Svarte hull: historien om oppdagelsen av de mest mystiske gjenstandene i universet som vi aldri vil se. Hva er et svart hull i verdensrommet
Mystiske og unnvikende sorte hull. Fysikkens lover bekrefter muligheten for deres eksistens i universet, men mange spørsmål gjenstår fortsatt. Tallrike observasjoner viser at det finnes hull i universet, og det er mer enn en million av disse objektene.
Hva er sorte hull?
Tilbake i 1915, da man løste Einsteins ligninger, ble et slikt fenomen som "svarte hull" forutsagt. Imidlertid ble det vitenskapelige samfunnet interessert i dem først i 1967. De ble da kalt "kollapserte stjerner", "frosne stjerner".
Nå kalles et sort hull et område av tid og rom som har en slik tyngdekraft at ikke engang en lysstråle kan komme ut av den.
Hvordan dannes sorte hull?
Det er flere teorier om utseendet til sorte hull, som er delt inn i hypotetiske og realistiske. Den enkleste og mest utbredte realistiske teorien er teorien om gravitasjonskollaps av store stjerner.
Når en tilstrekkelig massiv stjerne før "døden" vokser i størrelse og blir ustabil, og forbruker det siste drivstoffet. Samtidig forblir massen til stjernen uendret, men størrelsen avtar etter hvert som den såkalte komprimeringen skjer. Med andre ord, under komprimering "faller" en tung kjerne inn i seg selv. Parallelt med dette fører komprimeringen til en kraftig økning i temperaturen inne i stjernen og de ytre lagene av himmellegemet rives av, nye stjerner dannes av dem. Samtidig, i midten av stjernen - faller kjernen inn i sitt eget "senter". Som et resultat av gravitasjonskreftenes påvirkning kollapser sentrum til et punkt – det vil si at gravitasjonskreftene er så sterke at de absorberer den komprimerte kjernen. Slik blir et sort hull født, som begynner å forvrenge rom og tid, slik at selv lys ikke kan unnslippe det.
I sentrum av alle galakser er et supermassivt svart hull. I følge Einsteins relativitetsteori:
"Enhver masse forvrenger rom og tid."
Tenk deg nå hvor mye et sort hull forvrenger tid og rom, fordi massen er enorm og samtidig presset inn i et ultra lite volum. På grunn av denne evnen oppstår følgende raritet:
"Sorte hull har muligheten til å praktisk talt stoppe tid og komprimere plass. På grunn av denne sterke forvrengningen blir hullene usynlige for oss.»
Hvis sorte hull ikke er synlige, hvordan vet vi at de eksisterer?
Ja, selv om et sort hull er usynlig, bør det være merkbart på grunn av materien som faller ned i det. I tillegg til stjernegass, som tiltrekkes av et sort hull, begynner temperaturen på gassen å stige til superhøye verdier når den nærmer seg hendelseshorisonten, noe som fører til en glød. Dette er grunnen til at svarte hull lyser. Takket være dette, om enn en svak glød, forklarer astronomer og astrofysikere tilstedeværelsen i sentrum av galaksen til et objekt med et lite volum, men en enorm masse. For øyeblikket, som et resultat av observasjoner, er rundt 1000 gjenstander oppdaget som ligner i oppførsel som sorte hull.
Sorte hull og galakser
Hvordan kan sorte hull påvirke galakser? Dette spørsmålet plager forskere over hele verden. Det er en hypotese om at det er de sorte hullene i sentrum av galaksen som påvirker dens form og utvikling. Og at når to galakser kolliderer, smelter sorte hull sammen og i løpet av denne prosessen blir en så enorm mengde energi og materie kastet ut at det dannes nye stjerner.
Typer sorte hull
- I følge den eksisterende teorien er det tre typer sorte hull: stjernehull, supermassive, miniatyr. Og hver av dem ble dannet på en spesiell måte.
- – Svarte hull av stjernemasser, det vokser til enorme størrelser og kollapser.
– Supermassive sorte hull, som kan ha en masse som tilsvarer millioner av soler, vil med stor sannsynlighet eksistere i sentrum av nesten alle galakser, inkludert vår egen Melkevei. Forskere har fortsatt forskjellige hypoteser for dannelsen av supermassive sorte hull. Så langt er bare én ting kjent – supermassive sorte hull er et biprodukt av dannelsen av galakser. Supermassive sorte hull - de skiller seg fra vanlige ved at de har en veldig stor størrelse, men paradoksalt nok lav tetthet. - – Ingen har ennå klart å oppdage et sort hull i miniatyr som ville ha en masse mindre enn Solen. Det er mulig at miniatyrhull kan ha dannet seg kort tid etter "Big Bang", som er den første eksakte eksistensen av universet vårt (for ca. 13,7 milliarder år siden).
