Sorte huller: historien om opdagelsen af ​​de mest mystiske genstande i universet, som vi aldrig vil se. Hvad er et sort hul i rummet

Mystiske og undvigende sorte huller. Fysikkens love bekræfter muligheden for deres eksistens i universet, men mange spørgsmål er stadig tilbage. Talrige observationer viser, at der findes huller i universet, og der er mere end en million af disse objekter.

Hvad er sorte huller?

Tilbage i 1915, da man løste Einsteins ligninger, blev et sådant fænomen som "sorte huller" forudsagt. Imidlertid blev det videnskabelige samfund først interesseret i dem i 1967. De blev derefter kaldt "sammenfaldne stjerner", "frosne stjerner".

I dag er et sort hul et område af tid og rum, der har en sådan tyngdekraft, at selv en lysstråle ikke kan undslippe den.

Hvordan dannes sorte huller?

Der er flere teorier for udseendet af sorte huller, som er opdelt i hypotetiske og realistiske. Den enkleste og mest udbredte realistiske er teorien om gravitationssammenbrud af store stjerner.

Når en tilstrækkelig massiv stjerne, før "døden", vokser i størrelse og bliver ustabil og bruger sit sidste brændstof. Samtidig forbliver stjernens masse uændret, men dens størrelse falder, efterhånden som den såkaldte fortætning sker. Med andre ord, når den komprimeres, "falder" den tunge kerne ind i sig selv. Parallelt hermed fører komprimering til en kraftig stigning i temperaturen inde i stjernen og de ydre lag af himmellegemet rives af, hvorfra der dannes nye stjerner. På samme tid, i midten af ​​stjernen, falder kernen ind i sit eget "center". Som følge af gravitationskræfternes påvirkning kollapser centret til et punkt – det vil sige, at gravitationskræfterne er så stærke, at de absorberer den komprimerede kerne. Sådan bliver et sort hul født, som begynder at forvride rum og tid, så selv lys ikke kan slippe ud af det.

I centrum af alle galakser er et supermassivt sort hul. Ifølge Einsteins relativitetsteori:

"Enhver masse forvrænger rum og tid."

Forestil dig nu, hvor meget et sort hul forvrænger tid og rum, fordi dets masse er enorm og samtidig presset ind i et ultra-lille volumen. Denne evne forårsager følgende mærkværdighed:

"Sorte huller har evnen til praktisk talt at stoppe tiden og komprimere rummet. På grund af denne ekstreme forvrængning bliver hullerne usynlige for os."

Hvis sorte huller ikke er synlige, hvordan ved vi, at de eksisterer?

Ja, selvom et sort hul er usynligt, burde det være mærkbart på grund af den sag, der falder ned i det. Samt stjernegas, som tiltrækkes af et sort hul; når man nærmer sig begivenhedshorisonten, begynder gassens temperatur at stige til ultrahøje værdier, hvilket fører til en glød. Det er derfor, sorte huller lyser. Takket være denne, omend svage, glød, forklarer astronomer og astrofysikere tilstedeværelsen i centrum af galaksen af ​​et objekt med et lille volumen, men en enorm masse. I øjeblikket er der, som et resultat af observationer, blevet opdaget omkring 1000 genstande, der ligner sorte hullers adfærd.

Sorte huller og galakser

Hvordan kan sorte huller påvirke galakser? Dette spørgsmål plager videnskabsmænd over hele verden. Der er en hypotese, ifølge hvilken det er de sorte huller placeret i centrum af galaksen, der påvirker dens form og udvikling. Og at når to galakser støder sammen, smelter sorte huller sammen, og under denne proces frigives en så enorm mængde energi og stof, at der dannes nye stjerner.

Typer af sorte huller

• Ifølge eksisterende teori er der tre typer sorte huller: stjernernes, supermassive og miniature. Og hver af dem blev dannet på en særlig måde.
• - Sorte huller af stjernemasser, det vokser til enorme størrelser og kollapser.
  - Supermassive sorte huller, som kan have en masse svarende til millioner af sole, vil sandsynligvis eksistere i centrum af næsten alle galakser, inklusive vores Mælkevej. Forskere har stadig forskellige hypoteser for dannelsen af ​​supermassive sorte huller. Indtil videre ved man kun én ting – supermassive sorte huller er et biprodukt af dannelsen af ​​galakser. Supermassive sorte huller - de adskiller sig fra almindelige ved, at de har en meget stor størrelse, men paradoksalt nok lav tæthed.
• - Ingen har endnu været i stand til at opdage et miniature sort hul, der ville have en masse mindre end Solen. Det er muligt, at miniaturehuller kunne være dannet kort efter "Big Bang", som er den nøjagtige begyndelse på eksistensen af ​​vores univers (ca. 13,7 milliarder år siden).
• - For ganske nylig blev et nyt koncept introduceret som "hvide sorte huller". Dette er stadig et hypotetisk sort hul, som er det modsatte af et sort hul. Stephen Hawking undersøgte aktivt muligheden for eksistensen af ​​hvide huller.
• - Kvante sorte huller - de eksisterer kun i teorien indtil videre. Kvante sorte huller kan dannes, når ultrasmå partikler kolliderer som følge af en kernereaktion.
• - Primære sorte huller er også en teori. De blev dannet umiddelbart efter deres oprindelse.

I øjeblikket er der en lang række åbne spørgsmål, som endnu ikke er besvaret af fremtidige generationer. Kan der for eksempel virkelig eksistere såkaldte "ormehuller", ved hjælp af hvilke man kan rejse gennem rum og tid. Hvad sker der præcist inde i et sort hul, og hvilke love adlyder disse fænomener. Og hvad med forsvinden af ​​information i et sort hul?

Både for videnskabsmænd fra tidligere århundreder og for vor tids forskere er det største mysterium i kosmos det sorte hul. Hvad er der inde i dette helt ukendte system for fysik? Hvilke love gælder der? Hvordan går tiden i et sort hul, og hvorfor kan ikke engang lyskvanter undslippe derfra? Nu vil vi naturligvis forsøge, ud fra teori og ikke praksis, at forstå, hvad der er inde i et sort hul, hvorfor det i princippet blev dannet og eksisterer, hvordan det tiltrækker de objekter, der omgiver det.

Lad os først beskrive dette objekt

Så et sort hul er et bestemt område af rummet i universet. Det er umuligt at udpege det som en separat stjerne eller planet, da det hverken er et fast eller gasformigt legeme. Uden en grundlæggende forståelse af, hvad rumtid er, og hvordan disse dimensioner kan ændre sig, er det umuligt at forstå, hvad der er inde i et sort hul. Pointen er, at dette område ikke kun er en rumlig enhed. hvilket forvrænger både de tre dimensioner vi kender (længde, bredde og højde) og tidslinjen. Forskere er overbeviste om, at tiden i horisontområdet (det såkaldte område omkring hullet) får en rumlig betydning og kan bevæge sig både frem og tilbage.

