Svart hull: hva er inni? Interessante fakta og forskning. Hva er et svart hull

24. januar 2013

Av alle de hypotetiske objektene i universet som er forutsagt av vitenskapelige teorier, gjør svarte hull det mest skumle inntrykket. Og selv om antakelser om deres eksistens begynte å bli gjort nesten halvannet århundre før Einsteins publisering av den generelle relativitetsteorien, har overbevisende bevis på virkeligheten av deres eksistens blitt oppnådd ganske nylig.

La oss starte med hvordan generell relativitetsteori tar opp spørsmålet om tyngdekraftens natur. Newtons lov om universell gravitasjon sier at mellom to massive kropper i universet er det en kraft av gjensidig tiltrekning. På grunn av denne gravitasjonskraften, roterer jorden rundt solen. Generell relativitetsteori tvinger oss til å se annerledes på Sol-Jord-systemet. I følge denne teorien, i nærvær av et så massivt himmellegeme som Solen, kollapser rom-tid så å si under vekten, og ensartetheten til stoffet blir forstyrret. Se for deg en elastisk trampoline som ligger en tung ball på (for eksempel fra en bowlinghall). Det strakte stoffet synker under vekten, og skaper en sjeldenhet rundt. På samme måte skyver solen rom-tiden rundt seg selv.

I følge dette bildet ruller jorden ganske enkelt rundt den resulterende trakten (bortsett fra at en liten ball som ruller rundt en tung en på en trampoline uunngåelig vil miste fart og spiral mot en stor). Og det vi vanligvis oppfatter som tyngdekraften i vårt daglige liv er heller ikke noe mer enn en endring i geometrien til rom-tid, og ikke en kraft i newtonsk forstand. Til dags dato er det ikke funnet opp en mer vellykket forklaring på tyngdekraftens natur enn den generelle relativitetsteorien gir oss.

Tenk deg nå hva som skjer hvis vi, innenfor rammen av det foreslåtte bildet, øker og øker massen til en tung ball, uten å øke dens fysiske dimensjoner? Ved å være absolutt elastisk vil trakten bli dypere til dens øvre kanter konvergerer et sted høyt over den helt tyngre ballen, og deretter slutter den rett og slett å eksistere når den ses fra overflaten. I det virkelige universet, etter å ha samlet en tilstrekkelig masse og tetthet av materie, slår objektet en rom-tidsfelle rundt seg selv, stoffet til rom-tid lukkes, og det mister kontakten med resten av universet, og blir usynlig for det. Slik skapes et sort hull.

Schwarzschild og hans samtidige mente at slike merkelige kosmiske objekter ikke eksisterer i naturen. Einstein selv holdt seg ikke bare til dette synspunktet, men trodde også feilaktig at han klarte å underbygge sin mening matematisk.

På 1930-tallet beviste en ung indisk astrofysiker, Chandrasekhar, at en stjerne som har brukt sitt kjernebrensel, kaster skallet og blir til en sakte avkjølende hvit dverg bare hvis massen er mindre enn 1,4 solmasser. Snart gjettet amerikaneren Fritz Zwicky at ekstremt tette kropper av nøytronmateriale oppstår i supernovaeksplosjoner; Senere kom Lev Landau til samme konklusjon. Etter arbeidet til Chandrasekhar var det åpenbart at bare stjerner med en masse større enn 1,4 solmasser kunne gjennomgå en slik utvikling. Derfor oppsto et naturlig spørsmål – finnes det en øvre massegrense for supernovaer som nøytronstjerner etterlater seg?

På slutten av 1930-tallet slo den fremtidige faren til den amerikanske atombomben, Robert Oppenheimer, fast at en slik grense faktisk eksisterer og ikke overskrider flere solmasser. Det var da ikke mulig å gi en mer presis vurdering; det er nå kjent at massene til nøytronstjerner må være i området 1,5-3 Ms. Men selv fra de omtrentlige beregningene til Oppenheimer og hans doktorgradsstudent George Volkov, fulgte det at de mest massive etterkommerne av supernovaer ikke blir nøytronstjerner, men går inn i en annen tilstand. I 1939 beviste Oppenheimer og Hartland Snyder i en idealisert modell at en massiv kollapsende stjerne trekker seg sammen til sin gravitasjonsradius. Av formlene deres følger det faktisk at stjernen ikke stopper der, men medforfatterne avsto fra en så radikal konklusjon.

09.07.1911 - 13.04.2008

Det endelige svaret ble funnet i andre halvdel av det 20. århundre ved innsatsen til en galakse av strålende teoretiske fysikere, inkludert sovjetiske. Det viste seg at en slik kollaps alltid komprimerer stjernen "opp til stoppet", og ødelegger substansen fullstendig. Som et resultat oppstår en singularitet, et "superkonsentrat" av gravitasjonsfeltet, lukket i et uendelig lite volum. For et fast hull er dette et punkt, for et roterende hull er det en ring. Krumningen av rom-tid og, følgelig, tyngdekraften nær singulariteten har en tendens til uendelig. På slutten av 1967 var den amerikanske fysikeren John Archibald Wheeler den første som kalte en slik endelig stjernekollaps et svart hull. Det nye begrepet ble forelsket i fysikere og glade journalister som spredte det over hele verden (selv om franskmennene ikke likte det først, fordi uttrykket trou noir antydet tvilsomme assosiasjoner).