- – I senere tid har et nytt konsept blitt introdusert som «hvite sorte hull». Dette er fortsatt et hypotetisk sort hull, som er det motsatte av et sort hull. Stephen Hawking studerte aktivt muligheten for eksistensen av hvite hull.
- - Kvantesvarte hull - de eksisterer foreløpig bare i teorien. Kvantesvarte hull kan dannes når ultrasmå partikler kolliderer som følge av en kjernefysisk reaksjon.
- – Primordiale sorte hull er også en teori. De ble dannet umiddelbart etter hendelsen.
For øyeblikket er det et stort antall åpne spørsmål som ennå ikke har blitt besvart av fremtidige generasjoner. Kan det for eksempel virkelig være såkalte «ormehull» som man kan reise gjennom rom og tid med. Hva skjer egentlig inne i et sort hull og hvilke lover disse fenomenene adlyder. Og hva med forsvinningen av informasjon i et sort hull?
Både for forskere fra de siste århundrene, og for forskere i vår tid, er rommets største mysterium et sort hull. Hva er inne i dette helt ukjente systemet for fysikk? Hvilke lover gjelder der? Hvordan går tiden i et svart hull, og hvorfor kan ikke engang lyskvanter unnslippe det? Nå vil vi selvfølgelig prøve, fra teoriens synspunkt, og ikke praksis, å forstå hva som er inne i et svart hull, hvorfor det i prinsippet ble dannet og eksisterer, hvordan det tiltrekker seg objektene som omgir det.
Først, la oss beskrive dette objektet.
Så et visst område av verdensrommet i universet kalles et svart hull. Det er umulig å skille det ut som en separat stjerne eller planet, siden det verken er et fast eller gassformet legeme. Uten en grunnleggende forståelse av hva romtid er og hvordan disse dimensjonene kan endre seg, er det umulig å forstå hva som er inne i et svart hull. Faktum er at dette området ikke bare er en romlig enhet. som forvrenger både de tre dimensjonene vi kjenner til (lengde, bredde og høyde) og tidslinjen. Forskere er sikre på at i området ved horisonten (det såkalte området rundt hullet) får tiden en romlig betydning og kan bevege seg både fremover og bakover.
Lær tyngdekraftens hemmeligheter
Hvis vi ønsker å forstå hva som er inne i et sort hull, vil vi vurdere i detalj hva tyngdekraften er. Det er dette fenomenet som er nøkkelen til å forstå naturen til de såkalte "ormehullene", som selv lys ikke kan unnslippe. Tyngdekraften er samspillet mellom alle legemer som har et materiell grunnlag. Styrken til slik tyngdekraft avhenger av den molekylære sammensetningen av legemer, av konsentrasjonen av atomer, og også av deres sammensetning. Jo flere partikler som kollapser i et bestemt område av rommet, jo større blir gravitasjonskraften. Dette er uløselig knyttet til Big Bang Theory, da universet vårt var på størrelse med en ert. Det var en tilstand av maksimal singularitet, og som et resultat av et glimt av lyskvanter begynte rommet å utvide seg på grunn av det faktum at partiklene frastøtet hverandre. Nøyaktig det motsatte beskrives av forskere som et svart hull. Hva er inni en slik ting ifølge TBZ? Singularitet, som er lik indikatorene som er iboende i universet vårt på tidspunktet for dets fødsel.
Hvordan kommer materie inn i et ormehull?
Det er en oppfatning om at en person aldri vil kunne forstå hva som skjer inne i et svart hull. Siden han, når han først er der, bokstavelig talt blir knust av tyngdekraften og tyngdekraften. Faktisk er dette ikke sant. Ja, faktisk, et svart hull er en region med singularitet, hvor alt er komprimert til det maksimale. Men dette er ikke en "romstøvsuger" i det hele tatt, som er i stand til å trekke alle planetene og stjernene inn i seg selv. Ethvert materiell objekt som er i hendelseshorisonten vil observere en sterk forvrengning av rom og tid (så langt skiller disse enhetene seg). Det euklidiske geometrisystemet vil begynne å vakle, med andre ord, de vil krysse hverandre, konturene til stereometriske figurer vil slutte å være kjente. Når det gjelder tid, vil den gradvis avta. Jo nærmere du kommer hullet, jo saktere vil klokken gå i forhold til jordtiden, men du vil ikke merke det. Når du treffer "ormehullet", vil kroppen falle med null hastighet, men denne enheten vil være lik uendelig. krumning, som likestiller det uendelige med null, som til slutt stopper tiden i singularitetens område.
Respons på utsendt lys
Det eneste objektet i rommet som tiltrekker seg lys er et sort hull. Hva som er inne i den og i hvilken form det er der er ukjent, men de tror at dette er stummende mørke, som er umulig å forestille seg. Lett quanta, å komme dit, forsvinner ikke bare. Massen deres multipliseres med massen til singulariteten, noe som gjør den enda større og forstørrer den. Hvis du altså slår på en lommelykt inne i ormehullet for å se deg rundt, vil den ikke lyse. Den avgitte kvanta vil hele tiden multiplisere med massen til hullet, og grovt sett vil du bare forverre situasjonen din.
