Lubang hitam: kisah penemuan objek paling misteri di Alam Semesta yang tidak akan pernah kita lihat. Apakah lubang hitam di angkasa

Lubang hitam yang misteri dan sukar difahami. Undang-undang fizik mengesahkan kemungkinan kewujudan mereka di alam semesta, tetapi banyak persoalan masih kekal. Banyak pemerhatian menunjukkan bahawa lubang wujud di alam semesta dan terdapat lebih daripada sejuta objek ini.

Apakah lubang hitam?

Kembali pada tahun 1915, apabila menyelesaikan persamaan Einstein, fenomena seperti "lubang hitam" telah diramalkan. Walau bagaimanapun, komuniti saintifik mula berminat dengan mereka hanya pada tahun 1967. Mereka kemudiannya dipanggil "bintang runtuh", "bintang beku".

Pada masa kini, lubang hitam adalah kawasan masa dan ruang yang mempunyai graviti sedemikian rupa sehingga sinar cahaya pun tidak dapat melepaskan diri daripadanya.

Bagaimanakah lubang hitam terbentuk?

Terdapat beberapa teori untuk kemunculan lubang hitam, yang dibahagikan kepada hipotesis dan realistik. Yang paling mudah dan realistik yang paling meluas ialah teori keruntuhan graviti bintang besar.

Apabila bintang yang cukup besar, sebelum "kematian," membesar dan menjadi tidak stabil, menggunakan bahan api terakhirnya. Pada masa yang sama, jisim bintang kekal tidak berubah, tetapi saiznya berkurangan apabila apa yang dipanggil ketumpatan berlaku. Dalam erti kata lain, apabila dipadatkan, teras berat "jatuh" ke dalam dirinya sendiri. Selari dengan ini, pemadatan membawa kepada peningkatan mendadak dalam suhu di dalam bintang dan lapisan luar badan angkasa tercabut, dari mana bintang baru terbentuk. Pada masa yang sama, di tengah-tengah bintang, teras jatuh ke dalam "pusat"nya sendiri. Akibat tindakan daya graviti, pusat runtuh ke satu titik - iaitu, daya graviti sangat kuat sehingga menyerap teras yang dipadatkan. Ini adalah bagaimana lubang hitam dilahirkan, yang mula memesongkan ruang dan masa sehingga cahaya pun tidak dapat melarikan diri daripadanya.

Di tengah-tengah semua galaksi terdapat lubang hitam supermasif. Menurut teori relativiti Einstein:

"Sebarang jisim mengganggu ruang dan masa."

Sekarang bayangkan betapa besarnya lubang hitam memesongkan masa dan ruang, kerana jisimnya sangat besar dan pada masa yang sama diperah ke dalam isipadu ultra-kecil. Keupayaan ini menyebabkan keanehan berikut:

"Lubang hitam mempunyai keupayaan untuk menghentikan masa secara praktikal dan memampatkan ruang. Kerana herotan yang melampau ini, lubang-lubang menjadi tidak kelihatan kepada kami.”

Jika lubang hitam tidak kelihatan, bagaimana kita tahu ia wujud?

Ya, walaupun lubang hitam tidak kelihatan, ia harus ketara kerana perkara yang jatuh ke dalamnya. Serta gas bintang, yang ditarik oleh lubang hitam; apabila menghampiri ufuk peristiwa, suhu gas mula meningkat kepada nilai ultra tinggi, yang membawa kepada cahaya. Inilah sebabnya lubang hitam bersinar. Terima kasih kepada ini, walaupun lemah, bercahaya, ahli astronomi dan ahli astrofizik menerangkan kehadiran di tengah-tengah galaksi objek dengan isipadu yang kecil tetapi jisim yang besar. Pada masa ini, hasil pemerhatian, kira-kira 1000 objek telah ditemui yang mempunyai kelakuan yang serupa dengan lubang hitam.

Lubang hitam dan galaksi

Bagaimanakah lubang hitam boleh menjejaskan galaksi? Soalan ini membelenggu saintis di seluruh dunia. Terdapat hipotesis yang menyatakan bahawa lubang hitam yang terletak di tengah-tengah galaksi yang mempengaruhi bentuk dan evolusinya. Dan apabila dua galaksi berlanggar, lubang hitam bergabung dan semasa proses ini sejumlah besar tenaga dan jirim dilepaskan sehingga bintang baru terbentuk.

Jenis lubang hitam

• Menurut teori sedia ada, terdapat tiga jenis lubang hitam: bintang, supermasif, dan miniatur. Dan setiap daripada mereka dibentuk dengan cara yang istimewa.
• - Lubang hitam jisim bintang, ia membesar kepada saiz yang sangat besar dan runtuh.
  - Lubang hitam supermasif, yang boleh mempunyai jisim yang setara dengan berjuta-juta Matahari, berkemungkinan wujud di pusat hampir semua galaksi, termasuk Bima Sakti kita. Para saintis masih mempunyai hipotesis yang berbeza untuk pembentukan lubang hitam supermasif. Setakat ini, hanya satu perkara yang diketahui - lubang hitam supermasif adalah hasil sampingan daripada pembentukan galaksi. Lubang hitam supermasif - ia berbeza daripada yang biasa kerana ia mempunyai saiz yang sangat besar, tetapi secara paradoks ketumpatannya rendah.
• - Belum ada sesiapa yang dapat mengesan lubang hitam kecil yang mempunyai jisim kurang daripada Matahari. Ada kemungkinan lubang kecil boleh terbentuk sejurus selepas "Big Bang", yang merupakan permulaan tepat kewujudan alam semesta kita (kira-kira 13.7 bilion tahun yang lalu).
• - Baru-baru ini, konsep baru telah diperkenalkan sebagai "lubang hitam putih". Ini masih lubang hitam hipotesis, yang bertentangan dengan lubang hitam. Stephen Hawking secara aktif mengkaji kemungkinan kewujudan lubang putih.
• - Lubang hitam kuantum - ia hanya wujud dalam teori setakat ini. Lubang hitam kuantum boleh terbentuk apabila zarah ultra-kecil berlanggar akibat tindak balas nuklear.
• - Lubang hitam utama juga merupakan teori. Mereka dibentuk sejurus selepas asalnya.

Pada masa ini, terdapat sejumlah besar soalan terbuka yang masih belum dijawab oleh generasi akan datang. Sebagai contoh, bolehkah apa yang dipanggil "lubang cacing" benar-benar wujud, dengan bantuan yang mana seseorang boleh mengembara melalui ruang dan masa. Apa sebenarnya yang berlaku di dalam lubang hitam dan undang-undang yang dipatuhi oleh fenomena ini. Dan bagaimana pula dengan kehilangan maklumat dalam lubang hitam?

Baik untuk saintis abad yang lalu dan untuk penyelidik zaman kita, misteri terbesar kosmos ialah lubang hitam. Apa yang ada di dalam sistem fizik yang sama sekali tidak dikenali ini? Apakah undang-undang yang terpakai di sana? Bagaimanakah masa berlalu di dalam lubang hitam, dan mengapa walaupun kuanta cahaya tidak dapat melarikan diri dari sana? Sekarang kita akan cuba, tentu saja, dari sudut pandangan teori dan bukan amalan, untuk memahami apa yang ada di dalam lubang hitam, mengapa ia, pada dasarnya, terbentuk dan wujud, bagaimana ia menarik objek yang mengelilinginya.

Mula-mula, mari kita huraikan objek ini

Jadi, lubang hitam adalah kawasan ruang tertentu di Alam Semesta. Adalah mustahil untuk memilihnya sebagai bintang atau planet yang berasingan, kerana ia bukan badan pepejal atau gas. Tanpa pemahaman asas tentang apa itu ruang masa dan bagaimana dimensi ini boleh berubah, adalah mustahil untuk memahami apa yang ada di dalam lubang hitam. Maksudnya ialah kawasan ini bukan sekadar unit spatial. yang memesongkan kedua-dua tiga dimensi yang kita ketahui (panjang, lebar dan tinggi) dan garis masa. Para saintis yakin bahawa di rantau ufuk (kawasan yang dipanggil mengelilingi lubang), masa mengambil makna spatial dan boleh bergerak ke hadapan dan ke belakang.