Den viktigste egenskapen til et sort hull er at uansett hva som kommer inn i det, vil det ikke komme tilbake. Dette gjelder til og med lys, og derfor får sorte hull navnet sitt: en kropp som absorberer alt lyset som faller på den og ikke sender ut sitt eget, fremstår som helt svart. I følge generell relativitetsteori, hvis et objekt nærmer seg sentrum av et sort hull i en kritisk avstand - denne avstanden kalles Schwarzschild-radius - kan den aldri gå tilbake. (Den tyske astronomen Karl Schwarzschild (1873-1916) i de siste årene av sitt liv, ved å bruke ligningene til Einsteins generelle relativitetsteori, beregnet gravitasjonsfeltet rundt en masse på null volum.) For massen til solen, Schwarzschild radius er 3 km, det vil si for å gjøre vår Solen til et svart hull, må du kondensere hele massen til størrelsen på en liten by!

Innenfor Schwarzschild-radiusen forutsier teorien enda merkeligere fenomener: all materie i et sort hull samles til et uendelig lite punkt med uendelig tetthet helt i sentrum - matematikere kaller et slikt objekt en enestående forstyrrelse. Ved uendelig tetthet opptar enhver endelig masse av materie, matematisk sett, null romlig volum. Hvorvidt dette fenomenet virkelig oppstår inne i et sort hull, kan vi selvfølgelig ikke eksperimentelt verifisere, siden alt som har falt innenfor Schwarzschild-radiusen ikke kommer tilbake.

Når vi ikke har muligheten til å "se" et sort hull i tradisjonell forstand av ordet "se", kan vi likevel oppdage dets tilstedeværelse ved indirekte tegn på påvirkningen fra dets supermektige og helt uvanlige gravitasjonsfelt på saken rundt. den.

Supermassive sorte hull

I sentrum av Melkeveien vår og andre galakser er et utrolig massivt svart hull millioner av ganger tyngre enn Solen. Disse supermassive sorte hullene (som de kalles) ble oppdaget ved å observere arten av bevegelsen til interstellar gass nær sentrum av galakser. Gassene, etter observasjonene å dømme, roterer i nær avstand fra det supermassive objektet, og enkle beregninger som bruker Newtons mekanikklover viser at objektet som tiltrekker dem, med en mager diameter, har en monstrøs masse. Bare et svart hull kan snurre den interstellare gassen i sentrum av galaksen på denne måten. Faktisk har astrofysikere allerede funnet dusinvis av slike massive sorte hull i sentrum av våre nabogalakser, og de mistenker sterkt at sentrum av enhver galakse er et svart hull.

Sorte hull med stjernemasse

I følge vår nåværende forståelse av utviklingen av stjerner, når en stjerne med en masse større enn omtrent 30 solmasser dør i en supernovaeksplosjon, flyr dets ytre skall fra hverandre, og de indre lagene kollapser raskt mot midten og danner et svart hull i stedet for stjernen som har brukt opp drivstoffreservene. Det er praktisk talt umulig å identifisere et sort hull av denne opprinnelsen isolert i det interstellare rommet, siden det befinner seg i et sjeldne vakuum og ikke manifesterer seg på noen måte når det gjelder gravitasjonsinteraksjoner. Men hvis et slikt hull var en del av et dobbeltstjernesystem (to varme stjerner som kretser rundt massesenteret deres), ville det svarte hullet fortsatt ha en gravitasjonseffekt på partnerstjernen. Astronomer i dag har mer enn et dusin kandidater for rollen som stjernesystemer av denne typen, selv om det ikke er innhentet strenge bevis for noen av dem.

I et binært system med et sort hull i sammensetningen vil saken om en "levende" stjerne uunngåelig "flyte" i retning av det sorte hullet. Og materien som suges ut av det sorte hullet vil spinne i en spiral når den faller ned i det sorte hullet, og forsvinner når den krysser Schwarzschild-radiusen. Når man nærmer seg den dødelige grensen, vil imidlertid stoffet som suges inn i trakten til det sorte hullet uunngåelig kondensere og varmes opp på grunn av hyppigere kollisjoner mellom partiklene som absorberes av hullet, inntil det varmes opp til strålingsenergiene til bølgene i hullet. Røntgenområde for det elektromagnetiske strålingsspekteret. Astronomer kan måle frekvensen av endringer i intensiteten til røntgenstråler av denne typen og beregne, ved å sammenligne den med andre tilgjengelige data, den omtrentlige massen til et objekt som "trekker" materie til seg selv. Hvis massen til et objekt overskrider Chandrasekhar-grensen (1,4 solmasser), kan ikke dette objektet være en hvit dverg, som lyset vårt er bestemt til å degenerere til. I de fleste tilfeller av observerte observasjoner av slike doble røntgenstjerner er en nøytronstjerne et massivt objekt. Imidlertid har det allerede vært mer enn et dusin tilfeller der den eneste rimelige forklaringen er tilstedeværelsen av et sort hull i et dobbeltstjernesystem.