Svarte hull overalt
Som vi allerede har funnet ut, er grunnlaget for utdanning tyngdekraften, hvis verdi er millioner av ganger større enn på jorden. Den nøyaktige ideen om hva et svart hull er ble gitt til verden av Karl Schwarzschild, som faktisk oppdaget selve hendelseshorisonten og point of no return, og også fastslo at null i en singularitetstilstand er lik uendelig . Etter hans mening kan et sort hull dannes hvor som helst i verdensrommet. I dette tilfellet må en bestemt materialgjenstand med sfærisk form nå gravitasjonsradiusen. For eksempel må massen til planeten vår passe inn i volumet til en ert for å bli et svart hull. Og solen skal ha en diameter på 5 kilometer med sin masse - da vil tilstanden bli entall.
Ny verdensformasjonshorisont
Fysikkens og geometriens lover fungerer perfekt på jorden og i verdensrommet, hvor rommet er nær vakuum. Men de mister helt sin betydning i hendelseshorisonten. Det er derfor, fra et matematisk synspunkt, er det umulig å beregne hva som er inne i et svart hull. Bildene du kan komme opp med hvis du bøyer rommet i samsvar med våre ideer om verden er absolutt langt fra sannheten. Det er bare fastslått at tiden her blir til en romlig enhet, og mest sannsynlig legges det til noen flere dimensjoner til de eksisterende. Dette gjør det mulig å tro at det dannes helt andre verdener inne i det sorte hullet (bildet vil som kjent ikke vise dette, siden lyset spiser seg selv der). Disse universene kan være sammensatt av antimaterie, som foreløpig er ukjent for forskere. Det finnes også versjoner om at sfæren uten retur bare er en portal som fører enten til en annen verden eller til andre punkter i universet vårt.
Fødsel og død
Mye mer enn eksistensen av et sort hull, er dets fødsel eller forsvinning. Kulen som forvrenger rom-tid, som vi allerede har funnet ut, dannes som et resultat av kollaps. Dette kan være eksplosjonen av en stor stjerne, kollisjonen av to eller flere kropper i verdensrommet, og så videre. Men hvordan ble materie, som teoretisk kunne føles, et rike av tidsforvrengning? Puslespillet er i gang. Men det etterfølges av et annet spørsmål - hvorfor forsvinner slike sfærer uten retur? Og hvis sorte hull fordamper, hvorfor kommer da ikke det lyset og all den kosmiske materien som de trakk inn ut av dem? Når materien i singularitetssonen begynner å utvide seg, avtar tyngdekraften gradvis. Som et resultat oppløses det sorte hullet ganske enkelt, og det vanlige vakuumet i det ytre rom forblir på sin plass. Et annet mysterium følger av dette - hvor ble det av alt som kom inn i det?
Tyngdekraften - vår nøkkel til en lykkelig fremtid?
Forskere er sikre på at menneskehetens energifremtid kan dannes av et svart hull. Hva som er inne i dette systemet er fortsatt ukjent, men det var mulig å fastslå at enhver sak i hendelseshorisonten blir forvandlet til energi, men selvfølgelig delvis. For eksempel vil en person, som befinner seg nær point of no return, gi 10 prosent av materien sin for dens prosessering til energi. Denne figuren er rett og slett kolossal, den har blitt en sensasjon blant astronomer. Faktum er at på jorden, når materie blir behandlet til energi med bare 0,7 prosent.
Hver person som blir kjent med astronomi, opplever før eller siden en sterk nysgjerrighet på de mest mystiske objektene i universet - sorte hull. Dette er mørkets virkelige mestere, i stand til å "svelge" ethvert atom som passerer i nærheten og ikke la selv lys slippe ut - deres tiltrekning er så kraftig. Disse objektene utgjør en reell utfordring for fysikere og astronomer. Førstnevnte kan fortsatt ikke forstå hva som skjer med materien som har falt inne i det sorte hullet, og sistnevnte, selv om de forklarer de mest energikrevende fenomenene i verdensrommet med eksistensen av sorte hull, har aldri hatt muligheten til å observere noen av dem direkte. Vi vil snakke om disse mest interessante himmelobjektene, finne ut hva som allerede er oppdaget og hva som gjenstår å bli kjent for å løfte hemmelighetens slør.
Hva er et sort hull?
Navnet «black hole» (på engelsk – black hole) ble foreslått i 1967 av den amerikanske teoretiske fysikeren John Archibald Wheeler (se bildet til venstre). Det tjente til å betegne et himmellegeme, hvis tiltrekning er så sterk at selv lys ikke slipper seg selv. Derfor er den "svart" fordi den ikke avgir lys.
indirekte observasjoner
Dette er grunnen til et slikt mysterium: siden sorte hull ikke lyser, kan vi ikke se dem direkte og blir tvunget til å lete etter og studere dem, bare ved å bruke indirekte bevis på at deres eksistens etterlater seg i det omkringliggende rommet. Med andre ord, hvis et svart hull oppsluker en stjerne, kan vi ikke se det sorte hullet, men vi kan observere de ødeleggende effektene av dets kraftige gravitasjonsfelt.