Lad os lære tyngdekraftens hemmeligheder

Hvis vi vil forstå, hvad der er inde i et sort hul, så lad os se nærmere på, hvad tyngdekraften er. Det er dette fænomen, der er nøglen til at forstå naturen af ​​de såkaldte "ormehuller", som selv lys ikke kan undslippe. Tyngdekraften er samspillet mellem alle legemer, der har et materielt grundlag. Styrken af ​​en sådan tyngdekraft afhænger af den molekylære sammensætning af legemer, af koncentrationen af ​​atomer såvel som af deres sammensætning. Jo flere partikler, der kollapser i et bestemt område af rummet, jo større er gravitationskraften. Dette er uløseligt forbundet med Big Bang Theory, da vores univers var på størrelse med en ært. Dette var en tilstand af maksimal singularitet, og som et resultat af et glimt af lyskvanter begyndte rummet at udvide sig på grund af det faktum, at partikler frastødte hinanden. Forskere beskriver et sort hul præcis det modsatte. Hvad er der inde i sådan en i overensstemmelse med TBZ? En singularitet, der er lig med de indikatorer, der er iboende i vores univers på tidspunktet for dets fødsel.

Hvordan kommer stof ind i et ormehul?

Der er en opfattelse af, at en person aldrig vil være i stand til at forstå, hvad der sker inde i et sort hul. For når han først er der, vil han bogstaveligt talt blive knust af tyngdekraften og tyngdekraften. Faktisk er dette ikke sandt. Ja, faktisk, et sort hul er et område med singularitet, hvor alt er komprimeret til det maksimale. Men dette er slet ikke en "rumstøvsuger", der kan suge alle planeter og stjerner ind. Ethvert materielt objekt, der befinder sig i begivenhedshorisonten, vil observere en stærk forvrængning af rum og tid (for nu står disse enheder separat). Det euklidiske geometrisystem vil begynde at fungere dårligt, med andre ord, de vil skære hinanden, og konturerne af stereometriske figurer vil ikke længere være velkendte. Med hensyn til tid, vil det gradvist bremse. Jo tættere du kommer på hullet, jo langsommere vil uret gå i forhold til Jordens tid, men du vil ikke bemærke det. Når man falder i et ormehul, vil kroppen falde med nul hastighed, men denne enhed vil være lig med uendelig. krumning, som sidestiller det uendelige med nul, som til sidst stopper tiden i singularitetens område.

Reaktion på udsendt lys

Det eneste objekt i rummet, der tiltrækker lys, er et sort hul. Hvad der er inde i den, og i hvilken form det er der, er ukendt, men man mener, at det er buldermørke, som er umuligt at forestille sig. Lette kvanter, når de kommer dertil, forsvinder ikke bare. Deres masse ganges med massen af ​​singulariteten, hvilket gør den endnu større og forstørrer den. Hvis du således inde i ormehullet tænder en lommelygte for at se dig omkring, vil den ikke lyse. Den udsendte kvanta vil konstant ganges med hullets masse, og du vil groft sagt kun gøre din situation værre.

Sorte huller ved hvert trin

Som vi allerede har regnet ud, er grundlaget for dannelse tyngdekraften, hvis størrelse der er millioner af gange større end på Jorden. En nøjagtig idé om, hvad et sort hul er, blev givet til verden af ​​Karl Schwarzschild, som faktisk opdagede selve begivenhedshorisonten og point of no return, og også fastslog, at nul i en tilstand af singularitet er lig med uendelighed. Efter hans mening kan et sort hul dannes på ethvert punkt i rummet. I dette tilfælde skal en bestemt materialegenstand med en sfærisk form nå gravitationsradius. For eksempel skal massen af ​​vores planet passe ind i volumenet af en ært for at blive et sort hul. Og Solen skal have en diameter på 5 kilometer med sin masse - så bliver dens tilstand ental.

Horisonten for dannelsen af ​​en ny verden

Fysikkens og geometriens love fungerer perfekt på jorden og i det ydre rum, hvor rummet er tæt på et vakuum. Men de mister fuldstændig deres betydning i begivenhedshorisonten. Det er derfor, fra et matematisk synspunkt, det er umuligt at beregne, hvad der er inde i et sort hul. De billeder, du kan komme med, hvis du bøjer rummet i overensstemmelse med vores ideer om verden, er nok langt fra sandheden. Det er kun fastslået, at tiden her bliver til en rumlig enhed, og højst sandsynligt tilføjes nogle flere til de eksisterende dimensioner. Dette gør det muligt at tro, at inde i et sort hul (et foto vil som bekendt ikke vise dette, da lyset der spiser sig selv) dannes helt forskellige verdener. Disse universer kan være sammensat af antistof, som i øjeblikket er ukendt for videnskabsmænd. Der er også versioner om, at sfæren uden tilbagevenden blot er en portal, der fører enten til en anden verden eller til andre punkter i vores univers.

Fødsel og død

Meget mere end eksistensen af ​​et sort hul er dets skabelse eller forsvinden. En sfære, der forvrænger rum-tid, som vi allerede har fundet ud af, dannes som et resultat af kollaps. Dette kan være eksplosionen af ​​en stor stjerne, en kollision af to eller flere kroppe i rummet, og så videre. Men hvordan blev stof, der teoretisk kunne berøres, et domæne af tidsforvrængning? Puslespillet er et igangværende arbejde. Men det efterfølges af et andet spørgsmål - hvorfor forsvinder sådanne sfærer uden tilbagevenden? Og hvis sorte huller fordamper, hvorfor kommer det lys og alt det kosmiske stof, som de sugede ind, så ikke ud af dem? Når stof i singularitetszonen begynder at udvide sig, falder tyngdekraften gradvist. Som et resultat opløses det sorte hul simpelthen, og det almindelige vakuum ydre rum forbliver på sin plads. Et andet mysterium følger heraf - hvor blev alt, hvad der kom ind i det, af?

Er tyngdekraften vores nøgle til en lykkelig fremtid?

Forskere er sikre på, at menneskehedens energifremtid kan formes af et sort hul. Hvad der er inde i dette system er stadig ukendt, men det er blevet fastslået, at ethvert stof i begivenhedshorisonten omdannes til energi, men selvfølgelig delvist. For eksempel vil en person, der befinder sig i nærheden af ​​point of no return, give afkald på 10 procent af sit stof til forarbejdning til energi. Denne figur er simpelthen kolossal; den blev en sensation blandt astronomer. Faktum er, at på Jorden er kun 0,7 procent af stoffet omdannet til energi.

Enhver person, der stifter bekendtskab med astronomi, oplever før eller siden en stærk nysgerrighed om de mest mystiske objekter i universet - sorte huller. Disse er ægte mørkets herrer, der er i stand til at "sluge" ethvert atom, der passerer i nærheden og ikke tillade selv lys at slippe ud - deres tiltrækning er så stærk. Disse objekter udgør en reel udfordring for fysikere og astronomer. Førstnævnte kan endnu ikke forstå, hvad der sker med det stof, der falder inde i det sorte hul, og sidstnævnte, selvom de forklarer de mest energiforbrugende fænomener i rummet ved eksistensen af ​​sorte huller, har aldrig haft mulighed for at observere nogen af ​​dem direkte . Vi vil fortælle dig om disse interessante himmelobjekter, finde ud af, hvad der allerede er blevet opdaget, og hvad der mangler at blive lært for at løfte sløret af hemmeligholdelse.

Hvad er et sort hul?

Navnet "sort hul" (på engelsk - sort hul) blev foreslået i 1967 af den amerikanske teoretiske fysiker John Archibald Wheeler (se billedet til venstre). Det tjente til at betegne et himmellegeme, hvis tiltrækning er så stærk, at selv lys ikke giver slip på sig selv. Derfor er den "sort", fordi den ikke udsender lys.