Alle andre typer sorte hull er mye mer spekulative og basert utelukkende på teoretisk forskning - det er ingen eksperimentell bekreftelse på deres eksistens i det hele tatt. For det første er dette svarte minihull med en masse som kan sammenlignes med massen til et fjell og komprimert til radiusen til et proton. Ideen om deres opprinnelse i det innledende stadiet av dannelsen av universet umiddelbart etter Big Bang ble foreslått av den engelske kosmologen Stephen Hawking (se The Hidden Principle of Time Irreversibility). Hawking foreslo at eksplosjoner av minihull kunne forklare det virkelig mystiske fenomenet med meislede utbrudd av gammastråler i universet. For det andre forutsier noen teorier om elementærpartikler eksistensen i universet – på mikronivå – av en ekte sil av sorte hull, som er et slags skum fra universets søppel. Diameteren til slike mikrohull er visstnok omtrent 10-33 cm - de er milliarder av ganger mindre enn et proton. For øyeblikket har vi ingen forhåpninger om en eksperimentell verifisering av selve faktumet om eksistensen av slike sorte hull-partikler, for ikke å nevne, for på en eller annen måte å undersøke egenskapene deres.

Og hva vil skje med observatøren hvis han plutselig befinner seg på den andre siden av gravitasjonsradiusen, ellers kalt hendelseshorisonten. Her begynner den mest fantastiske egenskapen til sorte hull. Ikke forgjeves, når vi snakker om sorte hull, vi har alltid nevnt tid, eller rettere sagt rom-tid. I følge Einsteins relativitetsteori, jo raskere en kropp beveger seg, jo større blir dens masse, men jo langsommere begynner tiden å gå! Ved lave hastigheter under normale forhold er denne effekten umerkelig, men hvis kroppen (romskipet) beveger seg med en hastighet nær lysets hastighet, øker massen, og tiden går ned! Når kroppens hastighet er lik lysets hastighet, blir massen til uendelig, og tiden stopper! Dette er bevist av strenge matematiske formler. La oss gå tilbake til det sorte hullet. Se for deg en fantastisk situasjon når et romskip med astronauter om bord nærmer seg gravitasjonsradiusen eller hendelseshorisonten. Det er tydelig at hendelseshorisonten heter slik fordi vi kan observere alle hendelser (observere noe generelt) bare opp til denne grensen. At vi ikke er i stand til å observere denne grensen. Men å være inne i et skip som nærmer seg et svart hull, vil astronautene føle det samme som før, fordi. i følge klokken deres vil tiden gå "normalt". Romfartøyet vil rolig krysse hendelseshorisonten og gå videre. Men siden hastigheten vil være nær lysets hastighet, vil romfartøyet nå sentrum av det sorte hullet, bokstavelig talt, på et øyeblikk.

Og for en ekstern observatør vil romfartøyet ganske enkelt stoppe ved hendelseshorisonten, og vil bli der nesten for alltid! Slik er paradokset med sorte hulls kolossale tyngdekraft. Spørsmålet er naturlig, men vil astronautene som går til det uendelige i henhold til klokken til en ekstern observatør forbli i live. Nei. Og poenget ligger slett ikke i den enorme gravitasjonen, men i tidevannskreftene, som i et så lite og massivt legeme varierer veldig på små avstander. Med veksten til en astronaut 1 m 70 cm, vil tidevannskreftene ved hodet hans være mye mindre enn ved føttene, og han vil rett og slett bli revet i stykker allerede ved begivenhetshorisonten. Så vi har funnet ut generelt sett hva sorte hull er, men så langt har vi snakket om sorte hull med stjernemasse. For tiden har astronomer klart å oppdage supermassive sorte hull, hvis masse kan være en milliard soler! Supermassive sorte hull skiller seg ikke i egenskaper fra sine mindre kolleger. De er bare mye mer massive og ligger som regel i sentrum av galakser - stjerneøyene i universet. Det er også et supermassivt sort hull i sentrum av galaksen vår (Melkeveien). Den kolossale massen til slike sorte hull vil gjøre det mulig å søke etter dem ikke bare i vår galakse, men også i sentrene til fjerne galakser som ligger i en avstand på millioner og milliarder av lysår fra Jorden og Solen. Europeiske og amerikanske forskere gjennomførte et globalt søk etter supermassive sorte hull, som ifølge moderne teoretiske beregninger skal være plassert i sentrum av hver galakse.