Mari belajar rahsia graviti

Jika kita ingin memahami apa yang ada di dalam lubang hitam, mari kita lihat lebih dekat apa itu graviti. Fenomena inilah yang penting dalam memahami sifat apa yang dipanggil "lubang cacing", yang mana cahaya pun tidak dapat melarikan diri. Graviti ialah interaksi antara semua jasad yang mempunyai asas material. Kekuatan graviti sedemikian bergantung pada komposisi molekul jasad, pada kepekatan atom, serta pada komposisinya. Semakin banyak zarah yang runtuh di kawasan ruang tertentu, semakin besar daya graviti. Ini berkait rapat dengan Teori Big Bang, apabila Alam Semesta kita sebesar kacang. Ini adalah keadaan singulariti maksimum, dan akibat daripada kilatan cahaya quanta, ruang mula berkembang kerana fakta bahawa zarah menolak satu sama lain. Para saintis menggambarkan lubang hitam betul-betul bertentangan. Apa yang ada di dalam benda sedemikian sesuai dengan TBZ? Ketunggalan yang sama dengan penunjuk yang wujud dalam Alam Semesta kita pada saat kelahirannya.

Bagaimanakah bahan masuk ke dalam lubang cacing?

Terdapat pendapat bahawa seseorang tidak akan dapat memahami apa yang berlaku di dalam lubang hitam. Kerana apabila di sana, dia akan benar-benar dihancurkan oleh graviti dan daya graviti. Sebenarnya ini tidak benar. Ya, sesungguhnya, lubang hitam adalah kawasan ketunggalan di mana segala-galanya dimampatkan secara maksimum. Tetapi ini sama sekali bukan "pembersih hampagas angkasa" yang boleh menyedut semua planet dan bintang. Mana-mana objek material yang mendapati dirinya di ufuk peristiwa akan melihat herotan ruang dan masa yang kuat (buat masa ini, unit ini berdiri berasingan). Sistem geometri Euclidean akan mula tidak berfungsi, dengan kata lain, ia akan bersilang, dan garis besar angka stereometrik tidak lagi biasa. Bagi masa, ia akan beransur-ansur perlahan. Semakin dekat anda dengan lubang, semakin perlahan jam akan bergerak berbanding dengan masa Bumi, tetapi anda tidak akan menyedarinya. Apabila jatuh ke dalam lubang cacing, badan akan jatuh pada kelajuan sifar, tetapi unit ini akan sama dengan infiniti. kelengkungan, yang menyamakan tak terhingga kepada sifar, yang akhirnya menghentikan masa dalam kawasan singulariti.

Reaksi terhadap cahaya yang dipancarkan

Satu-satunya objek di angkasa yang menarik cahaya ialah lubang hitam. Apa yang ada di dalamnya dan dalam bentuk apa ia tidak diketahui, tetapi dipercayai bahawa ia adalah kegelapan, yang mustahil untuk dibayangkan. Kuanta cahaya, sampai ke sana, jangan hilang begitu saja. Jisim mereka didarab dengan jisim singulariti, yang menjadikannya lebih besar dan membesarkannya.Oleh itu, jika di dalam lubang cacing anda menghidupkan lampu suluh untuk melihat sekeliling, ia tidak akan bercahaya. Kuanta yang dipancarkan akan sentiasa membiak dengan jisim lubang, dan anda, secara kasarnya, hanya akan memburukkan keadaan anda.

Lubang hitam di setiap langkah

Seperti yang telah kita ketahui, asas pembentukan adalah graviti, yang magnitudnya berjuta-juta kali lebih besar daripada di Bumi. Idea yang tepat tentang apa itu lubang hitam telah diberikan kepada dunia oleh Karl Schwarzschild, yang, sebenarnya, menemui ufuk peristiwa dan titik tiada kembali, dan juga menetapkan bahawa sifar dalam keadaan singulariti adalah sama dengan infiniti. Pada pendapatnya, lubang hitam boleh terbentuk di mana-mana titik di angkasa. Dalam kes ini, objek bahan tertentu yang mempunyai bentuk sfera mesti mencapai jejari graviti. Sebagai contoh, jisim planet kita mesti sesuai dengan isipadu sebiji kacang untuk menjadi lubang hitam. Dan Matahari sepatutnya mempunyai diameter 5 kilometer dengan jisimnya - maka keadaannya akan menjadi tunggal.

Cakrawala untuk pembentukan dunia baru

Undang-undang fizik dan geometri berfungsi dengan sempurna di bumi dan di angkasa lepas, di mana ruang angkasa hampir dengan vakum. Tetapi mereka benar-benar kehilangan kepentingan mereka di ufuk peristiwa. Inilah sebabnya, dari sudut pandangan matematik, adalah mustahil untuk mengira apa yang ada di dalam lubang hitam. Gambar-gambar yang boleh anda hasilkan jika anda membengkokkan ruang mengikut idea kami tentang dunia mungkin jauh dari kebenaran. Ia hanya telah ditetapkan bahawa masa di sini bertukar menjadi unit spatial dan, kemungkinan besar, beberapa lagi ditambah kepada dimensi sedia ada. Ini memungkinkan untuk mempercayai bahawa di dalam lubang hitam (foto, seperti yang anda ketahui, tidak akan menunjukkan ini, kerana cahaya di sana memakan dirinya sendiri) dunia yang sama sekali berbeza terbentuk. Alam Semesta ini mungkin terdiri daripada antimateri, yang pada masa ini tidak diketahui oleh saintis. Terdapat juga versi bahawa sfera tiada kembali hanyalah portal yang membawa sama ada ke dunia lain atau ke titik lain di Alam Semesta kita.

Kelahiran dan kematian

Lebih daripada kewujudan lubang hitam adalah penciptaan atau lenyapnya. Sfera yang memesongkan ruang-masa, seperti yang telah kita ketahui, terbentuk akibat keruntuhan. Ini boleh jadi letupan bintang besar, perlanggaran dua atau lebih badan di angkasa, dan sebagainya. Tetapi bagaimana perkara yang secara teorinya boleh disentuh menjadi domain herotan masa? Teka-teki itu sedang dalam proses. Tetapi ia diikuti dengan soalan kedua - mengapa sfera tiada pulangan seperti itu hilang? Dan jika lubang hitam menguap, maka mengapa cahaya itu dan semua bahan kosmik yang mereka sedut tidak keluar daripadanya? Apabila jirim dalam zon singulariti mula mengembang, graviti secara beransur-ansur berkurangan. Akibatnya, lubang hitam hanya larut, dan ruang luar vakum biasa kekal di tempatnya. Misteri lain menyusuli dari ini - ke manakah perginya semua yang masuk ke dalamnya?

Adakah graviti kunci kita untuk masa depan yang bahagia?

Penyelidik yakin bahawa masa depan tenaga manusia boleh dibentuk oleh lubang hitam. Apa yang ada di dalam sistem ini masih tidak diketahui, tetapi telah ditetapkan bahawa pada ufuk peristiwa apa-apa perkara berubah menjadi tenaga, tetapi, tentu saja, sebahagiannya. Sebagai contoh, seseorang, mendapati dirinya hampir tidak dapat kembali, akan menyerahkan 10 peratus daripada bahannya untuk diproses menjadi tenaga. Angka ini sangat besar; ia menjadi sensasi di kalangan ahli astronomi. Hakikatnya di Bumi, hanya 0.7 peratus jirim ditukar kepada tenaga.

Setiap orang yang berkenalan dengan astronomi lambat laun mengalami rasa ingin tahu yang kuat tentang objek paling misteri di Alam Semesta - lubang hitam. Ini adalah penguasa kegelapan yang sebenar, mampu "menelan" mana-mana atom yang melintas berdekatan dan tidak membenarkan cahaya pun terlepas - tarikan mereka sangat kuat. Objek ini menimbulkan cabaran sebenar bagi ahli fizik dan ahli astronomi. Yang pertama belum dapat memahami apa yang berlaku kepada perkara yang telah jatuh di dalam lubang hitam, dan yang kedua, walaupun mereka menjelaskan fenomena yang paling memakan tenaga di angkasa dengan kewujudan lubang hitam, tidak pernah mempunyai peluang untuk memerhati mana-mana daripada mereka. secara langsung. Kami akan memberitahu anda tentang objek angkasa yang menarik ini, mengetahui apa yang telah ditemui dan apa yang masih perlu dipelajari untuk membuka tabir kerahsiaan.

Apakah lubang hitam?

Nama "lubang hitam" (dalam bahasa Inggeris - lubang hitam) dicadangkan pada tahun 1967 oleh ahli fizik teori Amerika John Archibald Wheeler (lihat foto di sebelah kiri). Ia berfungsi untuk menamakan badan angkasa, yang tarikannya sangat kuat sehingga cahaya pun tidak melepaskan dirinya. Itulah sebabnya ia "hitam" kerana ia tidak memancarkan cahaya.