Indirekte observationer

Dette er grunden til et sådant mysterium: da sorte huller ikke lyser, kan vi ikke se dem direkte og er tvunget til at lede efter og studere dem ved kun at bruge indirekte beviser for, at deres eksistens efterlader sig i det omgivende rum. Med andre ord, hvis et sort hul opsluger en stjerne, kan vi ikke se det sorte hul, men vi kan observere de ødelæggende virkninger af dets kraftige gravitationsfelt.

Laplaces intuition

Selvom udtrykket "sort hul" for at betegne det hypotetiske slutstadium af udviklingen af ​​en stjerne, der er kollapset ind i sig selv under påvirkning af tyngdekraften, er relativt nyt, opstod ideen om muligheden for eksistensen af ​​sådanne kroppe mere end to århundreder siden. Englænderen John Michell og franskmanden Pierre-Simon de Laplace antog uafhængigt af hinanden eksistensen af ​​"usynlige stjerner"; samtidig var de baseret på de sædvanlige love for dynamikken og Newtons lov om universel gravitation. I dag har sorte huller fået deres korrekte beskrivelse baseret på Einsteins generelle relativitetsteori.

I sit værk "Exposition of the System of the World" (1796) skrev Laplace: "En lysstærk stjerne med samme tæthed som Jorden, med en diameter 250 gange større end Solens diameter, ville takket være dens gravitation tiltrækning, forhindre lysstråler i at nå os. Derfor er det muligt, at de største og lyseste himmellegemer er usynlige af denne grund.”

Uovervindelig tyngdekraft

Laplaces idé var baseret på begrebet flugthastighed (anden kosmisk hastighed). Et sort hul er så tæt et objekt, at dets tyngdekraft kan holde selv lys tilbage, som udvikler den højeste hastighed i naturen (knap 300.000 km/s). I praksis kræver flugt fra et sort hul hastigheder, der er større end lysets hastighed, men det er umuligt!

Det betyder, at en stjerne af denne art vil være usynlig, da selv lys ikke vil være i stand til at overvinde sin kraftige tyngdekraft. Einstein forklarede denne kendsgerning gennem fænomenet lysbøjning under påvirkning af et gravitationsfelt. I virkeligheden, nær et sort hul, er rumtiden så buet, at lysstrålernes baner også lukker sig om sig selv. For at forvandle Solen til et sort hul, bliver vi nødt til at koncentrere hele dens masse i en kugle med en radius på 3 km, og Jorden bliver nødt til at blive til en kugle med en radius på 9 mm!

Typer af sorte huller

For blot omkring ti år siden antydede observationer eksistensen af ​​to typer sorte huller: stjerner, hvis masse er sammenlignelig med Solens masse eller lidt overstiger den, og supermassive, hvis masse varierer fra flere hundrede tusinde til mange millioner solmasser. . Men relativt for nylig bragte røntgenbilleder og højopløsningsspektre opnået fra kunstige satellitter som Chandra og XMM-Newton en tredje type sort hul i forgrunden - med en gennemsnitlig masse, der overstiger Solens masse tusindvis af gange .

Stjerne sorte huller

Stellar sorte huller blev kendt tidligere end andre. De dannes, når en stjerne med stor masse i slutningen af ​​sin evolutionære bane opbruger sine reserver af nukleart brændsel og kollapser ind i sig selv på grund af sin egen tyngdekraft. En eksplosion, der ryster en stjerne (et fænomen kendt som en "supernovaeksplosion") har katastrofale konsekvenser: hvis stjernens kerne er mere end 10 gange Solens masse, kan ingen kernekraft modstå det gravitationssammenbrud, der vil resultere i skabelsen af et sort hul.

Supermassive sorte huller

Supermassive sorte huller, først bemærket i kernerne i nogle aktive galakser, har en anden oprindelse. Der er flere hypoteser om deres fødsel: et stjernestort hul, som i løbet af millioner af år fortærer alle stjernerne omkring sig; en klynge af sorte huller, der smelter sammen; en kolossal gassky, der kollapser direkte i et sort hul. Disse sorte huller er blandt de mest energiske objekter i rummet. De er placeret i centrum af mange, hvis ikke alle, galakser. Vores Galaxy har også sådan et sort hul. Nogle gange, på grund af tilstedeværelsen af ​​et sådant sort hul, bliver kernerne i disse galakser meget lyse. Galakser med sorte huller i centrum, omgivet af store mængder faldende stof og derfor i stand til at producere kolossale mængder energi, kaldes "aktive", og deres kerner kaldes "aktive galaktiske kerner" (AGN). For eksempel er kvasarer (de fjerneste kosmiske objekter fra os, som er tilgængelige for vores observation) aktive galakser, hvor vi kun ser en meget lys kerne.

Medium og mini

Et andet mysterium forbliver de mellemstore sorte huller, som ifølge nyere forskning kan være i centrum for nogle kugleformede klynger, såsom M13 og NCC 6388. Mange astronomer er skeptiske over for disse objekter, men noget ny forskning tyder på tilstedeværelsen af sorte huller mellemstore selv nær midten af ​​vores galakse. Den engelske fysiker Stephen Hawking fremlagde også en teoretisk antagelse om eksistensen af ​​en fjerde type sort hul - et "minihul" med en masse på kun en milliard tons (hvilket er omtrent lig med massen af ​​et stort bjerg). Vi taler om primære objekter, det vil sige dem, der dukkede op i de første øjeblikke af universets liv, da trykket stadig var meget højt. Der er dog endnu ikke fundet et eneste spor af deres eksistens.

Sådan finder du et sort hul

For blot et par år siden tændte et lys over sorte huller. Takket være konstant forbedring af instrumenter og teknologier (både jordbaserede og rumbaserede) bliver disse objekter mindre og mindre mystiske; mere præcist bliver rummet omkring dem mindre mystisk. Faktisk, da det sorte hul i sig selv er usynligt, kan vi kun genkende det, hvis det er omgivet af nok stof (stjerner og varm gas), der kredser omkring det på kort afstand.

Ser binære systemer

Nogle stjernernes sorte huller er blevet opdaget ved at observere en stjernes orbitale bevægelse omkring en uset følgesvend i et binært system. Nære binære systemer (det vil sige bestående af to stjerner meget tæt på hinanden), hvor en af ​​ledsagerne er usynlig, er et yndet observationsobjekt for astrofysikere, der søger efter sorte huller.

En indikation af tilstedeværelsen af ​​et sort hul (eller neutronstjerne) er den stærke emission af røntgenstråler forårsaget af en kompleks mekanisme, der skematisk kan beskrives som følger. Takket være dens kraftige tyngdekraft kan et sort hul rive stof ud af sin ledsagerstjerne; denne gas spredes ud i en flad skive og spiralerer ned i det sorte hul. Friktion som følge af kollisioner mellem partikler af faldende gas opvarmer de indre lag af skiven til flere millioner grader, hvilket forårsager kraftig røntgenstråling.