Laplaces intuisjon
Til tross for at uttrykket "svart hull" for å referere til det hypotetiske siste stadiet av utviklingen av en stjerne som kollapset i seg selv under påvirkning av tyngdekraften dukket opp relativt nylig, oppsto ideen om muligheten for eksistensen av slike kropper mer enn to århundrer siden. Engelskmannen John Michell og franskmannen Pierre-Simon de Laplace antok uavhengig av hverandre eksistensen av «usynlige stjerner»; mens de var basert på de vanlige dynamikklovene og Newtons lov om universell gravitasjon. I dag har sorte hull fått sin korrekte beskrivelse basert på Einsteins generelle relativitetsteori.
I sitt arbeid "Statement of the system of the world" (1796) skrev Laplace: "En lyssterk stjerne med samme tetthet som jorden, med en diameter 250 ganger større enn diameteren til solen, på grunn av dens gravitasjonsattraksjon, ville ikke tillate lysstråler å nå oss. Derfor er det mulig at de største og lyseste himmellegemene er usynlige av denne grunn.
Uovervinnelig tyngdekraft
Laplaces idé var basert på begrepet rømningshastighet (andre kosmisk hastighet). Et svart hull er et så tett objekt at dets tiltrekning er i stand til å holde igjen lys, som utvikler den høyeste hastigheten i naturen (nesten 300 000 km / s). I praksis, for å rømme fra et sort hull, trenger du en hastighet som er høyere enn lysets hastighet, men dette er umulig!
Dette betyr at en stjerne av denne typen ville være usynlig, siden selv lys ikke ville være i stand til å overvinne sin kraftige tyngdekraft. Einstein forklarte dette faktum gjennom fenomenet lysavbøyning under påvirkning av et gravitasjonsfelt. I virkeligheten, nær et sort hull, er romtiden så buet at banene til lysstråler også lukker seg for seg selv. For å gjøre solen om til et svart hull, må vi konsentrere all massen i en ball med en radius på 3 km, og jorden må bli til en ball med en radius på 9 mm!
Typer sorte hull
For omtrent ti år siden antydet observasjoner eksistensen av to typer sorte hull: stjerne, hvis masse er sammenlignbar med massen til solen eller litt over den, og supermassive, hvis masse er fra flere hundre tusen til mange millioner solmasser. Men relativt nylig brakte høyoppløselige røntgenbilder og spektra hentet fra kunstige satellitter som Chandra og XMM-Newton frem den tredje typen sorte hull - med en gjennomsnittlig masse som overstiger solens masse tusenvis av ganger .
stjernesvarte hull
Stellar sorte hull ble kjent tidligere enn andre. De dannes når en stjerne med høy masse, på slutten av sin evolusjonsbane, går tom for kjernebrensel og kollapser inn i seg selv på grunn av sin egen tyngdekraft. En stjerneeksplosjon (kjent som en "supernovaeksplosjon") har katastrofale konsekvenser: hvis kjernen til en stjerne er mer enn 10 ganger solens masse, kan ingen kjernekraft motstå gravitasjonskollapsen som vil resultere i utseendet til et svart hull.
Supermassive sorte hull
Supermassive sorte hull, først registrert i kjernene til noen aktive galakser, har en annen opprinnelse. Det er flere hypoteser angående deres fødsel: et stjernesort hull som sluker alle stjernene rundt det i millioner av år; en sammenslått klynge av sorte hull; en kolossal sky av gass som kollapser direkte inn i et svart hull. Disse sorte hullene er blant de mest energiske objektene i verdensrommet. De befinner seg i sentrum av veldig mange galakser, om ikke alle. Galaksen vår har også et slikt sort hull. Noen ganger, på grunn av tilstedeværelsen av et slikt sort hull, blir kjernene til disse galaksene veldig lyse. Galakser med sorte hull i sentrum, omgitt av en stor mengde fallende stoff og derfor i stand til å produsere en enorm mengde energi, kalles "aktive", og kjernene deres kalles "aktive galaktiske kjerner" (AGN). For eksempel er kvasarer (de fjerneste romobjektene fra oss tilgjengelig for vår observasjon) aktive galakser, der vi bare ser en veldig lys kjerne.