Pemerhatian tidak langsung

Inilah sebab misteri sedemikian: kerana lubang hitam tidak bercahaya, kita tidak dapat melihatnya secara langsung dan terpaksa mencari dan mengkajinya hanya menggunakan bukti tidak langsung bahawa kewujudan mereka meninggalkan ruang sekeliling. Dalam erti kata lain, jika lohong hitam menelan bintang, kita tidak dapat melihat lohong hitam itu, tetapi kita boleh memerhatikan kesan buruk medan gravitinya yang kuat.

gerak hati Laplace

Walaupun ungkapan "lubang hitam" untuk menandakan peringkat akhir hipotesis evolusi bintang yang telah runtuh ke dalam dirinya sendiri di bawah pengaruh graviti agak baru-baru ini, idea tentang kemungkinan kewujudan badan sedemikian timbul lebih daripada dua. berabad-abad yang lalu. Orang Inggeris John Michell dan orang Perancis Pierre-Simon de Laplace secara bebas membuat hipotesis kewujudan "bintang tidak kelihatan"; pada masa yang sama, ia berdasarkan undang-undang dinamik biasa dan undang-undang graviti sejagat Newton. Hari ini, lubang hitam telah menerima penerangan yang betul berdasarkan teori relativiti umum Einstein.

Dalam karyanya "Exposition of the System of the World" (1796), Laplace menulis: "Sebuah bintang terang dengan ketumpatan yang sama seperti Bumi, dengan diameter 250 kali lebih besar daripada diameter Matahari, akan, berkat gravitinya. tarikan, menghalang sinaran cahaya daripada sampai kepada kita. Oleh itu, ada kemungkinan badan angkasa yang terbesar dan paling terang tidak dapat dilihat atas sebab ini.”

Graviti yang tidak dapat dikalahkan

Idea Laplace adalah berdasarkan konsep halaju melarikan diri (halaju kosmik kedua). Lubang hitam adalah objek yang padat sehingga gravitinya boleh menahan cahaya walaupun, yang menghasilkan kelajuan tertinggi dalam alam semula jadi (hampir 300,000 km/s). Dalam amalan, melarikan diri dari lubang hitam memerlukan kelajuan yang lebih besar daripada kelajuan cahaya, tetapi ini adalah mustahil!

Ini bermakna bintang jenis ini tidak akan kelihatan, kerana cahaya pun tidak akan dapat mengatasi gravitinya yang kuat. Einstein menjelaskan fakta ini melalui fenomena lenturan cahaya di bawah pengaruh medan graviti. Pada hakikatnya, berhampiran lubang hitam, ruang-masa sangat melengkung sehingga lintasan sinar cahaya juga menutup pada diri mereka sendiri. Untuk mengubah Matahari menjadi lubang hitam, kita perlu menumpukan semua jisimnya dalam bola dengan jejari 3 km, dan Bumi perlu berubah menjadi bola dengan jejari 9 mm!

Jenis lubang hitam

Hanya kira-kira sepuluh tahun yang lalu, pemerhatian mencadangkan kewujudan dua jenis lubang hitam: bintang, yang jisimnya setanding dengan jisim Matahari atau sedikit melebihinya, dan supermasif, yang jisimnya berkisar antara beberapa ratus ribu hingga berjuta-juta jisim suria. . Walau bagaimanapun, secara relatifnya baru-baru ini, imej sinar-X dan spektrum resolusi tinggi yang diperoleh daripada satelit buatan seperti Chandra dan XMM-Newton telah memperkenalkan jenis lubang hitam ketiga - dengan jisim purata melebihi jisim Matahari sebanyak ribuan kali. .

Lubang hitam bintang

Lubang hitam bintang diketahui lebih awal daripada yang lain. Mereka terbentuk apabila bintang berjisim besar, di penghujung laluan evolusinya, menghabiskan rizab bahan api nuklearnya dan runtuh ke dalam dirinya sendiri disebabkan oleh gravitinya sendiri. Letupan yang menggegarkan bintang (fenomena yang dikenali sebagai "letupan supernova") mempunyai akibat bencana: jika teras bintang lebih daripada 10 kali jisim Matahari, tiada daya nuklear dapat menahan keruntuhan graviti yang akan mengakibatkan penciptaan daripada lubang hitam.

Lubang hitam supermasif

Lubang hitam supermasif, pertama kali dicatat dalam nukleus beberapa galaksi aktif, mempunyai asal usul yang berbeza. Terdapat beberapa hipotesis mengenai kelahiran mereka: lubang hitam bintang, yang selama berjuta-juta tahun memakan semua bintang di sekelilingnya; sekumpulan lubang hitam bergabung bersama; awan gas besar runtuh terus ke dalam lubang hitam. Lubang hitam ini adalah antara objek yang paling bertenaga di angkasa. Mereka terletak di pusat banyak, jika tidak semua, galaksi. Galaxy kita juga mempunyai lubang hitam seperti itu. Kadang-kadang, disebabkan kehadiran lubang hitam sedemikian, teras galaksi ini menjadi sangat terang. Galaksi dengan lubang hitam di tengah, dikelilingi oleh sejumlah besar bahan yang jatuh dan oleh itu mampu menghasilkan sejumlah besar tenaga, dipanggil "aktif" dan terasnya dipanggil "nukleus galaksi aktif" (AGN). Contohnya, quasar (objek kosmik yang paling jauh daripada kita yang boleh diakses oleh pemerhatian kita) ialah galaksi aktif di mana kita hanya melihat teras yang sangat terang.

Sederhana dan mini

Satu lagi misteri kekal sebagai lohong hitam berjisim sederhana, yang, menurut penyelidikan baru-baru ini, mungkin berada di tengah beberapa gugusan globular, seperti M13 dan NCC 6388. Ramai ahli astronomi ragu-ragu tentang objek ini, tetapi beberapa penyelidikan baru mencadangkan kehadiran lubang hitam bersaiz sederhana walaupun berhampiran pusat Galaxy kita. Ahli fizik Inggeris Stephen Hawking juga mengemukakan andaian teori tentang kewujudan jenis lubang hitam keempat - "lubang mini" dengan jisim hanya satu bilion tan (yang kira-kira sama dengan jisim gunung besar). Kita bercakap tentang objek utama, iaitu, yang muncul pada saat-saat pertama kehidupan Alam Semesta, ketika tekanan masih sangat tinggi. Bagaimanapun, tiada satu jejak pun kewujudan mereka masih ditemui.

Bagaimana untuk mencari lubang hitam

Hanya beberapa tahun yang lalu, cahaya muncul di atas lubang hitam. Terima kasih kepada instrumen dan teknologi yang sentiasa dipertingkatkan (berasaskan bumi dan berasaskan ruang), objek ini menjadi semakin kurang misteri; lebih tepat lagi, ruang di sekeliling mereka menjadi kurang misteri. Sebenarnya, oleh kerana lubang hitam itu sendiri tidak kelihatan, kita hanya boleh mengenalinya jika ia dikelilingi oleh jirim yang cukup (bintang dan gas panas) yang mengelilinginya dalam jarak yang dekat.

Menonton sistem binari

Beberapa lubang hitam bintang telah ditemui dengan memerhatikan gerakan orbit bintang mengelilingi pasangan ghaib dalam sistem binari. Sistem perduaan rapat (iaitu, terdiri daripada dua bintang yang sangat dekat antara satu sama lain), di mana salah satu sahabat tidak dapat dilihat, adalah objek pemerhatian kegemaran ahli astrofizik yang mencari lubang hitam.

Petunjuk kehadiran lohong hitam (atau bintang neutron) ialah pancaran sinar-X yang kuat yang disebabkan oleh mekanisme kompleks yang boleh digambarkan secara skematik seperti berikut. Terima kasih kepada gravitinya yang kuat, lubang hitam boleh merobek jirim daripada bintang pendampingnya; gas ini merebak keluar ke dalam cakera rata dan berputar ke bawah ke dalam lubang hitam. Geseran yang terhasil daripada perlanggaran antara zarah gas yang jatuh memanaskan lapisan dalam cakera kepada beberapa juta darjah, yang menyebabkan sinaran sinar-X yang kuat.