Røntgenobservationer

Røntgenobservationer af objekter i vores galakse og tilstødende galakser, udført i flere årtier, har gjort det muligt at detektere kompakte binære kilder, hvoraf omkring et dusin er systemer, der indeholder sorte hul-kandidater. Hovedproblemet er at bestemme massen af ​​et usynligt himmellegeme. Massen (selv om den ikke er særlig præcis) kan findes ved at studere ledsagerens bevægelse eller, meget sværere, ved at måle intensiteten af ​​røntgenstrålingen fra det faldende materiale. Denne intensitet er relateret ved en ligning til massen af ​​det legeme, som dette stof falder på.

nobelpristager

Noget lignende kan siges om supermassive sorte huller observeret i kernerne af mange galakser, hvis masser estimeres ved at måle kredsløbshastighederne for den gas, der falder ned i det sorte hul. I dette tilfælde, forårsaget af det kraftige gravitationsfelt af et meget stort objekt, opdages en hurtig stigning i hastigheden af ​​gasskyer, der kredser i centrum af galakser, af observationer i radioområdet såvel som i optiske stråler. Observationer i røntgenområdet kan bekræfte den øgede frigivelse af energi forårsaget af stof, der falder ned i det sorte hul. Forskning i røntgenstråler blev startet i begyndelsen af ​​1960'erne af italieneren Riccardo Giacconi, som arbejdede i USA. Hans Nobelpris i 2002 anerkendte hans "banebrydende bidrag til astrofysik, der førte til opdagelsen af ​​røntgenkilder i rummet."

Cygnus X-1: første kandidat

Vores galakse er ikke immun over for tilstedeværelsen af ​​kandidatobjekter med sorte hul. Heldigvis er ingen af ​​disse objekter tæt nok på os til at udgøre en trussel mod Jordens eller solsystemets eksistens. På trods af det store antal kompakte røntgenkilder, der er blevet identificeret (og disse er de mest sandsynlige kandidater til sorte huller), har vi ingen tillid til, at de faktisk indeholder sorte huller. Den eneste blandt disse kilder, der ikke har en alternativ version, er det tætte binære system Cygnus X-1, det vil sige den lyseste kilde til røntgenstråling i stjernebilledet Cygnus.

Massive stjerner

Dette system, hvis omløbsperiode er 5,6 dage, består af en meget lysende blå stjerne af stor størrelse (dens diameter er 20 gange Solens, og dens masse er omkring 30 gange større), let synlig selv i dit teleskop, og en usynlig anden stjerne, hvis masse estimeres til flere solmasser (op til 10). Beliggende 6.500 lysår væk, ville den anden stjerne være perfekt synlig, hvis det var en almindelig stjerne. Dets usynlighed, den kraftige røntgenstråling produceret af systemet og endelig masseestimatet fik de fleste astronomer til at tro, at dette er den første bekræftede opdagelse af et stjerneformet sort hul.

Tvivl

Der er dog også skeptikere. Blandt dem er en af ​​de største forskere inden for sorte huller, fysikeren Stephen Hawking. Han lavede endda et væddemål med sin amerikanske kollega Keel Thorne, en ivrig tilhænger af at klassificere Cygnus X-1-objektet som et sort hul.

Debatten om identiteten af ​​Cygnus X-1 objektet er ikke Hawkings eneste indsats. Efter at have viet flere ni år til teoretiske studier af sorte huller, blev han overbevist om fejlslutningen af ​​hans tidligere ideer om disse mystiske objekter. Hawking antog især, at stof, efter at være faldet i et sort hul, forsvinder for altid, og med det hele dens informationsbagage forsvinder. Det var han så sikker på, at han lavede et væddemål om dette emne i 1997 med sin amerikanske kollega John Preskill.

Indrømmer en fejl

Den 21. juli 2004 indrømmede Hawking i sin tale ved kongressen om relativitetsteorien i Dublin, at Preskill havde ret. Sorte huller fører ikke til fuldstændig forsvinden af ​​stof. Desuden har de en vis form for "hukommelse". De kan godt indeholde spor af, hvad de har indtaget. Ved at "fordampe" (det vil sige langsomt udsende stråling på grund af kvanteeffekten), kan de således returnere denne information til vores univers.

Sorte huller i galaksen

Astronomer har stadig mange tvivl om tilstedeværelsen af ​​stjernernes sorte huller (som det, der tilhører det binære system Cygnus X-1) i vores galakse; men der er meget mindre tvivl om supermassive sorte huller.

I centrum

Vores galakse har mindst ét ​​supermassivt sort hul. Dens kilde, kendt som Sagittarius A*, er præcist lokaliseret i midten af ​​Mælkevejens plan. Dens navn forklares af, at det er den mest kraftfulde radiokilde i stjernebilledet Skytten. Det er i denne retning, at både de geometriske og fysiske centre i vores galaktiske system er placeret. Beliggende omkring 26.000 lysår væk, har det supermassive sorte hul forbundet med radiobølgekilden Sagittarius A* en masse anslået til omkring 4 millioner solmasser, indeholdt i et rum, hvis volumen er sammenlignelig med solsystemets volumen. Dets relative nærhed til os (det er langt det tætteste supermassive sorte hul på Jorden) har ført til, at objektet i de senere år er blevet studeret særligt nøje af Chandra-rumobservatoriet. Det viste sig især, at det også er en kraftig kilde til røntgenstråling (men ikke så kraftig som kilder i aktive galaktiske kerner). Skytten A* kan være en slumrende rest af det, der var den aktive kerne i vores galakse for millioner eller milliarder af år siden.

Andet sort hul?

Nogle astronomer mener dog, at der er en anden overraskelse i vores galakse. Vi taler om et andet sort hul med gennemsnitlig masse, der holder sammen en klynge af unge stjerner og forhindrer dem i at falde ned i et supermassivt sort hul placeret i selve galaksens centrum. Hvordan kan det være, at der i en afstand på mindre end et lysår fra den kunne være en stjernehob, der er knap 10 millioner år gammel, det vil sige, efter astronomiske standarder, meget ung? Ifølge forskerne er svaret, at hoben ikke blev født der (miljøet omkring det centrale sorte hul er for fjendtligt til stjernedannelse), men blev "trukket" dertil på grund af eksistensen af ​​et andet sort hul inde i den, hvilket har en gennemsnitlig masse.

I kredsløb

Individuelle stjerner i hoben, tiltrukket af det supermassive sorte hul, begyndte at skifte mod det galaktiske centrum. Men i stedet for at sprede sig ud i rummet, forbliver de samlet takket være tyngdekraften fra et andet sort hul placeret i midten af ​​klyngen. Massen af ​​dette sorte hul kan estimeres ud fra dets evne til at holde en hel stjernehob i snor. Et mellemstort sort hul tager tilsyneladende omkring 100 år at kredse om det centrale sorte hul. Det betyder, at langsigtede observationer over mange år vil give os mulighed for at "se" det.

For at et sort hul kan dannes, er det nødvendigt at komprimere et legeme til en vis kritisk tæthed, således at radius af det komprimerede legeme er lig med dets gravitationsradius. Værdien af ​​denne kritiske tæthed er omvendt proportional med kvadratet af det sorte huls masse.

For et typisk sort hul med stjernemasse ( M=10M sol) gravitationsradius er 30 km, og den kritiske tæthed er 2·10 14 g/cm 3, det vil sige to hundrede millioner tons pr. kubikcentimeter. Denne tæthed er meget høj sammenlignet med jordens gennemsnitlige tæthed (5,5 g/cm3), den er lig med tætheden af ​​atomkernens stof.

For et sort hul ved den galaktiske kerne ( M=10 10 M sol) gravitationsradius er 3·10 15 cm = 200 AU, hvilket er fem gange afstanden fra Solen til Pluto (1 astronomisk enhed - den gennemsnitlige afstand fra Jorden til Solen - er lig med 150 millioner km eller 1,5·10 13 cm). Den kritiske densitet er i dette tilfælde lig med 0,2·10 –3 g/cm 3, hvilket er flere gange mindre end densiteten af ​​luft, svarende til 1,3·10 –3 g/cm 3 (!).