Moderne teknologi gjør det mulig å oppdage tilstedeværelsen av disse kollapsarene i nabogalakser, men svært få er funnet. Dette betyr at enten gjemmer sorte hull seg i tette gass- og støvskyer i den sentrale delen av galakser, eller så befinner de seg i fjernere hjørner av universet. Så svarte hull kan oppdages av røntgenstråler som sendes ut under akkresjonen av materie på dem, og for å foreta en telling av slike kilder, ble satellitter med røntgenteleskoper om bord skutt inn i verdensrommet nær jorden. Romobservatoriene Chandra og Rossi leter etter røntgenkilder og har oppdaget at himmelen er fylt med røntgenbakgrunnsstråling, og er millioner av ganger lysere enn i synlige stråler. Mye av denne bakgrunnsrøntgenstrålingen fra himmelen må komme fra sorte hull. Vanligvis innen astronomi snakker de om tre typer sorte hull. Det første er sorte hull med stjernemasse (omtrent 10 solmasser). De dannes fra massive stjerner når de går tom for fusjonsdrivstoff. Det andre er supermassive sorte hull i sentrum av galakser (masser fra en million til milliarder av solmasser). Og til slutt dannet de opprinnelige sorte hullene i begynnelsen av universets liv, hvis masse er små (i størrelsesorden massen til en stor asteroide). Dermed forblir et stort spekter av mulige sorte hullmasser ufylt. Men hvor er disse hullene? Når de fyller rommet med røntgenstråler, ønsker de likevel ikke å vise sitt sanne "ansikt". Men for å bygge en klar teori om sammenhengen mellom bakgrunnsrøntgenstrålingen og sorte hull, er det nødvendig å vite antallet. For øyeblikket har romteleskoper vært i stand til å oppdage bare et lite antall supermassive sorte hull, hvis eksistens kan anses som bevist. Indirekte bevis gjør det mulig å bringe antallet observerbare sorte hull som er ansvarlige for bakgrunnsstråling til 15 %. Vi må anta at resten av de supermassive sorte hullene rett og slett gjemmer seg bak et tykt lag med støvskyer som bare lar høyenergetiske røntgenstråler passere eller er for langt unna for oppdagelse med moderne observasjonsmidler.

Supermassivt sort hull (nabolag) i sentrum av M87-galaksen (røntgenbilde). Et jetfly er synlig fra hendelseshorisonten. Bilde fra www.college.ru/astronomy

Letingen etter skjulte sorte hull er en av hovedoppgavene til moderne røntgenastronomi. De siste gjennombruddene på dette området, assosiert med forskning ved bruk av Chandra- og Rossi-teleskopene, dekker imidlertid bare lavenergiområdet til røntgenstråling - omtrent 2000-20.000 elektronvolt (til sammenligning er energien til optisk stråling omtrent 2 elektronvolt). volt). Betydelige endringer i disse studiene kan gjøres av det europeiske romteleskopet Integral, som er i stand til å trenge inn i det fortsatt utilstrekkelig studerte området av røntgenstråling med en energi på 20 000-300 000 elektronvolt. Viktigheten av å studere denne typen røntgenstråler ligger i det faktum at selv om røntgenbakgrunnen til himmelen har lav energi, vises flere topper (punkter) av stråling med en energi på rundt 30 000 elektronvolt mot denne bakgrunnen. Forskere har ennå ikke avklart mysteriet om hva som genererer disse toppene, og Integral er det første teleskopet som er følsomt nok til å finne slike røntgenkilder. I følge astronomer gir høyenergistråler opphav til de såkalte Compton-tykke objektene, det vil si supermassive sorte hull innhyllet i et støvskall. Det er Compton-objektene som er ansvarlige for røntgentoppene på 30 000 elektronvolt i bakgrunnsstrålingsfeltet.

Men ved å fortsette sin forskning, kom forskerne til den konklusjonen at Compton-objekter utgjør bare 10 % av antallet sorte hull som skulle skape høyenergitopper. Dette er et alvorlig hinder for videre utvikling av teorien. Betyr dette at de manglende røntgenstrålene ikke leveres av Compton-tykke, men av vanlige supermassive sorte hull? Så hva med støvskjermer for lavenergi røntgen.? Svaret ser ut til å ligge i det faktum at mange sorte hull (Compton-objekter) har hatt nok tid til å absorbere all gassen og støvet som omsluttet dem, men før det hadde de muligheten til å erklære seg med høyenergirøntgen. Etter å ha absorbert all materie, har slike sorte hull allerede vist seg ute av stand til å generere røntgenstråler ved hendelseshorisonten. Det blir klart hvorfor disse sorte hullene ikke kan oppdages, og det blir mulig å tilskrive de manglende kildene til bakgrunnsstråling til deres konto, siden selv om det sorte hullet ikke lenger stråler, fortsetter strålingen som tidligere er skapt av det å reise gjennom universet. Det er imidlertid fullt mulig at de manglende sorte hullene er mer skjult enn astronomer antyder, så bare fordi vi ikke kan se dem, betyr det ikke at de ikke eksisterer. Det er bare det at vi ikke har nok observasjonskraft til å se dem. I mellomtiden planlegger NASA-forskere å utvide søket etter skjulte sorte hull enda lenger inn i universet. Det er der den undersjøiske delen av isfjellet ligger, mener de. I løpet av få måneder vil det bli utført forskning som en del av Swift-oppdraget. Penetrering inn i det dype universet vil avsløre skjulte sorte hull, finne den manglende lenken for bakgrunnsstrålingen og kaste lys over deres aktivitet i universets tidlige æra.