Pemerhatian sinar-X

Pemerhatian sinar-X terhadap objek di Galaxy dan galaksi jiran kita, yang dijalankan selama beberapa dekad, telah memungkinkan untuk mengesan sumber binari padat, kira-kira sedozen daripadanya adalah sistem yang mengandungi calon lubang hitam. Masalah utama ialah menentukan jisim badan angkasa yang tidak kelihatan. Jisim (walaupun tidak begitu tepat) boleh didapati dengan mengkaji gerakan pengiring atau, lebih sukar, dengan mengukur keamatan sinaran sinar-X bahan yang jatuh. Keamatan ini dikaitkan dengan persamaan dengan jisim badan di mana bahan ini jatuh.

Pemenang Nobel

Sesuatu yang serupa boleh dikatakan untuk lubang hitam supermasif yang diperhatikan dalam teras banyak galaksi, yang jisimnya dianggarkan dengan mengukur halaju orbit gas yang jatuh ke dalam lubang hitam. Dalam kes ini, disebabkan oleh medan graviti yang kuat objek yang sangat besar, peningkatan pesat dalam kelajuan awan gas yang mengorbit di pusat galaksi dikesan oleh pemerhatian dalam julat radio, serta dalam sinar optik. Pemerhatian dalam julat sinar-X boleh mengesahkan peningkatan pelepasan tenaga yang disebabkan oleh bahan yang jatuh ke dalam lubang hitam. Penyelidikan dalam X-ray telah dimulakan pada awal 1960-an oleh Riccardo Giacconi Itali, yang bekerja di Amerika Syarikat. Hadiah Nobelnya pada tahun 2002 mengiktiraf "sumbangan perintisnya kepada astrofizik yang membawa kepada penemuan sumber sinar-X di angkasa."

Cygnus X-1: calon pertama

Galaxy kita tidak terlepas daripada kehadiran objek lubang hitam calon. Nasib baik, tiada objek ini cukup dekat dengan kita untuk menimbulkan ancaman kepada kewujudan Bumi atau sistem suria. Walaupun sejumlah besar sumber sinar-X padat yang telah dikenal pasti (dan ini adalah calon yang paling mungkin untuk lubang hitam), kami tidak yakin bahawa ia sebenarnya mengandungi lubang hitam. Satu-satunya di antara sumber ini yang tidak mempunyai versi alternatif ialah sistem binari rapat Cygnus X-1, iaitu sumber sinaran X-ray paling terang dalam buruj Cygnus.

Bintang besar

Sistem ini, yang tempoh orbitnya ialah 5.6 hari, terdiri daripada bintang biru yang sangat terang bersaiz besar (diameternya adalah 20 kali ganda daripada Matahari, dan jisimnya kira-kira 30 kali lebih besar), mudah dilihat walaupun dalam teleskop anda, dan bintang kedua yang tidak kelihatan, yang jisimnya dianggarkan pada beberapa jisim suria (sehingga 10). Terletak 6,500 tahun cahaya jauhnya, bintang kedua akan kelihatan sempurna jika ia adalah bintang biasa. Halimunannya, pelepasan sinar-X berkuasa yang dihasilkan oleh sistem dan, akhirnya, anggaran jisim menyebabkan kebanyakan ahli astronomi percaya bahawa ini adalah penemuan pertama lubang hitam bintang yang disahkan.

Keraguan

Walau bagaimanapun, terdapat juga yang ragu-ragu. Antaranya ialah salah seorang penyelidik terbesar lubang hitam, ahli fizik Stephen Hawking. Dia juga membuat pertaruhan dengan rakan sekerjanya dari Amerika Keel Thorne, seorang penyokong gigih mengklasifikasikan objek Cygnus X-1 sebagai lubang hitam.

Perdebatan mengenai identiti objek Cygnus X-1 bukanlah satu-satunya taruhan Hawking. Setelah menumpukan beberapa sembilan tahun untuk kajian teori tentang lubang hitam, dia menjadi yakin dengan kekeliruan ideanya sebelum ini tentang objek misteri ini. Khususnya, Hawking menganggap bahawa bahan, selepas jatuh ke dalam lubang hitam, hilang selama-lamanya, dan dengan itu semua bagasi maklumatnya hilang. Dia sangat yakin akan perkara ini sehingga dia membuat pertaruhan mengenai topik ini pada tahun 1997 dengan rakan sekerjanya dari Amerika, John Preskill.

Mengakui kesilapan

Pada 21 Julai 2004, dalam ucapannya di Kongres Teori Relativiti di Dublin, Hawking mengakui bahawa Preskill betul. Lubang hitam tidak membawa kepada kehilangan sepenuhnya jirim. Lebih-lebih lagi, mereka mempunyai jenis "ingatan" tertentu. Mereka mungkin mengandungi kesan apa yang telah mereka makan. Oleh itu, dengan "menyejat" (iaitu, memancarkan sinaran secara perlahan akibat kesan kuantum), mereka boleh mengembalikan maklumat ini kepada Alam Semesta kita.

Lubang hitam di Galaxy

Ahli astronomi masih mempunyai banyak keraguan tentang kehadiran lubang hitam bintang (seperti yang dimiliki oleh sistem binari Cygnus X-1) di Galaxy kita; tetapi terdapat lebih sedikit keraguan tentang lubang hitam supermasif.

Di tengah

Galaxy kita mempunyai sekurang-kurangnya satu lubang hitam supermasif. Sumbernya, dikenali sebagai Sagittarius A*, terletak tepat di tengah-tengah satah Bima Sakti. Namanya dijelaskan oleh fakta bahawa ia adalah sumber radio yang paling berkuasa dalam buruj Sagittarius. Dalam arah ini kedua-dua pusat geometri dan fizikal sistem galaksi kita terletak. Terletak kira-kira 26,000 tahun cahaya jauhnya, lubang hitam supermasif yang dikaitkan dengan sumber gelombang radio Sagittarius A* mempunyai jisim dianggarkan kira-kira 4 juta jisim suria, yang terkandung dalam ruang yang isipadunya setanding dengan isipadu sistem suria. Kedekatan relatifnya dengan kita (ia adalah lubang hitam supermasif yang paling hampir dengan Bumi) telah menyebabkan objek itu dikaji dengan teliti dalam beberapa tahun kebelakangan ini oleh balai cerap angkasa Chandra. Ternyata, khususnya, ia juga merupakan sumber sinaran X-ray yang kuat (tetapi tidak sekuat sumber dalam nukleus galaksi aktif). Sagittarius A* mungkin peninggalan yang tidak aktif daripada teras aktif Galaxy kita berjuta-juta atau berbilion tahun yang lalu.

Lubang hitam kedua?

Walau bagaimanapun, sesetengah ahli astronomi percaya bahawa terdapat satu lagi kejutan dalam Galaxy kita. Kita bercakap tentang lubang hitam kedua dengan jisim purata, yang menyatukan gugusan bintang muda dan menghalang mereka daripada jatuh ke dalam lubang hitam supermasif yang terletak di tengah-tengah Galaxy itu sendiri. Bagaimana mungkin pada jarak kurang daripada satu tahun cahaya daripadanya boleh ada gugusan bintang yang hampir berumur 10 juta tahun, iaitu, mengikut piawaian astronomi, sangat muda? Menurut penyelidik, jawapannya ialah gugusan itu tidak dilahirkan di sana (persekitaran di sekeliling lubang hitam pusat terlalu bermusuhan untuk pembentukan bintang), tetapi "ditarik" di sana kerana kewujudan lubang hitam kedua di dalamnya, yang mempunyai jisim purata.

Dalam orbit

Bintang individu dalam gugusan, tertarik dengan lubang hitam supermasif, mula beralih ke arah pusat galaksi. Walau bagaimanapun, daripada berselerak ke angkasa, mereka tetap berkumpul bersama berkat tarikan graviti lohong hitam kedua yang terletak di tengah gugusan. Jisim lohong hitam ini boleh dianggarkan berdasarkan keupayaannya untuk memegang seluruh gugusan bintang pada rantai. Lohong hitam bersaiz sederhana nampaknya mengambil masa kira-kira 100 tahun untuk mengorbit lubang hitam pusat. Ini bermakna pemerhatian jangka panjang selama bertahun-tahun akan membolehkan kita "melihat"nya.

Agar lubang hitam terbentuk, adalah perlu untuk memampatkan jasad kepada ketumpatan kritikal tertentu supaya jejari jasad termampat adalah sama dengan jejari gravitinya. Nilai ketumpatan kritikal ini adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jisim lohong hitam.