For jorden ( M=3·10 –6 M sol), er gravitationsradius tæt på 9 mm, og den tilsvarende kritiske tæthed er monstrøst høj: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3, hvilket er 13 størrelsesordener højere end tætheden af ​​atomkernen.

Hvis vi tager en imaginær sfærisk presse og komprimerer Jorden og bevarer dens masse, så når vi reducerer Jordens radius (6370 km) med fire gange, vil dens anden flugthastighed fordobles og blive lig med 22,4 km/s. Hvis vi komprimerer Jorden, så dens radius bliver cirka 9 mm, vil den anden kosmiske hastighed antage en værdi svarende til lysets hastighed c= 300.000 km/s.

Yderligere vil en presse ikke være nødvendig - Jorden, komprimeret til en sådan størrelse, vil allerede komprimere sig selv. I sidste ende vil der dannes et sort hul i stedet for Jorden, hvis radius af begivenhedshorisonten vil være tæt på 9 mm (hvis vi forsømmer rotationen af ​​det resulterende sorte hul). Under virkelige forhold er der selvfølgelig ingen supermægtig presse - tyngdekraften "virker". Det er grunden til, at sorte huller kun kan dannes, når det indre af meget massive stjerner kollapser, hvor tyngdekraften er stærk nok til at komprimere stof til en kritisk tæthed.

Evolution af stjerner

Sorte huller dannes i de sidste stadier af udviklingen af ​​massive stjerner. I dybet af almindelige stjerner sker der termonukleare reaktioner, der frigives enorm energi, og der opretholdes en høj temperatur (ti-og hundreder af millioner grader). Gravitationskræfter har en tendens til at komprimere stjernen, og trykkræfterne fra varm gas og stråling modstår denne kompression. Derfor er stjernen i hydrostatisk ligevægt.

Derudover kan en stjerne eksistere i termisk ligevægt, når energifrigivelsen på grund af termonukleære reaktioner i dens centrum er nøjagtigt lig med den kraft, stjernen udsender fra overfladen. Når stjernen trækker sig sammen og udvider sig, forstyrres den termiske ligevægt. Hvis stjernen er stationær, så er dens ligevægt etableret på en sådan måde, at stjernens negative potentielle energi (energien fra gravitationskompression) i absolut værdi altid er det dobbelte af den termiske energi. På grund af dette har stjernen en fantastisk egenskab - negativ varmekapacitet. Almindelige legemer har en positiv varmekapacitet: et opvarmet stykke jern, der køles ned, det vil sige taber energi, sænker dets temperatur. For en stjerne er det modsatte tilfældet: Jo mere energi den taber i form af stråling, jo højere bliver temperaturen i dens centrum.

Dette mærkelige, ved første øjekast, har en simpel forklaring: stjernen trækker sig langsomt sammen, mens den udstråler. Under kompression omdannes potentiel energi til kinetisk energi af faldende lag af stjernen, og dens indre varmes op. Desuden er den termiske energi, som stjernen erhverver som følge af kompression, dobbelt så meget som den energi, der går tabt i form af stråling. Som et resultat stiger temperaturen i stjernens indre, og der sker en kontinuerlig termonukleær syntese af kemiske elementer. For eksempel sker reaktionen med at omdanne brint til helium i den nuværende Sol ved en temperatur på 15 millioner grader. Når alt brint efter 4 milliarder år i Solens centrum bliver til helium, vil der til den videre syntese af kulstofatomer fra heliumatomer kræves en væsentlig højere temperatur, omkring 100 millioner grader (heliumkernernes elektriske ladning). er dobbelt så stor som brintkerner, og for at bringe kernerne tættere på helium i en afstand på 10-13 cm kræver det en meget højere temperatur). Det er netop denne temperatur, der vil være sikret på grund af Solens negative varmekapacitet, når den termonukleære reaktion med at omdanne helium til kulstof antændes i dets dybder.

Hvide dværge

Hvis stjernens masse er lille, så massen af ​​dens kerne påvirket af termonukleære transformationer er mindre end 1,4 M sol kan termonuklear fusion af kemiske grundstoffer ophøre på grund af den såkaldte degeneration af elektrongassen i stjernens kerne. Især afhænger trykket af en degenereret gas af tæthed, men afhænger ikke af temperatur, da energien af ​​elektroners kvantebevægelser er meget større end energien af ​​deres termiske bevægelse.

Det høje tryk af den degenererede elektrongas modvirker effektivt tyngdekraftens kompressionskræfter. Da trykket ikke afhænger af temperaturen, fører tabet af energi fra en stjerne i form af stråling ikke til kompression af dens kerne. Som følge heraf frigives gravitationsenergi ikke som ekstra varme. Derfor stiger temperaturen i den udviklende degenererede kerne ikke, hvilket fører til afbrydelse af kæden af ​​termonukleære reaktioner.

Den ydre brintskal, upåvirket af termonukleare reaktioner, adskilles fra stjernens kerne og danner en planetarisk tåge, der lyser i emissionslinjerne for brint, helium og andre grundstoffer. Den centrale kompakte og relativt varme kerne af en udviklet lavmassestjerne er en hvid dværg - et objekt med en radius af størrelsesordenen Jordens radius (~10 4 km), en masse på mindre end 1,4 M sol og en gennemsnitlig tæthed på omkring et ton per kubikcentimeter. Hvide dværge observeres i stort antal. Deres samlede antal i galaksen når 10 10, det vil sige omkring 10% af den samlede masse af det observerbare stof i galaksen.

Termonuklear afbrænding i en degenereret hvid dværg kan være ustabil og føre til en atomeksplosion af en tilstrækkelig massiv hvid dværg med en masse tæt på den såkaldte Chandrasekhar-grænse (1,4) M sol). Sådanne eksplosioner ligner Type I supernovaer, som ikke har brintlinjer i deres spektrum, men kun linier af helium, kulstof, oxygen og andre tunge grundstoffer.

Neutronstjerner

Hvis stjernens kerne er degenereret, når dens masse nærmer sig grænsen på 1,4 M sol, erstattes den sædvanlige degeneration af elektrongassen i kernen af ​​den såkaldte relativistiske degeneration.

De degenererede elektroners kvantebevægelser bliver så hurtige, at deres hastigheder nærmer sig lysets hastighed. I dette tilfælde falder gassens elasticitet, dens evne til at modvirke tyngdekraften falder, og stjernen oplever gravitationssammenbrud. Under kollaps fanges elektroner af protoner, og der sker neutronisering af stoffet. Dette fører til dannelsen af ​​en neutronstjerne fra en massiv degenereret kerne.