Medium og "mini"
Et annet mysterium forblir de mellomstore sorte hullene, som ifølge nyere studier kan være i sentrum av noen kulehoper, som M13 og NCC 6388. Mange astronomer er skeptiske til disse objektene, men noe nyere forskning tyder på tilstedeværelsen av sorte hull, mellomstore selv ikke langt fra sentrum av galaksen vår. Den engelske fysikeren Stephen Hawking la også frem en teoretisk antagelse om eksistensen av den fjerde typen sorte hull – et «minihull» med en masse på bare en milliard tonn (som er omtrent lik massen til et stort fjell). Vi snakker om primære objekter, det vil si de som dukket opp i de første øyeblikkene av universets liv, da trykket fortsatt var veldig høyt. Imidlertid er ingen spor etter deres eksistens ennå blitt oppdaget.
Hvordan finne et svart hull
For bare noen år siden kom et lys over sorte hull. Takket være stadig forbedrede instrumenter og teknologier (både terrestriske og rom), blir disse objektene mindre og mindre mystiske; mer presist, rommet rundt dem blir mindre mystisk. Faktisk, siden det sorte hullet i seg selv er usynlig, kan vi bare gjenkjenne det hvis det er omgitt av nok materie (stjerner og varm gass) som kretser rundt det på liten avstand.
Ser på doble systemer
Noen sorte stjernehull har blitt oppdaget ved å observere banebevegelsen til en stjerne rundt en usynlig binær følgesvenn. Nære binære systemer (det vil si bestående av to stjerner svært nær hverandre), der en av følgesvennen er usynlig, er et yndet observasjonsobjekt for astrofysikere som leter etter sorte hull.
En indikasjon på tilstedeværelsen av et sort hull (eller nøytronstjerne) er den sterke emisjonen av røntgenstråler, forårsaket av en kompleks mekanisme, som skjematisk kan beskrives som følger. På grunn av sin kraftige tyngdekraft kan et sort hull rive materie ut av en ledsagerstjerne; denne gassen fordeles i form av en flat skive og faller i en spiral ned i det sorte hullet. Friksjon som følge av kollisjoner av partikler av fallende gass varmer opp de indre lagene av skiven til flere millioner grader, noe som forårsaker kraftig røntgenstråling.
Røntgenobservasjoner
Observasjoner i røntgenstråler av objekter i vår galakse og nabogalakser som har blitt utført i flere tiår, har gjort det mulig å oppdage kompakte binære kilder, hvorav omtrent et dusin er systemer som inneholder sorte hull-kandidater. Hovedproblemet er å bestemme massen til et usynlig himmellegeme. Verdien av massen (om enn ikke veldig nøyaktig) kan bli funnet ved å studere bevegelsen til følgesvennen eller, som er mye vanskeligere, ved å måle røntgenintensiteten til hendelsen. Denne intensiteten er forbundet med en ligning med massen til kroppen som dette stoffet faller på.
Nobelprisvinner
Noe lignende kan sies om de supermassive sorte hullene som er observert i kjernene til mange galakser, hvis masse estimeres ved å måle omløpshastighetene til gassen som faller ned i det sorte hullet. I dette tilfellet, forårsaket av et kraftig gravitasjonsfelt til et veldig stort objekt, avsløres en rask økning i hastigheten til gasskyer som kretser rundt i sentrum av galakser av observasjoner i radioområdet, så vel som i optiske stråler. Observasjoner i røntgenområdet kan bekrefte den økte frigjøringen av energi forårsaket av at materie faller ned i det sorte hullet. Forskning på røntgen på begynnelsen av 1960-tallet ble startet av italieneren Riccardo Giacconi, som jobbet i USA. Han ble tildelt Nobelprisen i 2002 som en anerkjennelse for hans «banebrytende bidrag til astrofysikk som førte til oppdagelsen av røntgenkilder i verdensrommet».
Cygnus X-1: den første kandidaten
Galaksen vår er ikke immun mot tilstedeværelsen av sorte hulls kandidatobjekter. Heldigvis er ingen av disse objektene nær nok til oss til å utgjøre en fare for jordens eller solsystemets eksistens. Til tross for det store antallet bemerkede kompakte røntgenkilder (og disse er de mest sannsynlige kandidatene for å finne sorte hull der), er vi ikke sikre på at de faktisk inneholder sorte hull. Den eneste av disse kildene som ikke har en alternativ versjon er den nære binære Cygnus X-1, det vil si den lyseste røntgenkilden i stjernebildet Cygnus.
massive stjerner
Dette systemet, med en omløpsperiode på 5,6 dager, består av en veldig lysende blå stjerne av stor størrelse (diameteren er 20 ganger solens, og massen er omtrent 30 ganger), lett å skille selv i teleskopet ditt, og en usynlig andre stjerne, massen som er estimert til flere solmasser (opptil 10). Ligger i en avstand på 6500 lysår fra oss, ville den andre stjernen vært perfekt synlig hvis den var en vanlig stjerne. Dets usynlighet, systemets kraftige røntgenstråler og til slutt masseanslaget får de fleste astronomer til å tro at dette er den første bekreftede oppdagelsen av et stjernesort hull.