Untuk lubang hitam jisim bintang biasa ( M=10M matahari) jejari graviti ialah 30 km, dan ketumpatan kritikal ialah 2·10 14 g/cm 3, iaitu dua ratus juta tan setiap sentimeter padu. Ketumpatan ini sangat tinggi berbanding dengan ketumpatan purata Bumi (5.5 g/cm3), ia sama dengan ketumpatan bahan nukleus atom.

Untuk lubang hitam di teras galaksi ( M=10 10 M matahari) jejari graviti ialah 3·10 15 cm = 200 AU, iaitu lima kali ganda jarak dari Matahari ke Pluto (1 unit astronomi - jarak purata dari Bumi ke Matahari - bersamaan dengan 150 juta km atau 1.5·10 13 cm). Ketumpatan kritikal dalam kes ini adalah sama dengan 0.2·10 –3 g/cm 3 , iaitu beberapa kali kurang daripada ketumpatan udara, bersamaan dengan 1.3·10 –3 g/cm 3 (!).

Untuk Bumi ( M=3·10 –6 M matahari), jejari graviti adalah hampir 9 mm, dan ketumpatan kritikal yang sepadan adalah sangat tinggi: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3, iaitu 13 susunan magnitud lebih tinggi daripada ketumpatan nukleus atom.

Jika kita mengambil beberapa tekan sfera khayalan dan memampatkan Bumi, mengekalkan jisimnya, maka apabila kita mengurangkan jejari Bumi (6370 km) sebanyak empat kali, halaju pelepasan kedua akan berganda dan menjadi sama dengan 22.4 km/s. Jika kita memampatkan Bumi sehingga jejarinya menjadi lebih kurang 9 mm, maka halaju kosmik kedua akan mengambil nilai yang sama dengan kelajuan cahaya. c= 300000 km/s.

Selanjutnya, akhbar tidak akan diperlukan - Bumi, yang dimampatkan kepada saiz sedemikian, sudah akan memampatkan dirinya sendiri. Pada akhirnya, lubang hitam akan terbentuk di tempat Bumi, jejari ufuk peristiwa yang akan menghampiri 9 mm (jika kita mengabaikan putaran lubang hitam yang terhasil). Dalam keadaan sebenar, sudah tentu, tidak ada akhbar yang sangat berkuasa - graviti "berfungsi". Inilah sebabnya mengapa lubang hitam hanya boleh terbentuk apabila bahagian dalam bintang yang sangat besar runtuh, di mana graviti cukup kuat untuk memampatkan jirim kepada ketumpatan kritikal.

Evolusi bintang

Lubang hitam terbentuk pada peringkat akhir evolusi bintang besar. Di kedalaman bintang biasa, tindak balas termonuklear berlaku, tenaga yang sangat besar dibebaskan dan suhu tinggi dikekalkan (berpuluh-puluh dan ratusan juta darjah). Daya graviti cenderung untuk memampatkan bintang, dan daya tekanan gas panas dan sinaran menentang mampatan ini. Oleh itu, bintang berada dalam keseimbangan hidrostatik.

Di samping itu, bintang boleh wujud dalam keseimbangan terma, apabila pembebasan tenaga akibat tindak balas termonuklear di pusatnya betul-betul sama dengan kuasa yang dipancarkan oleh bintang dari permukaan. Apabila bintang mengecut dan mengembang, keseimbangan terma terganggu. Jika bintang itu pegun, maka keseimbangannya diwujudkan sedemikian rupa sehingga tenaga potensi negatif bintang (tenaga mampatan graviti) dalam nilai mutlak sentiasa dua kali ganda tenaga haba. Oleh kerana itu, bintang itu mempunyai sifat yang menakjubkan - kapasiti haba negatif. Badan biasa mempunyai kapasiti haba positif: sekeping besi yang dipanaskan, menyejukkan, iaitu, kehilangan tenaga, menurunkan suhunya. Untuk bintang, sebaliknya adalah benar: semakin banyak tenaga yang hilang dalam bentuk sinaran, semakin tinggi suhu di pusatnya.

Ciri aneh ini, pada pandangan pertama, mempunyai penjelasan yang mudah: bintang, apabila ia memancar, perlahan-lahan menguncup. Semasa pemampatan, tenaga berpotensi ditukar kepada tenaga kinetik lapisan bintang yang jatuh, dan bahagian dalamnya menjadi panas. Selain itu, tenaga haba yang diperolehi oleh bintang hasil daripada pemampatan adalah dua kali lebih banyak daripada tenaga yang hilang dalam bentuk sinaran. Akibatnya, suhu bahagian dalam bintang meningkat, dan sintesis termonuklear berterusan unsur kimia berlaku. Sebagai contoh, tindak balas menukar hidrogen kepada helium dalam Matahari semasa berlaku pada suhu 15 juta darjah. Apabila, selepas 4 bilion tahun, di tengah Matahari, semua hidrogen bertukar menjadi helium, untuk sintesis selanjutnya atom karbon daripada atom helium, suhu yang jauh lebih tinggi akan diperlukan, kira-kira 100 juta darjah (cas elektrik nukleus helium adalah dua kali ganda daripada nukleus hidrogen, dan untuk mendekatkan nukleus bersama helium pada jarak 10–13 cm memerlukan suhu yang lebih tinggi). Tepatnya suhu inilah yang akan dipastikan kerana kapasiti haba negatif Matahari pada masa tindak balas termonuklear menukar helium kepada karbon dinyalakan di kedalamannya.

Kerdil putih

Jika jisim bintang itu kecil, jadi jisim terasnya yang dipengaruhi oleh transformasi termonuklear adalah kurang daripada 1.4 M matahari, gabungan termonuklear unsur-unsur kimia mungkin terhenti kerana apa yang dipanggil degenerasi gas elektron dalam teras bintang. Khususnya, tekanan gas yang merosot bergantung pada ketumpatan, tetapi tidak bergantung pada suhu, kerana tenaga gerakan kuantum elektron jauh lebih besar daripada tenaga gerakan terma mereka.

Tekanan tinggi gas elektron yang merosot secara berkesan mengatasi daya mampatan graviti. Oleh kerana tekanan tidak bergantung pada suhu, kehilangan tenaga oleh bintang dalam bentuk sinaran tidak membawa kepada pemampatan terasnya. Akibatnya, tenaga graviti tidak dibebaskan sebagai haba tambahan. Oleh itu, suhu dalam teras merosot yang berkembang tidak meningkat, yang membawa kepada gangguan rantai tindak balas termonuklear.

Cangkang hidrogen luar, tidak terjejas oleh tindak balas termonuklear, berpisah daripada teras bintang dan membentuk nebula planet, bercahaya dalam garisan pelepasan hidrogen, helium dan unsur-unsur lain. Teras pusat padat dan agak panas bagi bintang berjisim rendah yang telah berkembang ialah kerdil putih - objek dengan jejari pada susunan jejari Bumi (~10 4 km), jisim kurang daripada 1.4 M matahari dan ketumpatan purata kira-kira satu tan per sentimeter padu. Kerdil putih diperhatikan dalam jumlah besar. Jumlah bilangan mereka dalam Galaxy mencecah 10 10, iaitu kira-kira 10% daripada jumlah jisim jirim yang boleh diperhatikan bagi Galaxy.

Pembakaran termonuklear dalam kerdil putih yang merosot boleh menjadi tidak stabil dan membawa kepada letupan nuklear kerdil putih yang cukup besar dengan jisim yang hampir dengan apa yang dipanggil had Chandrasekhar (1.4). M matahari). Letupan sedemikian kelihatan seperti supernova Jenis I, yang tidak mempunyai garis hidrogen dalam spektrumnya, tetapi hanya garisan helium, karbon, oksigen dan unsur berat lain.

Bintang neutron

Jika teras bintang merosot, maka apabila jisimnya menghampiri had 1.4 M matahari, degenerasi biasa gas elektron dalam nukleus digantikan dengan apa yang dipanggil degenerasi relativistik.

Pergerakan kuantum elektron merosot menjadi begitu pantas sehingga kelajuannya menghampiri kelajuan cahaya. Dalam kes ini, keanjalan gas berkurangan, keupayaannya untuk mengatasi daya graviti berkurangan, dan bintang mengalami keruntuhan graviti. Semasa keruntuhan, elektron ditangkap oleh proton, dan neutronisasi bahan berlaku. Ini membawa kepada pembentukan bintang neutron daripada teras yang merosot secara besar-besaran.

