kun 3 gange massen af ​​vores sol. Faktisk er dette det teoretiske minimum, der er nødvendigt for dannelsen af ​​et sort hul, hvis den stjerne var lidt mindre, ville hullet ikke være dannet.

Sorte huller er kannibaler

Ja, der er sådan et fænomen, som vi skrev ovenfor, sorte huller er en slags "galaktiske støvsugere", der absorberer alt omkring dem, inklusive ... andre sorte huller. For nylig har astronomer opdaget, at et sort hul fra en galakse bliver spist af en anden stor sort frådser fra en anden galakse.

• Ifølge nogle videnskabsmænds hypoteser er sorte huller ikke kun galaktiske støvsugere, der suger alt ind i sig selv, men under visse omstændigheder kan de selv generere nye universer.
• Sorte huller kan fordampe over tid. Vi skrev ovenfor, at det blev opdaget af den engelske videnskabsmand Stephen Hawking, at sorte huller har egenskaben af ​​stråling, og efter en meget lang periode, hvor der ikke er noget at absorbere omkring, vil det sorte hul begynde at fordampe mere, indtil det til sidst afgiver al sin masse til det omgivende rum. Selvom dette kun er en antagelse, en hypotese.
• Sorte huller sænker tiden og bøjer rummet. Vi har allerede skrevet om tidsudvidelse, men rummet i forhold til et sort hul vil være helt buet.
• Sorte huller begrænser antallet af stjerner i universet. Deres gravitationsfelter forhindrer nemlig afkøling af gasskyer i rummet, hvorfra der som bekendt fødes nye stjerner.

Sorte huller på Discovery Channel, video

Og afslutningsvis tilbyder vi dig en interessant videnskabelig dokumentar om sorte huller fra Discovery-kanalen.

Et sort hul i fysik er defineret som et område i rum-tid, hvis tyngdekraft er så stærk, at selv objekter, der bevæger sig med lysets hastighed, inklusive lysets kvanta, ikke kan forlade det. Grænsen for denne region kaldes begivenhedshorisonten, og dens karakteristiske størrelse kaldes gravitationsradius, som kaldes Schwarzwald-radius. Sorte huller er de mest mystiske objekter i universet. De skylder deres uheldige navn til den amerikanske astrofysiker John Wheeler. Det var ham, der i det populære foredrag "Our Universe: Known and Unknown" i 1967 kaldte disse supertætte kroppe for huller. Tidligere blev sådanne objekter kaldt "sammenfaldne stjerner" eller "kollapsere". Men udtrykket "sort hul" har slået rod, og det er simpelthen blevet umuligt at ændre på det. Der er to typer sorte huller i universet: 1 - supermassive sorte huller, hvis masse er millioner af gange større end Solens masse (det antages, at sådanne objekter er placeret i galaksernes centre); 2 - mindre massive sorte huller, der er et resultat af komprimeringen af ​​gigantiske døende stjerner, deres masse er mere end tre solmasser; efterhånden som stjernen trækker sig sammen, bliver stoffet mere og mere komprimeret, og som følge heraf øges objektets tyngdekraft i en sådan grad, at lyset ikke kan overvinde det. Hverken stråling eller stof kan undslippe et sort hul. Sorte huller er superkraftige gravitatorer.

Den radius, som en stjerne skal krympe til for at blive til et sort hul, kaldes gravitationsradius. For sorte huller dannet af stjerner er det kun et par tiere kilometer. I nogle par af binære stjerner er en af ​​dem usynlig for det kraftigste teleskop, men massen af ​​den usynlige komponent i et sådant gravitationssystem viser sig at være ekstremt stor. Mest sandsynligt er sådanne objekter enten neutronstjerner eller sorte huller. Nogle gange river usynlige komponenter i sådanne par stof af en normal stjerne. I dette tilfælde adskilles gassen fra de ydre lag af den synlige stjerne og falder ind i et ukendt hvor - ind i et usynligt sort hul. Men før den falder ned i hullet, udsender gassen elektromagnetiske bølger af forskellige bølgelængder, herunder meget korte røntgenbølger. Nær en neutronstjerne eller et sort hul bliver gassen desuden meget varm og bliver en kilde til kraftig højenergi elektromagnetisk stråling i røntgen- og gammaområdet. Sådan stråling passerer ikke gennem jordens atmosfære, men den kan observeres ved hjælp af rumteleskoper. En af de sandsynlige kandidater til sorte huller anses for at være en kraftig kilde til røntgenstråler i stjernebilledet Cygnus.