Tviler
Det er imidlertid også skeptikere. Blant dem er en av de største forskerne innen sorte hull, fysikeren Stephen Hawking. Han satset til og med med sin amerikanske kollega Keel Thorne, en sterk tilhenger av klassifiseringen av Cygnus X-1 som et svart hull.
Tvisten om arten av Cygnus X-1-objektet er ikke Hawkings eneste innsats. Etter å ha viet flere tiår til teoretiske studier av sorte hull, ble han overbevist om feilen i hans tidligere ideer om disse mystiske objektene. Spesielt antok Hawking at materie etter å ha falt i et svart hull forsvinner for alltid, og med det forsvinner all informasjonsbagasjen. . Han var så sikker på dette at han satset på dette emnet i 1997 sammen med sin amerikanske kollega John Preskill.
Innrømmer en feil
21. juli 2004, i sin tale på Relativity Congress i Dublin, innrømmet Hawking at Preskill hadde rett. Sorte hull fører ikke til fullstendig forsvinning av materie. Dessuten har de en viss type "minne". Inne i dem kan det godt være lagret spor av det de absorberte. Ved å "fordampe" (det vil si sakte sende ut stråling på grunn av kvanteeffekten), kan de returnere denne informasjonen til universet vårt.
Svarte hull i galaksen
Astronomer har fortsatt mange tvil om tilstedeværelsen av stjerners sorte hull i galaksen vår (som den som tilhører det binære systemet Cygnus X-1); men det er mye mindre tvil om supermassive sorte hull.
I midten
Det er minst ett supermassivt sort hull i galaksen vår. Kilden, kjent som Sagittarius A*, er nøyaktig plassert i midten av Melkeveiens plan. Navnet forklares av det faktum at det er den kraftigste radiokilden i stjernebildet Skytten. Det er i denne retningen at både de geometriske og fysiske sentrene til vårt galaktiske system er lokalisert. Ligger i en avstand på omtrent 26 000 lysår fra oss, har et supermassivt sort hull assosiert med kilden til radiobølger, Skytten A *, en masse anslått til omtrent 4 millioner solmasser, innelukket i et rom hvis volum er sammenlignbart med volum av solsystemet. Dens relative nærhet til oss (dette supermassive sorte hullet er uten tvil det nærmeste til Jorden) har ført til at objektet har blitt spesielt grundig undersøkt av Chandra-romobservatoriet de siste årene. Det viste seg spesielt at det også er en kraftig kilde til røntgenstråler (men ikke like kraftig som kilder i aktive galaktiske kjerner). Skytten A* kan være den sovende resten av det som var den aktive kjernen i vår galakse for millioner eller milliarder av år siden.
Andre sorte hull?
Noen astronomer tror imidlertid at det er en annen overraskelse i galaksen vår. Vi snakker om et andre, middels masse sort hull, som holder sammen en klynge av unge stjerner og ikke lar dem falle inn i et supermassivt sort hull som ligger i sentrum av selve galaksen. Hvordan kan det ha seg at det i en avstand på mindre enn ett lysår fra den kan være en stjernehop med en alder som knapt har nådd 10 millioner år, det vil si, etter astronomiske standarder, veldig ung? Ifølge forskerne ligger svaret i det faktum at klyngen ikke ble født der (miljøet rundt det sentrale sorte hullet er for fiendtlig for stjernedannelse), men ble "trukket" dit på grunn av eksistensen av et andre sort hull inni. det, som har en masse av gjennomsnittsverdier.
I bane
De individuelle stjernene i klyngen, tiltrukket av det supermassive sorte hullet, begynte å skifte mot det galaktiske sentrum. Men i stedet for å bli spredt ut i rommet, forblir de sammen på grunn av tiltrekningen av et andre svart hull som ligger i midten av klyngen. Massen til dette sorte hullet kan estimeres ut fra dets evne til å holde en hel stjernehop "i bånd". Et mellomstort sort hull ser ut til å dreie seg rundt det sentrale sorte hullet om omtrent 100 år. Dette betyr at langtidsobservasjoner over mange år vil tillate oss å «se» det.
For å danne et sort hull er det nødvendig å komprimere legemet til en viss kritisk tetthet slik at radiusen til det komprimerte legemet er lik gravitasjonsradiusen. Verdien av denne kritiske tettheten er omvendt proporsjonal med kvadratet av det sorte hullets masse.
For et typisk svart hull med stjernemasse ( M=10M sol) gravitasjonsradiusen er 30 km, og den kritiske tettheten er 2·10 14 g/cm 3, det vil si to hundre millioner tonn per kubikkcentimeter. Denne tettheten er veldig høy sammenlignet med jordens gjennomsnittlige tetthet (5,5 g/cm3), den er lik tettheten til stoffet i atomkjernen.