Jika jisim awal teras bintang melebihi 1.4 M matahari, maka suhu tinggi dicapai dalam teras, dan degenerasi elektron tidak berlaku sepanjang evolusinya. Dalam kes ini, kapasiti haba negatif berfungsi: apabila bintang kehilangan tenaga dalam bentuk sinaran, suhu dalam kedalamannya meningkat, dan terdapat rantai tindak balas termonuklear berterusan yang menukar hidrogen kepada helium, helium menjadi karbon, karbon menjadi oksigen, dan seterusnya, terpulang kepada unsur kumpulan besi. Tindak balas pelakuran termonuklear nukleus unsur yang lebih berat daripada besi tidak lagi berlaku dengan pelepasan, tetapi dengan penyerapan tenaga. Oleh itu, jika jisim teras bintang, yang terdiri terutamanya daripada unsur kumpulan besi, melebihi had Chandrasekhar iaitu 1.4 M matahari , tetapi kurang daripada apa yang dipanggil had Oppenheimer–Volkov ~3 M matahari, kemudian pada penghujung evolusi nuklear bintang, keruntuhan graviti teras berlaku, akibatnya kulit hidrogen luar bintang itu terbuang, yang diperhatikan sebagai letupan supernova jenis II, dalam spektrum garisan hidrogen berkuasa manakah yang diperhatikan.

Keruntuhan teras besi membawa kepada pembentukan bintang neutron.

Apabila teras besar bintang yang telah mencapai peringkat akhir evolusi dimampatkan, suhu meningkat kepada nilai gergasi tertib satu bilion darjah, apabila nukleus atom mula pecah menjadi neutron dan proton. Proton menyerap elektron dan bertukar menjadi neutron, memancarkan neutrino. Neutron, mengikut prinsip Pauli mekanikal kuantum, dengan mampatan yang kuat mula menolak satu sama lain dengan berkesan.

Apabila jisim teras yang runtuh kurang daripada 3 M matahari, kelajuan neutron adalah jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya dan keanjalan jirim disebabkan oleh tolakan neutron yang berkesan boleh mengimbangi daya graviti dan membawa kepada pembentukan bintang neutron yang stabil.

Kemungkinan kewujudan bintang neutron pertama kali diramalkan pada tahun 1932 oleh ahli fizik Soviet yang cemerlang Landau sejurus selepas penemuan neutron dalam eksperimen makmal. Jejari bintang neutron adalah hampir 10 km, ketumpatan puratanya ialah ratusan juta tan per sentimeter padu.

Apabila jisim teras bintang yang runtuh lebih besar daripada 3 M matahari, kemudian, mengikut idea yang sedia ada, bintang neutron yang terhasil, penyejukan, runtuh ke dalam lubang hitam. Runtuhnya bintang neutron ke dalam lubang hitam juga difasilitasi oleh kejatuhan terbalik sebahagian daripada cangkerang bintang itu, yang dikeluarkan semasa letupan supernova.

Bintang neutron biasanya berputar dengan pantas kerana bintang biasa yang melahirkannya boleh mempunyai momentum sudut yang ketara. Apabila teras bintang runtuh menjadi bintang neutron, dimensi ciri bintang berkurangan daripada R= 10 5 –10 6 km ke R≈ 10 km. Apabila saiz bintang mengecil, momen inersianya berkurangan. Untuk mengekalkan momentum sudut, kelajuan putaran paksi mesti meningkat dengan mendadak. Sebagai contoh, jika Matahari, berputar dengan tempoh kira-kira sebulan, dimampatkan kepada saiz bintang neutron, maka tempoh putaran akan berkurangan kepada 10 -3 saat.

Bintang neutron tunggal dengan medan magnet yang kuat menampakkan diri mereka sebagai pulsar radio - sumber nadi berkala ketat pelepasan radio yang timbul apabila tenaga putaran pantas bintang neutron ditukar kepada pancaran radio terarah. Dalam sistem binari, pertambahan bintang neutron mempamerkan fenomena pulsar sinar-X dan pemecah sinar-X jenis 1.

Seseorang tidak boleh mengharapkan denyutan sinaran berkala yang ketat dari lubang hitam, kerana lubang hitam tidak mempunyai permukaan yang boleh diperhatikan dan tiada medan magnet. Seperti yang sering dikatakan oleh ahli fizik, lubang hitam tidak mempunyai "rambut" - semua medan dan semua ketidakhomogenan berhampiran ufuk peristiwa dipancarkan apabila lubang hitam terbentuk daripada bahan yang runtuh dalam bentuk aliran gelombang graviti. Akibatnya, lubang hitam yang terhasil hanya mempunyai tiga ciri: jisim, momentum sudut dan cas elektrik. Semua sifat individu bahan yang runtuh dilupakan semasa pembentukan lubang hitam: contohnya, lubang hitam yang terbentuk daripada besi dan daripada air mempunyai, perkara lain yang sama, ciri yang sama.

Seperti yang diramalkan oleh Teori Relativiti Umum (GR), bintang yang jisim teras besinya pada akhir evolusinya melebihi 3 M matahari, mengalami mampatan tanpa had (keruntuhan relativistik) dengan pembentukan lubang hitam. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa secara umum kerelatifan daya graviti yang cenderung untuk memampatkan bintang ditentukan oleh ketumpatan tenaga, dan pada ketumpatan besar jirim yang dicapai semasa pemampatan teras bintang yang begitu besar, sumbangan utama kepada ketumpatan tenaga. tidak lagi dibuat oleh tenaga sisa zarah, tetapi oleh tenaga pergerakan dan interaksi mereka. Ternyata secara umum relativiti tekanan bahan pada ketumpatan yang sangat tinggi seolah-olah "menimbang" dirinya sendiri: semakin besar tekanan, semakin besar ketumpatan tenaga dan, akibatnya, semakin besar daya graviti yang cenderung untuk memampatkan bahan tersebut. Di samping itu, di bawah medan graviti yang kuat, kesan kelengkungan ruang masa menjadi asas penting, yang juga menyumbang kepada pemampatan tanpa had teras bintang dan transformasinya menjadi lubang hitam (Rajah 3).

Sebagai kesimpulan, kita perhatikan bahawa lubang hitam yang terbentuk pada zaman kita (contohnya, lubang hitam dalam sistem Cygnus X-1), secara tegasnya, bukanlah seratus peratus lubang hitam, kerana disebabkan oleh pelebaran masa relativistik untuk pemerhati yang jauh, horizon peristiwa mereka masih belum terbentuk. Permukaan bintang yang runtuh itu kelihatan kepada pemerhati di Bumi sebagai beku, menghampiri ufuk peristiwa mereka tanpa henti.

Agar lubang hitam dari objek yang runtuh itu akhirnya terbentuk, kita mesti menunggu sepanjang masa yang tidak terhingga kewujudan Alam Semesta kita. Walau bagaimanapun, perlu ditekankan bahawa sudah dalam saat pertama keruntuhan relativistik, permukaan bintang runtuh untuk pemerhati dari Bumi menghampiri sangat hampir dengan ufuk peristiwa, dan semua proses di permukaan ini perlahan tanpa terhingga.

« Fiksyen sains boleh berguna - ia merangsang imaginasi dan melegakan ketakutan masa depan. Walau bagaimanapun, fakta saintifik boleh menjadi lebih mengejutkan. Fiksyen sains tidak pernah membayangkan kewujudan benda seperti lubang hitam»
Stephen Hawking

Di kedalaman alam semesta terdapat banyak misteri dan rahsia yang tersembunyi untuk manusia. Salah satunya ialah lubang hitam - objek yang tidak dapat difahami oleh akal manusia yang paling hebat sekalipun. Beratus-ratus ahli astrofizik cuba untuk mendedahkan sifat lubang hitam, tetapi pada peringkat ini kita belum membuktikan kewujudannya dalam amalan.

Pengarah filem mendedikasikan filem mereka kepada mereka, dan di kalangan orang biasa lubang hitam telah menjadi fenomena kultus sehingga mereka dikenal pasti dengan akhir dunia dan kematian yang tidak dapat dielakkan. Mereka ditakuti dan dibenci, tetapi pada masa yang sama mereka dipuja dan disembah oleh yang tidak diketahui bahawa serpihan Alam Semesta yang aneh ini tersembunyi dalam diri mereka. Setuju, ditelan lubang hitam adalah satu perkara yang romantis. Dengan bantuan mereka, ia mungkin, dan mereka juga boleh menjadi panduan untuk kita.