Hvis startmassen af ​​stjernens kerne overstiger 1,4 M sol, så nås en høj temperatur i kernen, og elektrondegeneration sker ikke under hele dens udvikling. I dette tilfælde virker negativ varmekapacitet: Når stjernen mister energi i form af stråling, stiger temperaturen i dens dybder, og der er en kontinuerlig kæde af termonukleære reaktioner, der omdanner brint til helium, helium til kulstof, kulstof til oxygen og så videre, op til jerngruppens elementer. Reaktionen af ​​termonukleær fusion af kerner af grundstoffer, der er tungere end jern, sker ikke længere med frigivelsen, men med absorptionen af ​​energi. Derfor, hvis massen af ​​stjernens kerne, der hovedsageligt består af jerngruppeelementer, overstiger Chandrasekhar-grænsen på 1,4 M sol , men mindre end den såkaldte Oppenheimer–Volkov grænse ~3 M solen, så sker der ved slutningen af ​​stjernens nukleare udvikling gravitationssammenbrud af kernen, som et resultat af hvilket stjernens ydre brintskal udstødes, hvilket observeres som en type II supernovaeksplosion, i spektret af hvilke kraftige brintlinjer der observeres.

Sammenbruddet af jernkernen fører til dannelsen af ​​en neutronstjerne.

Når den massive kerne af en stjerne, der har nået et sent stadium af udviklingen, komprimeres, stiger temperaturen til gigantiske værdier i størrelsesordenen en milliard grader, når atomkernerne begynder at bryde fra hinanden til neutroner og protoner. Protoner absorberer elektroner og bliver til neutroner, der udsender neutrinoer. Neutroner, ifølge det kvantemekaniske Pauli-princip, begynder med stærk kompression effektivt at frastøde hinanden.

Når massen af ​​den kollapsende kerne er mindre end 3 M sol, neutronhastigheder er væsentligt mindre end lysets hastighed og stoffets elasticitet på grund af neutronernes effektive frastødning kan afbalancere gravitationskræfterne og føre til dannelsen af ​​en stabil neutronstjerne.

Muligheden for eksistensen af ​​neutronstjerner blev først forudsagt i 1932 af den fremragende sovjetiske fysiker Landau umiddelbart efter opdagelsen af ​​neutronen i laboratorieforsøg. Radius af en neutronstjerne er tæt på 10 km, dens gennemsnitlige tæthed er hundreder af millioner tons per kubikcentimeter.

Når massen af ​​den kollapsende stjernekerne er større end 3 M sol, så kollapser den resulterende neutronstjerne, afkøling, ifølge eksisterende ideer til et sort hul. Sammenbruddet af en neutronstjerne i et sort hul lettes også af det omvendte fald af en del af stjernens skal, som slynges ud under en supernovaeksplosion.

En neutronstjerne roterer typisk hurtigt, fordi den normale stjerne, der fødte den, kan have betydelig vinkelmomentum. Når en stjernes kerne kollapser til en neutronstjerne, falder stjernens karakteristiske dimensioner fra R= 10 5 –10 6 km til R≈ 10 km. Når størrelsen af ​​en stjerne aftager, falder dens inertimoment. For at opretholde vinkelmomentum skal hastigheden af ​​aksial rotation øges kraftigt. For eksempel, hvis Solen, der roterer med en periode på omkring en måned, komprimeres til størrelsen af ​​en neutronstjerne, så vil rotationsperioden falde til 10 -3 sekunder.

Enkelte neutronstjerner med et stærkt magnetfelt manifesterer sig som radiopulsarer - kilder til strengt periodiske pulser af radioemission, der opstår, når energien fra en neutronstjernes hurtige rotation omdannes til rettet radioemission. I binære systemer udviser tiltagende neutronstjerner fænomenet X-ray pulsar og type 1 X-ray burster.

Man kan ikke forvente strengt periodiske pulseringer af stråling fra et sort hul, da det sorte hul ikke har nogen observerbar overflade og intet magnetfelt. Som fysikere ofte siger, har sorte huller ikke "hår" - alle felter og alle inhomogeniteter nær begivenhedshorisonten udsendes, når det sorte hul dannes fra kollapsende stof i form af en strøm af gravitationsbølger. Som et resultat har det resulterende sorte hul kun tre egenskaber: masse, vinkelmomentum og elektrisk ladning. Alle individuelle egenskaber ved det kollapsende stof glemmes under dannelsen af ​​et sort hul: For eksempel har sorte huller dannet af jern og af vand, alt andet lige, de samme egenskaber.

Som forudsagt af den generelle relativitetsteori (GR), stjerner, hvis jernkernemasser ved slutningen af ​​deres udvikling overstiger 3 M sol, opleve ubegrænset kompression (relativistisk kollaps) med dannelsen af ​​et sort hul. Dette forklares af det faktum, at tyngdekraften, der har tendens til at komprimere en stjerne, i den generelle relativitet bestemmes af energitætheden, og ved de enorme tætheder af stof, der opnås under komprimeringen af ​​en så massiv stjernekerne, er hovedbidraget til energitætheden. er ikke længere lavet af partiklernes hvileenergi, men af ​​energien fra deres bevægelse og interaktion . Det viser sig, at i den generelle relativitetsteori ser trykket af et stof ved meget høje tætheder ud til at "veje" sig selv: Jo større tryk, jo større energitæthed og følgelig større gravitationskræfter, der har tendens til at komprimere stoffet. Under stærke gravitationsfelter bliver virkningerne af rum-tid krumning desuden fundamentalt vigtige, hvilket også bidrager til den ubegrænsede kompression af stjernens kerne og dens transformation til et sort hul (fig. 3).

Afslutningsvis bemærker vi, at sorte huller dannet i vores æra (for eksempel det sorte hul i Cygnus X-1-systemet), strengt taget ikke er hundrede procent sorte huller, da på grund af relativistisk tidsudvidelse for en fjern observatør, deres begivenhedshorisonter er stadig ikke dannet. Overfladerne på sådanne kollapsende stjerner ser ud for en observatør på Jorden som frosne og nærmer sig uendeligt deres begivenhedshorisont.

For at sorte huller fra sådanne sammenfaldende objekter endelig kan dannes, må vi vente hele den uendelig lange tid af vores univers. Det skal dog understreges, at allerede i de første sekunder af det relativistiske kollaps nærmer overfladen af ​​den kollapsende stjerne sig for en observatør fra Jorden meget tæt på begivenhedshorisonten, og alle processer på denne overflade bremses uendeligt.

« Science fiction kan være nyttig – det stimulerer fantasien og lindrer frygten for fremtiden. Men videnskabelige fakta kan være meget mere overraskende. Science fiction havde aldrig forestillet sig eksistensen af ​​sådanne ting som sorte huller»
Stephen Hawking

I dybet af universet er der utallige mysterier og hemmeligheder gemt for mennesker. Et af dem er sorte huller - objekter, som selv menneskehedens største sind ikke kan forstå. Hundredvis af astrofysikere forsøger at afdække arten af ​​sorte huller, men på nuværende tidspunkt har vi ikke engang bevist deres eksistens i praksis.

Filminstruktører dedikerer deres film til dem, og blandt almindelige mennesker er sorte huller blevet et så kultfænomen, at de identificeres med verdens undergang og den uundgåelige død. De er frygtede og hadede, men samtidig bliver de idoliseret og tilbedt af det ukendte, som disse mærkelige fragmenter af universet gemmer i sig selv. Enig, at blive opslugt af et sort hul er sådan en romantisk ting. Med deres hjælp er det muligt, og de kan også blive guider for os i.

Den gule presse spekulerer ofte i sorte hullers popularitet. At finde overskrifter i aviser relateret til verdens ende på grund af endnu en kollision med et supermassivt sort hul er ikke et problem. Meget værre er det, at den analfabetistiske del af befolkningen tager alting seriøst og skaber reel panik. For at bringe lidt klarhed vil vi tage på en rejse til oprindelsen af ​​opdagelsen af ​​sorte huller og forsøge at forstå, hvad det er, og hvordan man griber det an.