For et svart hull i kjernen av en galakse ( M=10 10 M sol) gravitasjonsradiusen er 3 10 15 cm = 200 AU, som er fem ganger avstanden fra solen til Pluto (1 astronomisk enhet - gjennomsnittlig avstand fra jorden til solen - er lik 150 millioner km eller 1,5 10 13 cm). Den kritiske tettheten i dette tilfellet er lik 0,2·10 -3 g/cm 3, som er flere ganger mindre enn tettheten til luft, lik 1,3·10 -3 g/cm 3 (!).
For jorden ( M=3 10 –6 M sol) gravitasjonsradiusen er nær 9 mm, og den tilsvarende kritiske tettheten er uhyrlig høy: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3, som er 13 størrelsesordener høyere enn tettheten til atomkjernen.
Hvis vi tar en imaginær sfærisk presse og komprimerer jorden, mens vi beholder massen, så når vi reduserer jordens radius (6370 km) med fire ganger, vil dens andre rømningshastighet dobles og bli lik 22,4 km/s. Hvis vi komprimerer jorden slik at dens radius blir omtrent 9 mm, vil den andre kosmiske hastigheten få en verdi lik lysets hastighet c= 300 000 km/s.
Videre vil pressen ikke være nødvendig - jorden komprimert til slike dimensjoner vil allerede krympe seg selv. Til slutt vil det dannes et svart hull i stedet for jorden, hvis radius til hendelseshorisonten vil være nær 9 mm (hvis vi neglisjerer rotasjonen til det resulterende sorte hullet). Under reelle forhold er det selvfølgelig ingen superkraftig presse - tyngdekraften "virker". Det er grunnen til at sorte hull bare kan dannes når det indre av veldig massive stjerner kollapser, der tyngdekraften er sterk nok til å komprimere materie til en kritisk tetthet.
Stjerneutvikling
Sorte hull dannes i sluttfasen av utviklingen av massive stjerner. Termonukleære reaksjoner finner sted i dypet av vanlige stjerner, enorm energi frigjøres og en høy temperatur opprettholdes (titil og hundrevis av millioner grader). Gravitasjonskreftene har en tendens til å komprimere stjernen, og trykkkreftene til varm gass og stråling motsetter seg denne kompresjonen. Derfor er stjernen i hydrostatisk likevekt.
I tillegg kan en stjerne være i termisk likevekt når energifrigjøringen på grunn av termonukleære reaksjoner i senteret er nøyaktig lik kraften stjernen sender ut fra overflaten. Når stjernen trekker seg sammen og utvides, blir den termiske likevekten forstyrret. Hvis stjernen er stasjonær, etableres dens likevekt på en slik måte at den negative potensielle energien til stjernen (energien til gravitasjonssammentrekning) alltid er to ganger den termiske energien i absolutt verdi. På grunn av dette har stjernen en fantastisk egenskap - negativ varmekapasitet. Vanlige kropper har en positiv varmekapasitet: et oppvarmet stykke jern, avkjøling, det vil si å miste energi, senker temperaturen. I en stjerne er det motsatt: Jo mer energi den taper i form av stråling, desto høyere blir temperaturen i sentrum.
Denne merkelige funksjonen ved første øyekast finner en enkel forklaring: stjernen, som stråler, krymper sakte. Når den komprimeres, omdannes den potensielle energien til den kinetiske energien til fallende lag av stjernen, og dens indre varmes opp. Dessuten er den termiske energien som stjernen oppnår som et resultat av kompresjon det dobbelte av energien som går tapt i form av stråling. Som et resultat stiger temperaturen i stjernens indre, og kontinuerlig termonukleær syntese av kjemiske elementer utføres. For eksempel skjer reaksjonen med å konvertere hydrogen til helium i den nåværende solen ved en temperatur på 15 millioner grader. Når alt hydrogen i sentrum av solen etter 4 milliarder år blir til helium, vil videre syntese av karbonatomer fra heliumatomer kreve en mye høyere temperatur, omtrent 100 millioner grader (den elektriske ladningen til heliumkjerner er dobbelt så stor som hydrogen kjerner, og for å bringe kjernene nærmere hverandre krever helium over en avstand på 10–13 cm en mye høyere temperatur). Det er denne temperaturen som vil bli gitt på grunn av solens negative varmekapasitet ved antenningstidspunktet i dens dybder av den termonukleære reaksjonen for å konvertere helium til karbon.
hvite dverger
Hvis massen til stjernen er liten, slik at massen til kjernen, påvirket av termonukleære transformasjoner, er mindre enn 1,4 M sol , kan termonukleær fusjon av kjemiske elementer stoppe på grunn av den såkalte degenerasjonen av elektrongassen i stjernens kjerne. Spesielt avhenger trykket til en degenerert gass av tetthet, men avhenger ikke av temperatur, siden energien til elektronenes kvantebevegelser er mye større enn energien til deres termiske bevegelse.