Akhbar kuning sering membuat spekulasi mengenai populariti lubang hitam. Mencari tajuk utama dalam akhbar berkaitan dengan akhir dunia akibat satu lagi perlanggaran dengan lubang hitam supermasif tidak menjadi masalah. Lebih buruk lagi ialah sebahagian penduduk yang buta huruf menganggap segala-galanya dengan serius dan menimbulkan panik yang nyata. Untuk memberikan sedikit kejelasan, kami akan melakukan perjalanan ke asal-usul penemuan lubang hitam dan cuba memahami apa itu dan cara merawatnya.

Bintang yang tidak kelihatan

Kebetulan ahli fizik moden menerangkan struktur Alam Semesta kita menggunakan teori relativiti, yang Einstein berikan dengan teliti kepada manusia pada awal abad ke-20. Lubang hitam menjadi lebih misteri, pada ufuk peristiwa di mana semua undang-undang fizik yang kita ketahui, termasuk teori Einstein, tidak lagi digunakan. Bukankah ini indah? Di samping itu, andaian tentang kewujudan lubang hitam telah dinyatakan jauh sebelum Einstein sendiri dilahirkan.

Pada tahun 1783 terdapat peningkatan yang ketara dalam aktiviti saintifik di England. Pada zaman itu, sains berdampingan dengan agama, mereka bergaul dengan baik, dan saintis tidak lagi dianggap sesat. Lebih-lebih lagi, paderi terlibat dalam penyelidikan saintifik. Salah seorang hamba Tuhan ini ialah paderi Inggeris John Michell, yang tidak hanya bertanya-tanya tentang persoalan kewujudan, tetapi juga masalah saintifik sepenuhnya. Michell adalah seorang saintis yang sangat bergelar: pada mulanya beliau adalah seorang guru matematik dan linguistik purba di salah sebuah kolej, dan selepas itu beliau diterima masuk ke Royal Society of London untuk beberapa penemuan.

John Michell mempelajari seismologi, tetapi pada masa lapang dia suka berfikir tentang yang kekal dan kosmos. Beginilah dia mendapat idea bahawa di suatu tempat di kedalaman Alam Semesta mungkin terdapat jasad supermasif dengan graviti yang begitu kuat sehingga untuk mengatasi daya graviti jasad tersebut perlu bergerak pada kelajuan yang sama atau lebih tinggi. daripada kelajuan cahaya. Jika kita menerima teori sedemikian sebagai benar, maka cahaya pun tidak akan dapat mengembangkan halaju kosmik kedua (kelajuan yang diperlukan untuk mengatasi tarikan graviti jasad yang meninggalkan), jadi jasad tersebut akan kekal tidak dapat dilihat dengan mata kasar.

Michell memanggil teori barunya "bintang gelap," dan pada masa yang sama cuba mengira jisim objek tersebut. Beliau menyatakan pemikirannya mengenai perkara ini dalam surat terbuka kepada Royal Society of London. Malangnya, pada zaman itu penyelidikan sedemikian tidak mempunyai nilai khusus untuk sains, jadi surat Michell dihantar ke arkib. Hanya dua ratus tahun kemudian, pada separuh kedua abad ke-20, ia ditemui di antara beribu-ribu rekod lain yang disimpan dengan teliti di perpustakaan purba.

Bukti saintifik pertama untuk kewujudan lubang hitam

Selepas Teori Relativiti Umum Einstein diterbitkan, ahli matematik dan fizik mula serius menyelesaikan persamaan yang dikemukakan oleh saintis Jerman, yang sepatutnya memberitahu kita banyak perkara baru tentang struktur Alam Semesta. Ahli astronomi dan fizik Jerman Karl Schwarzschild memutuskan untuk melakukan perkara yang sama pada tahun 1916.

Para saintis, menggunakan pengiraannya, membuat kesimpulan bahawa kewujudan lubang hitam adalah mungkin. Beliau juga adalah orang pertama yang menerangkan apa yang kemudiannya dipanggil frasa romantik "ufuk peristiwa" - sempadan khayalan ruang-masa di lubang hitam, selepas menyeberangi yang tiada titik kembali. Tiada apa yang akan terlepas dari ufuk peristiwa, walaupun cahaya. Ia di luar ufuk peristiwa bahawa apa yang dipanggil "ketunggalan" berlaku, di mana undang-undang fizik yang kita ketahui tidak lagi terpakai.

Terus mengembangkan teorinya dan menyelesaikan persamaan, Schwarzschild menemui rahsia baru lubang hitam untuk dirinya dan dunia. Oleh itu, dia dapat, semata-mata di atas kertas, mengira jarak dari pusat lubang hitam, di mana jisimnya tertumpu, ke ufuk peristiwa. Schwarzschild memanggil jarak ini sebagai jejari graviti.

Walaupun fakta bahawa secara matematik, penyelesaian Schwarzschild adalah sangat betul dan tidak dapat disangkal, komuniti saintifik pada awal abad ke-20 tidak dapat menerima penemuan yang begitu mengejutkan, dan kewujudan lubang hitam telah dihapuskan sebagai fantasi, yang muncul setiap kali. sekarang dan kemudian dalam teori relativiti. Untuk satu setengah dekad yang akan datang, penerokaan angkasa lepas untuk kehadiran lubang hitam adalah perlahan, dan hanya beberapa penganut teori ahli fizik Jerman yang terlibat di dalamnya.

Bintang melahirkan kegelapan

Selepas persamaan Einstein disusun menjadi kepingan, sudah tiba masanya untuk menggunakan kesimpulan yang dibuat untuk memahami struktur Alam Semesta. Khususnya, dalam teori evolusi bintang. Bukan rahsia bahawa dalam dunia kita tiada apa yang kekal selama-lamanya. Malah bintang mempunyai kitaran hidup mereka sendiri, walaupun lebih lama daripada seseorang.

Salah seorang saintis pertama yang berminat dengan evolusi bintang adalah ahli astrofizik muda Subramanyan Chandrasekhar, yang berasal dari India. Pada tahun 1930, beliau menerbitkan karya saintifik yang menggambarkan struktur dalaman bintang yang sepatutnya, serta kitaran hidup mereka.

Sudah pada permulaan abad ke-20, saintis meneka tentang fenomena seperti mampatan graviti (keruntuhan graviti). Pada titik tertentu dalam hidupnya, bintang mula menguncup pada kelajuan yang luar biasa di bawah pengaruh daya graviti. Sebagai peraturan, ini berlaku pada saat kematian bintang, tetapi semasa keruntuhan graviti terdapat beberapa cara untuk meneruskan kewujudan bola panas.

Penasihat saintifik Chandrasekhar, Ralph Fowler, seorang ahli fizik teori yang dihormati pada zamannya, mengandaikan bahawa semasa keruntuhan graviti mana-mana bintang berubah menjadi lebih kecil dan lebih panas - kerdil putih. Tetapi ternyata pelajar itu "memecahkan" teori guru, yang dikongsi oleh kebanyakan ahli fizik pada awal abad yang lalu. Menurut karya seorang pemuda India, kematian bintang bergantung pada jisim awalnya. Sebagai contoh, hanya bintang yang jisimnya tidak melebihi 1.44 kali jisim Matahari boleh menjadi kerdil putih. Nombor ini dipanggil had Chandrasekhar. Jika jisim bintang melebihi had ini, maka ia mati dengan cara yang sama sekali berbeza. Di bawah keadaan tertentu, bintang seperti itu pada saat kematian boleh dilahirkan semula menjadi bintang neutron baharu - satu lagi misteri Alam Semesta moden. Teori relativiti memberitahu kita pilihan lain - pemampatan bintang kepada nilai ultra-kecil, dan di sinilah keseronokan bermula.

Pada tahun 1932, satu artikel muncul dalam salah satu jurnal saintifik di mana ahli fizik cemerlang dari USSR Lev Landau mencadangkan bahawa semasa keruntuhan bintang supermasif dimampatkan menjadi titik dengan jejari yang sangat kecil dan jisim tak terhingga. Walaupun fakta bahawa peristiwa seperti itu sangat sukar untuk dibayangkan dari sudut pandangan orang yang tidak bersedia, Landau tidak jauh dari kebenaran. Ahli fizik juga mencadangkan bahawa, mengikut teori relativiti, graviti pada titik sedemikian akan menjadi sangat hebat sehingga ia akan mula memesongkan ruang-masa.