Usynlige stjerner

Det er bare sådan, at moderne fysikere beskriver strukturen af ​​vores univers ved hjælp af relativitetsteorien, som Einstein omhyggeligt gav menneskeheden i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Sorte huller bliver endnu mere mystiske, ved den begivenhedshorisont, hvor alle fysikkens love, vi kender, inklusive Einsteins teori, ophører med at gælde. Er det ikke vidunderligt? Derudover blev formodningen om eksistensen af ​​sorte huller udtrykt længe før Einstein selv blev født.

I 1783 var der en betydelig stigning i videnskabelig aktivitet i England. I de dage gik videnskab side om side med religion, de kom godt ud af det, og videnskabsmænd blev ikke længere betragtet som kættere. Desuden var præster engageret i videnskabelig forskning. En af disse Guds tjenere var den engelske præst John Michell, som undrede sig ikke kun over spørgsmål om eksistens, men også helt videnskabelige problemer. Michell var en meget tituleret videnskabsmand: oprindeligt var han lærer i matematik og gammel lingvistik på et af colleges, og derefter blev han optaget i Royal Society of London for en række opdagelser.

John Michell studerede seismologi, men i sin fritid kunne han godt lide at tænke på det evige og kosmos. Så han kom op med den idé, at der et eller andet sted i universets dyb kunne være supermassive legemer med så kraftig tyngdekraft, at det for at overvinde tyngdekraften af ​​et sådant legeme er nødvendigt at bevæge sig med en hastighed, der er lig med eller højere end lysets hastighed. Hvis vi accepterer en sådan teori som sand, så vil selv lys ikke være i stand til at udvikle en anden kosmisk hastighed (den hastighed, der er nødvendig for at overvinde tyngdekraftens tiltrækning af det udgående legeme), så et sådant legeme vil forblive usynligt for det blotte øje.

Michell kaldte sin nye teori "mørke stjerner", og forsøgte samtidig at beregne massen af ​​sådanne objekter. Han udtrykte sine tanker om denne sag i et åbent brev til Royal Society of London. Desværre var sådan forskning i disse dage ikke af særlig værdi for videnskaben, så Michells brev blev sendt til arkiverne. Kun to hundrede år senere, i anden halvdel af det 20. århundrede, blev det opdaget blandt tusindvis af andre optegnelser, der var omhyggeligt opbevaret i det antikke bibliotek.

Det første videnskabelige bevis for eksistensen af ​​sorte huller

Efter at Einsteins generelle relativitetsteori blev offentliggjort, begyndte matematikere og fysikere for alvor at løse de ligninger, som den tyske videnskabsmand præsenterede, og som skulle fortælle os en masse nye ting om universets struktur. Den tyske astronom og fysiker Karl Schwarzschild besluttede at gøre det samme i 1916.

Videnskabsmanden kom ved hjælp af sine beregninger til den konklusion, at eksistensen af ​​sorte huller er mulig. Han var også den første til at beskrive det, der senere blev kaldt den romantiske sætning "begivenhedshorisont" - den imaginære grænse for rum-tid ved et sort hul, efter at have krydset hvilket der er et point of no return. Intet vil undslippe fra begivenhedshorisonten, ikke engang lys. Det er uden for begivenhedshorisonten, at den såkaldte "singularitet" opstår, hvor fysikkens love, vi kender, ophører med at gælde.

Idet han fortsatte med at udvikle sin teori og løse ligninger, opdagede Schwarzschild nye hemmeligheder om sorte huller for sig selv og verden. Således var han i stand til, udelukkende på papiret, at beregne afstanden fra centrum af det sorte hul, hvor dets masse er koncentreret, til begivenhedshorisonten. Schwarzschild kaldte denne afstand for gravitationsradius.

På trods af at Schwarzschilds løsninger matematisk var ekstremt korrekte og ikke kunne modbevises, kunne det videnskabelige samfund i det tidlige 20. århundrede ikke umiddelbart acceptere en sådan chokerende opdagelse, og eksistensen af ​​sorte huller blev afskrevet som en fantasi, som dukkede op hver nu og da i relativitetsteorien. I det næste halvandet årti var udforskningen af ​​rummet for tilstedeværelsen af ​​sorte huller langsom, og kun nogle få tilhængere af den tyske fysikers teori var engageret i det.

Stjerner, der føder mørke

Efter at Einsteins ligninger var blevet sorteret ud, var det tid til at bruge konklusionerne til at forstå universets struktur. Især i teorien om stjernernes evolution. Det er ingen hemmelighed, at intet i vores verden varer evigt. Selv stjerner har deres egen livscyklus, omend længere end en person.

En af de første videnskabsmænd, der for alvor blev interesseret i stjerneudvikling, var den unge astrofysiker Subramanyan Chandrasekhar, der er indfødt i Indien. I 1930 udgav han et videnskabeligt arbejde, der beskrev stjernernes formodede indre struktur, såvel som deres livscyklus.

Allerede i begyndelsen af ​​det 20. århundrede gættede forskerne på et sådant fænomen som gravitationskompression (gravitationssammenbrud). På et vist tidspunkt i sit liv begynder en stjerne at trække sig sammen med en enorm hastighed under påvirkning af gravitationskræfter. Som regel sker dette i det øjeblik, hvor en stjerne dør, men under gravitationssammenbrud er der flere måder for den fortsatte eksistens af en varm bold.

Chandrasekhars videnskabelige rådgiver, Ralph Fowler, en respekteret teoretisk fysiker på sin tid, antog, at under gravitationssammenbrud bliver enhver stjerne til en mindre og varmere - en hvid dværg. Men det viste sig, at eleven "brød" lærerens teori, som blev delt af de fleste fysikere i begyndelsen af ​​forrige århundrede. Ifølge en ung indianers arbejde afhænger en stjernes død af dens oprindelige masse. For eksempel kan kun de stjerner, hvis masse ikke overstiger 1,44 gange Solens masse, blive hvide dværge. Dette nummer blev kaldt Chandrasekhar-grænsen. Hvis stjernens masse overskred denne grænse, så dør den på en helt anden måde. Under visse forhold kan en sådan stjerne i dødsøjeblikket genfødes til en ny neutronstjerne - et andet mysterium i det moderne univers. Relativitetsteorien fortæller os en anden mulighed - komprimering af stjernen til ultrasmå værdier, og det er her det sjove begynder.

I 1932 dukkede en artikel op i et af de videnskabelige tidsskrifter, hvor den geniale fysiker fra USSR Lev Landau foreslog, at en supermassiv stjerne under kollaps komprimeres til et punkt med en uendelig lille radius og uendelig masse. På trods af at en sådan begivenhed er meget vanskelig at forestille sig fra en uforberedt persons synspunkt, var Landau ikke langt fra sandheden. Fysikeren foreslog også, at ifølge relativitetsteorien vil tyngdekraften på et sådant tidspunkt være så stor, at den vil begynde at forvrænge rum-tid.