Noen sorte hull antas å være mer aktive enn sine rolige naboer. Aktive sorte hull absorberer det omkringliggende stoffet, og hvis en "gapless" stjerne som flyr forbi kommer inn i tyngdekraften, vil den helt sikkert bli "spist" på den mest barbariske måten (revet i filler). Absorbert materiale, som faller ned i et sort hull, varmes opp til enorme temperaturer, og opplever et glimt i gamma-, røntgen- og ultrafiolettområdet. Det er også et supermassivt sort hull i sentrum av Melkeveien, men det er vanskeligere å studere enn hull i tilstøtende eller til og med fjerne galakser. Dette skyldes den tette veggen av gass og støv som kommer i veien for sentrum av galaksen vår, fordi solsystemet ligger nesten på kanten av den galaktiske skiven. Derfor er observasjoner av svart hulls aktivitet mye mer effektive for de galaksene hvis kjerne er godt synlig. Da de observerte en av de fjerne galaksene, som ligger i stjernebildet Boötes i en avstand på 4 milliarder lysår, klarte astronomer for første gang å spore fra begynnelsen og nesten til slutten prosessen med absorpsjon av en stjerne av et supermassivt sort hull . I tusenvis av år lå denne gigantiske kollapseren stille i sentrum av en navnløs elliptisk galakse til en av stjernene våget å komme nærme nok den.

Den kraftige gravitasjonen til det sorte hullet rev stjernen fra hverandre. Klumper av materie begynte å falle ned i det sorte hullet, og da de nådde hendelseshorisonten, blusset de sterkt i det ultrafiolette området. Disse faklene ble fanget opp av det nye romteleskopet NASA Galaxy Evolution Explorer, som studerer himmelen i ultrafiolett lys. Teleskopet fortsetter å observere oppførselen til det utmerkede objektet selv i dag, fordi måltidet til det sorte hullet er ennå ikke over, og restene av stjernen fortsetter å falle ned i tid og roms avgrunn. Observasjoner av slike prosesser vil etter hvert bidra til å bedre forstå hvordan sorte hull utvikler seg med deres foreldregalakser (eller omvendt, galakser utvikler seg med et moder-svart hull). Tidligere observasjoner viser at slike utskeielser ikke er uvanlige i universet. Forskere har beregnet at en stjerne i gjennomsnitt absorberes av et supermassivt sort hull i en typisk galakse én gang hvert 10.000. år, men siden det er et stort antall galakser, er det mulig å observere stjerneabsorpsjon mye oftere.

kilde

Sorte hull er et av de merkeligste fenomenene i universet. I alle fall på dette stadiet av menneskelig utvikling. Dette er et objekt med uendelig masse og tetthet, og derav tiltrekning, som selv lys ikke kan unnslippe - derfor er hullet svart. Et supermassivt sort hull kan trekke en hel galakse inn i seg selv og ikke kveles, og utover hendelseshorisonten begynner kjent fysikk å skrike og vri seg til en knute. På den annen side kan sorte hull bli potensielle overgangs-"burrows" fra en node i rommet til en annen. Spørsmålet er, hvor nærme kan vi komme et sort hull, og vil det få konsekvenser?

Det supermassive sorte hullet Sagittarius A*, som ligger i sentrum av galaksen vår, suger ikke bare objekter i nærheten, men kaster også ut kraftig radiostråling. Forskere har lenge prøvd å se disse strålene, men de ble forstyrret av det spredte lyset rundt hullet. Til slutt klarte de å bryte gjennom lysstøyen ved hjelp av 13 teleskoper, som ble kombinert til et enkelt kraftig system. Deretter oppdaget de interessant informasjon om tidligere mystiske stråler.

For noen dager siden, den 14. mars, forlot en av vår tids mest fremragende fysikere denne verden,

Et sort hull er et spesielt område i verdensrommet. Dette er en slags opphopning av svart materie, i stand til å trekke inn og absorbere andre objekter i rommet. Fenomenet sorte hull er fortsatt ikke . Alle tilgjengelige data er bare teorier og antakelser fra vitenskapelige astronomer.