Ahli astrofizik menyukai teori Landau, dan mereka terus mengembangkannya. Pada tahun 1939, di Amerika, terima kasih kepada usaha dua ahli fizik - Robert Oppenheimer dan Hartland Snyder - satu teori muncul yang menggambarkan secara terperinci bintang supermasif pada masa runtuh. Akibat peristiwa sebegitu, lubang hitam sebenar sepatutnya muncul. Walaupun hujah-hujah yang meyakinkan, saintis terus menafikan kemungkinan kewujudan badan-badan tersebut, serta perubahan bintang ke dalamnya. Malah Einstein menjauhkan diri daripada idea ini, mempercayai bahawa bintang tidak mampu melakukan transformasi fenomenal tersebut. Ahli fizik lain tidak berhemat pada kenyataan mereka, memanggil kemungkinan peristiwa sedemikian tidak masuk akal.
Walau bagaimanapun, sains sentiasa mencapai kebenaran, anda hanya perlu menunggu sedikit. Dan begitulah ia berlaku.

Objek paling terang di Alam Semesta

Dunia kita adalah himpunan paradoks. Kadang-kadang perkara wujud bersama di dalamnya, kewujudan bersama yang menentang sebarang logik. Sebagai contoh, istilah "lubang hitam" tidak akan dikaitkan oleh orang biasa dengan ungkapan "sangat terang", tetapi penemuan pada awal 60-an abad yang lalu membenarkan saintis menganggap pernyataan ini tidak betul.

Dengan bantuan teleskop, ahli astrofizik dapat menemui objek yang tidak diketahui di langit berbintang, yang berkelakuan sangat aneh walaupun pada hakikatnya ia kelihatan seperti bintang biasa. Semasa mengkaji tokoh-tokoh aneh ini, saintis Amerika Martin Schmidt menarik perhatian kepada spektrografi mereka, data yang menunjukkan hasil yang berbeza daripada mengimbas bintang lain. Ringkasnya, bintang-bintang ini tidak seperti orang lain yang biasa kita lihat.

Tiba-tiba Schmidt menyilaukan, dan dia perasan perubahan dalam spektrum dalam julat merah. Ternyata objek-objek ini jauh lebih jauh daripada kita daripada bintang-bintang yang biasa kita amati di langit. Sebagai contoh, objek yang diperhatikan oleh Schmidt terletak dua setengah bilion tahun cahaya dari planet kita, tetapi bersinar terang seperti bintang kira-kira ratus tahun cahaya jauhnya. Ternyata cahaya dari satu objek sedemikian adalah setanding dengan kecerahan keseluruhan galaksi. Penemuan ini merupakan satu kejayaan sebenar dalam astrofizik. Para saintis memanggil objek ini "quasi-stellar" atau hanya "quasar".

Martin Schmidt terus mengkaji objek baru dan mendapati bahawa cahaya terang seperti itu hanya boleh disebabkan oleh satu sebab - pertambahan. Pertambahan ialah proses penyerapan jirim sekeliling oleh jasad supermasif menggunakan graviti. Para saintis membuat kesimpulan bahawa di tengah-tengah quasar terdapat lubang hitam yang besar, yang dengan kekuatan yang luar biasa menarik perkara yang mengelilinginya di angkasa. Apabila lubang menyerap bahan, zarah-zarah memecut ke kelajuan yang sangat besar dan mula bercahaya. Sejenis kubah bercahaya di sekeliling lubang hitam dipanggil cakera pertambahan. Visualisasinya ditunjukkan dengan baik dalam filem Interstellar karya Christopher Nolan, yang menimbulkan banyak persoalan: "bagaimana lubang hitam boleh bersinar?"

Sehingga kini, saintis telah menemui beribu-ribu quasar di langit berbintang. Objek yang aneh dan sangat terang ini dipanggil suar Alam Semesta. Mereka membolehkan kita membayangkan struktur kosmos dengan lebih baik sedikit dan lebih dekat dengan saat dari mana semuanya bermula.

Walaupun ahli astrofizik telah menerima bukti tidak langsung selama bertahun-tahun tentang kewujudan objek tidak kelihatan supermasif di Alam Semesta, istilah "lubang hitam" tidak wujud sehingga tahun 1967. Untuk mengelakkan nama yang rumit, ahli fizik Amerika John Archibald Wheeler mencadangkan untuk memanggil objek sedemikian sebagai "lubang hitam." Kenapa tidak? Sedikit sebanyak mereka berwarna hitam, kerana kita tidak dapat melihatnya. Selain itu, mereka menarik segala-galanya, anda boleh jatuh ke dalamnya, sama seperti ke dalam lubang sebenar. Dan menurut undang-undang fizik moden, adalah mustahil untuk keluar dari tempat sedemikian. Walau bagaimanapun, Stephen Hawking mendakwa bahawa apabila mengembara melalui lubang hitam, anda boleh sampai ke Alam Semesta lain, dunia lain, dan ini adalah harapan.

Takut Infiniti

Disebabkan oleh misteri dan romantik lubang hitam yang berlebihan, objek ini telah menjadi kisah seram sebenar di kalangan orang. Akhbar tabloid suka membuat spekulasi mengenai buta huruf penduduk, menerbitkan cerita yang menakjubkan tentang bagaimana lubang hitam besar bergerak ke arah Bumi kita, yang akan memakan sistem Suria dalam beberapa jam, atau hanya mengeluarkan gelombang gas toksik ke arah planet kita. .

Topik memusnahkan planet dengan bantuan Large Hadron Collider, yang dibina di Eropah pada tahun 2006 di wilayah Majlis Penyelidikan Nuklear Eropah (CERN), sangat popular. Gelombang panik bermula sebagai jenaka bodoh seseorang, tetapi berkembang seperti bola salji. Seseorang memulakan khabar angin bahawa lubang hitam boleh terbentuk dalam pemecut zarah pelanggar, yang akan menelan planet kita sepenuhnya. Sudah tentu, orang yang marah mula menuntut larangan terhadap eksperimen di LHC, takut akan hasil peristiwa ini. Mahkamah Eropah mula menerima tindakan undang-undang yang menuntut pelanggar itu ditutup dan saintis yang menciptanya menghukum sepenuhnya undang-undang.

Malah, ahli fizik tidak menafikan bahawa apabila zarah berlanggar dalam Large Hadron Collider, objek yang serupa dengan sifat lubang hitam boleh timbul, tetapi saiznya berada pada tahap saiz zarah asas, dan "lubang" sedemikian wujud untuk seperti itu. masa yang singkat sehingga kita tidak dapat merakam kejadian mereka.

Salah seorang pakar utama yang cuba menghilangkan gelombang kejahilan di hadapan orang ramai ialah Stephen Hawking, seorang ahli fizik teori terkenal yang, lebih-lebih lagi, dianggap sebagai "guru" sebenar mengenai lubang hitam. Hawking membuktikan bahawa lubang hitam tidak selalu menyerap cahaya yang muncul dalam cakera pertambahan, dan sebahagian daripadanya bertaburan ke angkasa. Fenomena ini dipanggil radiasi Hawking, atau penyejatan lubang hitam. Hawking juga mewujudkan hubungan antara saiz lubang hitam dan kadar "penyejatan" - semakin kecil, semakin sedikit masa ia wujud. Ini bermakna semua lawan Large Hadron Collider tidak perlu risau: lubang hitam di dalamnya tidak akan dapat bertahan walaupun sepersejuta saat.

Teori tidak terbukti dalam amalan

Malangnya, teknologi manusia pada peringkat pembangunan ini tidak membenarkan kita menguji kebanyakan teori yang dibangunkan oleh ahli astrofizik dan saintis lain. Di satu pihak, kewujudan lubang hitam telah dibuktikan dengan agak meyakinkan di atas kertas dan disimpulkan menggunakan formula di mana semuanya sesuai dengan setiap pembolehubah. Sebaliknya, dalam amalan kita masih belum dapat melihat lubang hitam sebenar dengan mata kita sendiri.

Di sebalik semua perselisihan pendapat, ahli fizik mencadangkan bahawa di tengah-tengah setiap galaksi terdapat lubang hitam supermasif, yang mengumpulkan bintang-bintang ke dalam kelompok dengan gravitinya dan memaksa mereka untuk mengelilingi Alam Semesta dalam sebuah syarikat yang besar dan mesra. Dalam galaksi Bima Sakti kita, mengikut pelbagai anggaran, terdapat antara 200 hingga 400 bilion bintang. Semua bintang ini mengorbit sesuatu yang mempunyai jisim yang sangat besar, sesuatu yang tidak dapat kita lihat dengan teleskop. Kemungkinan besar ia adalah lubang hitam. Patutkah kita takut kepadanya? – Tidak, sekurang-kurangnya tidak dalam beberapa bilion tahun akan datang, tetapi kita boleh membuat satu lagi filem menarik mengenainya.