Astrofysikere kunne lide Landaus teori, og de fortsatte med at udvikle den. I 1939 opstod i Amerika, takket være indsatsen fra to fysikere - Robert Oppenheimer og Hartland Snyder - en teori, der detaljeret beskrev en supermassiv stjerne på tidspunktet for sammenbruddet. Som et resultat af en sådan begivenhed burde der være dukket et rigtigt sort hul op. På trods af overbevisende argumenter fortsatte videnskabsmænd med at benægte muligheden for eksistensen af ​​sådanne kroppe såvel som omdannelsen af ​​stjerner til dem. Selv Einstein tog afstand fra denne idé, idet han mente, at en stjerne ikke var i stand til sådanne fænomenale transformationer. Andre fysikere sparede ikke på deres udtalelser og kaldte muligheden for sådanne begivenheder latterlig.
Videnskaben når dog altid frem til sandheden, du skal bare vente lidt. Og så skete det.

De lyseste objekter i universet

Vores verden er en samling af paradokser. Nogle gange sameksisterer ting i det, hvis sameksistens trodser enhver logik. For eksempel ville udtrykket "sort hul" ikke være forbundet af en normal person med udtrykket "utroligt lyst", men en opdagelse i begyndelsen af ​​60'erne af det sidste århundrede gjorde det muligt for videnskabsmænd at betragte denne erklæring for at være forkert.

Ved hjælp af teleskoper kunne astrofysikere opdage hidtil ukendte objekter på stjernehimlen, som opførte sig meget mærkeligt på trods af, at de lignede almindelige stjerner. Mens han studerede disse mærkelige armaturer, henledte den amerikanske videnskabsmand Martin Schmidt opmærksomheden på deres spektrografi, hvis data viste forskellige resultater fra scanning af andre stjerner. Kort sagt var disse stjerner ikke som andre, vi er vant til.

Pludselig gik det op for Schmidt, og han bemærkede et skift i spektret i det røde område. Det viste sig, at disse objekter er meget længere fra os end de stjerner, som vi er vant til at observere på himlen. For eksempel var objektet, som Schmidt observerede, placeret to en halv milliard lysår fra vores planet, men skinnede lige så klart som en stjerne nogle hundrede lysår væk. Det viser sig, at lyset fra et sådant objekt kan sammenlignes med lysstyrken af ​​en hel galakse. Denne opdagelse var et sandt gennembrud inden for astrofysikken. Forskeren kaldte disse objekter "kvasistjerne" eller blot "kvasar".

Martin Schmidt fortsatte med at studere nye objekter og fandt ud af, at sådan en lys glød kun kan være forårsaget af én årsag - tilvækst. Accretion er processen med absorption af omgivende stof af et supermassivt legeme ved hjælp af tyngdekraften. Videnskabsmanden kom til den konklusion, at der i midten af ​​kvasarer er et enormt sort hul, som med en utrolig kraft trækker ind i stoffet omkring det i rummet. Efterhånden som hullet absorberer stof, accelererer partiklerne til enorme hastigheder og begynder at gløde. En slags lysende kuppel omkring et sort hul kaldes en tilvækstskive. Dets visualisering blev godt demonstreret i Christopher Nolans film Interstellar, som gav anledning til mange spørgsmål: "hvordan kan et sort hul lyse?"

Til dato har videnskabsmænd allerede fundet tusindvis af kvasarer på stjernehimlen. Disse mærkelige, utroligt lyse objekter kaldes universets beacons. De giver os mulighed for at forestille os strukturen af ​​kosmos lidt bedre og komme tættere på det øjeblik, hvorfra det hele begyndte.

Selvom astrofysikere i mange år havde modtaget indirekte beviser for eksistensen af ​​supermassive usynlige objekter i universet, eksisterede udtrykket "sort hul" først i 1967. For at undgå komplekse navne foreslog den amerikanske fysiker John Archibald Wheeler at kalde sådanne objekter "sorte huller". Hvorfor ikke? Til en vis grad er de sorte, fordi vi ikke kan se dem. Desuden tiltrækker de alt, du kan falde i dem, ligesom i et rigtigt hul. Og ifølge moderne fysiklove er det simpelthen umuligt at komme ud af sådan et sted. Stephen Hawking hævder dog, at når man rejser gennem et sort hul, kan man komme til et andet univers, en anden verden, og det er håb.

Frygt for uendelighed

På grund af det overdrevne mystik og romantisering af sorte huller er disse genstande blevet en ægte rædselshistorie blandt mennesker. Tabloidpressen elsker at spekulere i befolkningens analfabetisme og udgiver fantastiske historier om, hvordan et enormt sort hul bevæger sig mod vores Jord, som vil fortære solsystemet i løbet af få timer, eller blot udsender bølger af giftig gas mod vores planet .

Emnet om at ødelægge planeten ved hjælp af Large Hadron Collider, som blev bygget i Europa i 2006 på Det Europæiske Råd for Nuklear Forskning (CERN), er særligt populært. Bølgen af ​​panik begyndte som nogens dumme joke, men voksede som en snebold. Nogen startede et rygte om, at der kunne dannes et sort hul i kolliderens partikelaccelerator, som ville sluge vores planet fuldstændigt. Selvfølgelig begyndte de indignerede mennesker at kræve et forbud mod eksperimenter på LHC af frygt for dette udfald af begivenheder. Den Europæiske Domstol begyndte at modtage retssager, der krævede, at kollideren blev lukket, og at de videnskabsmænd, der skabte den, blev straffet i lovens fulde omfang.

Faktisk benægter fysikere ikke, at når partikler kolliderer i Large Hadron Collider, kan der opstå objekter, der i egenskaber ligner sorte huller, men deres størrelse er på niveau med størrelsen af ​​elementarpartikler, og sådanne "huller" findes for sådan en kort tid, at vi ikke engang kan registrere deres forekomst.

En af de vigtigste eksperter, der forsøger at fordrive bølgen af ​​uvidenhed foran folk, er Stephen Hawking, en berømt teoretisk fysiker, som i øvrigt betragtes som en rigtig "guru" med hensyn til sorte huller. Hawking beviste, at sorte huller ikke altid absorberer det lys, der vises i accretion-skiverne, og noget af det er spredt ud i rummet. Dette fænomen blev kaldt Hawking-stråling eller sort hul-fordampning. Hawking etablerede også et forhold mellem størrelsen af ​​et sort hul og hastigheden af ​​dets "fordampning" - jo mindre det er, jo mindre tid eksisterer det. Det betyder, at alle modstandere af Large Hadron Collider ikke skal bekymre sig: sorte huller i den vil ikke være i stand til at overleve en milliontedel af et sekund.

Teori ikke bevist i praksis

Desværre tillader menneskelig teknologi på dette udviklingstrin os ikke at teste de fleste af de teorier, der er udviklet af astrofysikere og andre videnskabsmænd. På den ene side er eksistensen af ​​sorte huller blevet ret overbevisende bevist på papiret og udledt ved hjælp af formler, hvor alt passer med hver variabel. Til gengæld har vi i praksis endnu ikke kunnet se et rigtigt sort hul med egne øjne.

På trods af alle uenighederne foreslår fysikere, at der i midten af ​​hver galakse er et supermassivt sort hul, som samler stjerner i klynger med sin tyngdekraft og tvinger dem til at rejse rundt i universet i et stort og venligt selskab. I vores Mælkevejsgalakse er der ifølge forskellige skøn fra 200 til 400 milliarder stjerner. Alle disse stjerner kredser om noget, der har enorm masse, noget som vi ikke kan se med et teleskop. Det er højst sandsynligt et sort hul. Skal vi være bange for hende? – Nej, i hvert fald ikke i de næste par milliarder år, men vi kan lave endnu en interessant film om det.