Navnet «svart hull» ble introdusert av vitenskapsmannen J.A. Wheeler i 1968 ved Princeton University.

Det er en teori om at sorte hull er stjerner, men uvanlige, som nøytroner. Et sort hull er - - fordi det har en veldig høy lysstyrketetthet og sender absolutt ingen stråling. Derfor er den verken usynlig i infrarød, røntgenstråler eller radiostråler.

Denne situasjonen franske astronomen P. Laplace fortsatt 150 år før svarte hull. I følge hans argumenter, hvis den har en tetthet lik jordens tetthet, og en diameter som overstiger solens diameter med 250 ganger, tillater den ikke lysstrålene å forplante seg gjennom universet på grunn av tyngdekraften, og forblir derfor usynlig. Dermed antas det at sorte hull er de kraftigste utstrålende objektene i universet, men de har ikke en fast overflate.

Egenskaper til sorte hull

Alle påståtte egenskaper ved sorte hull er basert på relativitetsteorien, utledet på 1900-tallet av A. Einstein. Enhver tradisjonell tilnærming til studiet av dette fenomenet gir ingen overbevisende forklaring på fenomenet sorte hull.

Hovedegenskapen til et sort hull er evnen til å bøye tid og rom. Enhver bevegelig gjenstand som har falt inn i gravitasjonsfeltet vil uunngåelig bli trukket innover, fordi. i dette tilfellet dukker det opp en tett gravitasjonsvirvel, en slags trakt, rundt objektet. Samtidig transformeres også begrepet tid. Forskere, ved beregning, har fortsatt en tendens til å konkludere med at sorte hull ikke er himmellegemer i konvensjonell forstand. Dette er egentlig en slags hull, ormehull i tid og rom, som er i stand til å endre og komprimere det.

Et sort hull er et lukket område i rommet som materie komprimeres inn i og som ingenting kan unnslippe, ikke engang lys.

I følge astronomenes beregninger, med det kraftige gravitasjonsfeltet som eksisterer inne i sorte hull, kan ikke et eneste objekt forbli uskadd. Den vil umiddelbart bli revet i milliarder av biter før den i det hele tatt kommer inn. Dette utelukker imidlertid ikke muligheten for å utveksle partikler og informasjon med deres hjelp. Og hvis et sort hull har en masse som er minst en milliard ganger større enn massen til solen (supermassiv), så er det teoretisk mulig for objekter å bevege seg gjennom det uten å bli revet i stykker av tyngdekraften.

Selvfølgelig er dette bare teorier, fordi forskningen til forskere fortsatt er for langt unna å forstå hvilke prosesser og muligheter som skjuler sorte hull. Det er mulig at noe lignende kan skje i fremtiden.

Sorte hull - kanskje de mest mystiske og gåtefulle astronomiske objektene i universet vårt, har tiltrukket seg oppmerksomheten til forståsegpåere og pirret fantasien til science fiction-forfattere siden de ble oppdaget. Hva er sorte hull og hvordan ser de ut? Svarte hull er slukkede stjerner, på grunn av deres fysiske egenskaper, som har en så høy tetthet og så kraftig gravitasjon at selv lys ikke kan unnslippe dem.

Historien om oppdagelsen av sorte hull

For første gang ble den teoretiske eksistensen av sorte hull, lenge før deres faktiske oppdagelse, foreslått av noen D. Michel (en engelsk prest fra Yorkshire, som er glad i astronomi i ro og mak) tilbake i 1783. Ifølge beregningene hans, hvis vi tar vår og komprimerer den (på moderne dataspråk, arkiver den) til en radius på 3 km, dannes det en så stor (bare enorm) gravitasjonskraft at selv lys ikke kan forlate den. Dette er hvordan konseptet med et "svart hull" dukket opp, selv om det faktisk ikke er svart i det hele tatt, etter vår mening ville begrepet "mørkt hull" være mer passende, fordi det er nettopp fraværet av lys som finner sted.

Senere, i 1918, skrev den store vitenskapsmannen Albert Einstein om spørsmålet om sorte hull i sammenheng med relativitetsteorien. Men først i 1967, gjennom innsatsen til den amerikanske astrofysikeren John Wheeler, fikk konseptet svarte hull endelig en plass i akademiske sirkler.

Uansett, både D. Michel, Albert Einstein og John Wheeler i sine arbeider antok bare den teoretiske eksistensen av disse mystiske himmelobjektene i verdensrommet, men den sanne oppdagelsen av sorte hull fant sted i 1971, det var da at de først ble lagt merke til i verdensrommet.teleskop.

Slik ser et sort hull ut.

Hvordan dannes sorte hull i verdensrommet?

Som vi vet fra astrofysikk, har alle stjerner (inkludert vår sol) en begrenset mengde drivstoff. Og selv om livet til en stjerne kan vare milliarder av lysår, før eller senere slutter denne betingede tilførselen av drivstoff, og stjernen "slukner". Prosessen med "utryddelse" av en stjerne er ledsaget av intense reaksjoner, der stjernen gjennomgår en betydelig transformasjon og, avhengig av størrelsen, kan bli til en hvit dverg, en nøytronstjerne eller et svart hull. Dessuten blir de største stjernene, som har utrolig imponerende dimensjoner, vanligvis til et sort hull - på grunn av komprimeringen av disse mest utrolige størrelsene, skjer det en flerfoldig økning i massen og gravitasjonskraften til det nyopprettede sorte hullet, som blir til en en slags galaktisk støvsuger - absorberer alt og alt rundt seg.

Et svart hull svelger en stjerne.

Et lite notat - vår sol, etter galaktiske standarder, er ikke i det hele tatt en stor stjerne, og etter falming, som vil skje om noen få milliarder år, vil den mest sannsynlig ikke bli til et svart hull.

Men la oss være ærlige med deg - i dag kjenner forskere fortsatt ikke alle vanskelighetene ved dannelsen av et svart hull, utvilsomt er dette en ekstremt kompleks astrofysisk prosess, som i seg selv kan vare i millioner av lysår. Selv om det er mulig å bevege seg i denne retningen, kan deteksjon og påfølgende studie av de såkalte mellomliggende sorte hullene, det vil si stjerner som er i utryddelsestilstand, der en aktiv prosess med dannelse av sorte hull finner sted, kunne bli laget. En lignende stjerne ble forresten oppdaget av astronomer i 2014 i armen til en spiralgalakse.

Hvor mange sorte hull finnes i universet

I følge teoriene til moderne vitenskapsmenn kan det være opptil hundrevis av millioner svarte hull i Melkeveien vår. Det kan ikke være mindre av dem i galaksen ved siden av oss, som det ikke er noe å fly til fra Melkeveien vår - 2,5 millioner lysår.

Teori om sorte hull

Til tross for den enorme massen (som er hundretusenvis av ganger større enn massen til solen vår) og den utrolige tyngdekraften, var det ikke lett å se sorte hull gjennom et teleskop, fordi de ikke sender ut lys i det hele tatt. Forskere klarte å legge merke til et svart hull bare i øyeblikket av dets "måltid" - absorpsjonen av en annen stjerne, i dette øyeblikk vises en karakteristisk stråling, som allerede kan observeres. Dermed har sorte hull-teorien funnet faktisk bekreftelse.

Egenskaper til sorte hull

Hovedegenskapen til et svart hull er dets utrolige gravitasjonsfelt, som ikke lar det omkringliggende rommet og tiden forbli i sin vanlige tilstand. Ja, du hørte riktig, tiden inne i et svart hull flyter mange ganger langsommere enn vanlig, og hvis du var der, for så å komme tilbake (hvis du var så heldig, selvfølgelig) ville du bli overrasket over å legge merke til at århundrer har gått på jorden, og du vil ikke engang bli gammel. Selv om la oss være sannferdige, hvis du var inne i et svart hull, ville du neppe ha overlevd, siden gravitasjonskraften der er slik at enhver materiell gjenstand rett og slett ville blitt revet fra hverandre, ikke engang i deler, til atomer.

Men hvis du til og med var i nærheten av et sort hull, innenfor grensene for gravitasjonsfeltet, ville du også ha det vanskelig, for jo mer du motsto dets tyngdekraft og prøvde å fly bort, jo raskere ville du falle ned i det. Årsaken til dette tilsynelatende paradokset er gravitasjonsvirvelfeltet, som alle sorte hull besitter.

Hva om en person faller ned i et svart hull

Fordampning av sorte hull

Den engelske astronomen S. Hawking oppdaget et interessant faktum: svarte hull, viser det seg, også sender ut fordampning. Riktignok gjelder dette bare hull med relativt liten masse. Den kraftige tyngdekraften rundt dem skaper par av partikler og antipartikler, det ene av paret trekkes innover av hullet, og det andre kastes utover. Dermed utstråler et svart hull harde antipartikler og gammastråler. Denne fordampningen eller strålingen fra et sort hull ble oppkalt etter forskeren som oppdaget det - "Hawking-stråling".

Det største sorte hullet

I følge teorien om sorte hull er det i sentrum av nesten alle galakser enorme sorte hull med masser fra flere millioner til flere milliarder solmasser. Og relativt nylig har forskere oppdaget de to største sorte hullene kjent til dags dato, de er i to nærliggende galakser: NGC 3842 og NGC 4849.

NGC 3842 er den lyseste galaksen i stjernebildet Løven, som ligger i en avstand på 320 millioner lysår fra oss. I midten av det er det et enormt svart hull med en masse på 9,7 milliarder solmasser.

NGC 4849 er en galakse i Coma-hopen, 335 millioner lysår unna, og kan skilte med et like imponerende svart hull.

Virkningssonene til gravitasjonsfeltet til disse gigantiske sorte hullene, eller i akademiske termer, deres hendelseshorisont, er omtrent 5 ganger avstanden fra Solen til! Et slikt sort hull ville spise solsystemet vårt og ikke engang kveles.

Det minste sorte hullet

Men det er veldig små representanter i den enorme familien av sorte hull. Så det mest dverg sorte hullet oppdaget av forskere for øyeblikket i sin masse er bare 3 ganger massen av solen vår. Faktisk er dette det teoretiske minimum som er nødvendig for dannelsen av et sort hull, hvis den stjernen var litt mindre, ville ikke hullet ha blitt dannet.

Svarte hull er kannibaler

Ja, det er et slikt fenomen, som vi skrev ovenfor, svarte hull er en slags "galaktiske støvsugere" som absorberer alt rundt seg, inkludert ... andre sorte hull. Nylig har astronomer oppdaget at et svart hull fra en galakse blir spist av en annen stor svart fråtsing fra en annen galakse.

I følge hypotesene til noen forskere er sorte hull ikke bare galaktiske støvsugere som suger alt inn i seg selv, men under visse omstendigheter kan de selv generere nye universer.
Sorte hull kan fordampe over tid. Vi skrev ovenfor at det ble oppdaget av den engelske forskeren Stephen Hawking at sorte hull har egenskapen til stråling og etter en veldig lang periode, når det ikke er noe å absorbere rundt, vil det sorte hullet begynne å fordampe mer, inntil det til slutt gir fra seg all sin masse til det omkringliggende rommet. Selv om dette bare er en antagelse, en hypotese.
Svarte hull bremser tid og bøyer plass. Vi har allerede skrevet om tidsutvidelse, men plass i forholdene til et sort hull vil være helt buet.
Svarte hull begrenser antallet stjerner i universet. Gravitasjonsfeltene deres forhindrer nemlig avkjøling av gassskyer i verdensrommet, hvorfra, som du vet, nye stjerner blir født.

Svarte hull på Discovery Channel, video

Og avslutningsvis tilbyr vi deg en interessant vitenskapelig dokumentar om sorte hull fra Discovery-kanalen.

Et sort hull i fysikk er definert som et område i rom-tid, hvis gravitasjonsattraksjon er så sterk at selv objekter som beveger seg med lysets hastighet, inkludert lysets kvanta, ikke kan forlate det. Grensen til denne regionen kalles hendelseshorisonten, og dens karakteristiske størrelse kalles gravitasjonsradius, som kalles Schwarzwald-radius. Svarte hull er de mest mystiske gjenstandene i universet. De skylder sitt uheldige navn til den amerikanske astrofysikeren John Wheeler. Det var han som i det populære foredraget «Our Universe: Known and Unknown» i 1967 kalte disse supertette kroppene hull. Tidligere ble slike objekter kalt «kollapserte stjerner» eller «kollapsere». Men begrepet «svart hull» har slått rot, og det har rett og slett blitt umulig å endre det. Det er to typer sorte hull i universet: 1 - supermassive sorte hull, hvis masse er millioner av ganger større enn massen til solen (det antas at slike objekter er lokalisert i sentrum av galakser); 2 - mindre massive sorte hull som er et resultat av komprimering av gigantiske døende stjerner, deres masse er mer enn tre solmasser; etter hvert som stjernen trekker seg sammen, blir materien mer og mer komprimert, og som et resultat øker objektets tyngdekraft i en slik grad at lyset ikke kan overvinne den. Verken stråling eller materie kan unnslippe et sort hull. Sorte hull er superkraftige gravitatorer.

Radiusen som en stjerne må krympe til for å bli til et sort hull kalles gravitasjonsradius. For sorte hull dannet av stjerner er det bare noen få titalls kilometer. I noen par med binære stjerner er en av dem usynlig for det kraftigste teleskopet, men massen til den usynlige komponenten i et slikt gravitasjonssystem viser seg å være ekstremt stor. Mest sannsynlig er slike objekter enten nøytronstjerner eller sorte hull. Noen ganger river usynlige komponenter i slike par materie av en normal stjerne. I dette tilfellet skilles gassen fra de ytre lagene av den synlige stjernen og faller inn i et ukjent hvor - inn i et usynlig sort hull. Men før den faller ned i hullet, sender gassen ut elektromagnetiske bølger med ulike bølgelengder, inkludert svært korte røntgenbølger. I nærheten av en nøytronstjerne eller et sort hull blir gassen dessuten veldig varm og blir en kilde til kraftig høyenergi elektromagnetisk stråling i røntgen- og gammaområdet. Slik stråling går ikke gjennom jordens atmosfære, men den kan observeres ved hjelp av romteleskoper. En av de sannsynlige kandidatene for sorte hull anses å være en kraftig kilde til røntgenstråler i stjernebildet Cygnus.