Det høye trykket til den degenererte elektrongassen motvirker effektivt kreftene ved gravitasjonssammentrekning. Siden trykket ikke er avhengig av temperatur, fører tapet av energi fra en stjerne i form av stråling ikke til kompresjon av kjernen. Derfor frigjøres ikke gravitasjonsenergi som tilleggsvarme. Derfor øker ikke temperaturen i den utviklende degenererte kjernen, noe som fører til avbrudd av kjeden av termonukleære reaksjoner.
Det ytre hydrogenskallet, som ikke er påvirket av termonukleære reaksjoner, skiller seg fra stjernens kjerne og danner en planetarisk tåke som lyser i utslippslinjene av hydrogen, helium og andre grunnstoffer. Den sentrale kompakte og relativt varme kjernen til en utviklet stjerne med liten masse er en hvit dverg - et objekt med en radius i størrelsesorden av jordens radius (~ 10 4 km), med en masse på mindre enn 1,4 M sol og en gjennomsnittlig tetthet i størrelsesorden et tonn per kubikkcentimeter. Hvite dverger observeres i stort antall. Deres totale antall i galaksen når 10 10 , det vil si omtrent 10 % av den totale massen av det observerte stoffet i galaksen.
Termonukleær forbrenning i en degenerert hvit dverg kan være ustabil og føre til en atomeksplosjon av en ganske massiv hvit dverg med en masse nær den såkalte Chandrasekhar-grensen (1,4) M sol). Slike eksplosjoner ser ut som type I supernovaeksplosjoner, som ikke har hydrogenlinjer i spekteret, men bare linjer med helium, karbon, oksygen og andre tunge grunnstoffer.
nøytronstjerner
Hvis kjernen til en stjerne er degenerert, når dens masse nærmer seg grensen på 1,4 M sun den vanlige degenerasjonen av elektrongassen i kjernen erstattes av den såkalte relativistiske degenerasjonen.
Kvantebevegelsene til degenererte elektroner blir så raske at hastighetene deres nærmer seg lysets hastighet. I dette tilfellet reduseres elastisiteten til gassen, dens evne til å motstå tyngdekraften reduseres, og stjernen opplever en gravitasjonskollaps. Under kollapsen fanges elektroner opp av protoner, og materie nøytroniseres. Dette fører til dannelsen av en nøytronstjerne fra en massiv degenerert kjerne.
Hvis startmassen til stjernens kjerne overstiger 1,4 M sol , da oppnås en høy temperatur i kjernen, og elektrondegenerasjon skjer ikke gjennom hele dens utvikling. I dette tilfellet fungerer negativ varmekapasitet: når stjernen mister energi i form av stråling, stiger temperaturen i dens indre, og det er en kontinuerlig kjede av termonukleære reaksjoner som omdanner hydrogen til helium, helium til karbon, karbon til oksygen, og så videre, opp til elementene i jerngruppen. Reaksjonen av termonukleær fusjon av kjernene til elementer tyngre enn jern, er ikke lenger med frigjøring, men med absorpsjon av energi. Derfor, hvis massen til kjernen til en stjerne, hovedsakelig bestående av elementer fra jerngruppen, overskrider Chandrasekhar-grensen på 1,4 M sol , men mindre enn den såkalte Oppenheimer–Volkov-grensen ~3 M sol, så på slutten av den kjernefysiske utviklingen av stjernen, skjer en gravitasjonskollaps av kjernen, som et resultat av at det ytre hydrogenskallet til stjernen kastes av, som observeres som en type II supernovaeksplosjon, i spekteret som kraftige hydrogenlinjer observeres.
Sammenbruddet av jernkjernen fører til dannelsen av en nøytronstjerne.
Når den massive kjernen til en stjerne som har nådd et sent stadium av utviklingen komprimeres, stiger temperaturen til gigantiske verdier i størrelsesorden en milliard grader, når atomkjernene begynner å falle fra hverandre til nøytroner og protoner. Protoner absorberer elektroner, blir til nøytroner og sender ut nøytrinoer. Nøytroner, i henhold til Pauli kvantemekaniske prinsipp, under sterk kompresjon begynner å effektivt frastøte hverandre.
Når massen til den kollapsende kjernen er mindre enn 3 M sol , nøytronhastighetene er mye mindre enn lysets hastighet, og materiens elastisitet, på grunn av den effektive frastøtingen av nøytroner, kan balansere tyngdekraften og føre til dannelsen av en stabil nøytronstjerne.
For første gang ble muligheten for eksistensen av nøytronstjerner spådd i 1932 av den fremragende sovjetiske fysikeren Landau umiddelbart etter oppdagelsen av nøytronet i laboratorieeksperimenter. Radiusen til en nøytronstjerne er nær 10 km, dens gjennomsnittlige tetthet er hundrevis av millioner tonn per kubikkcentimeter.
Når massen til den kollapsende stjernekjernen er større enn 3 M sol, da, i henhold til eksisterende ideer, den resulterende nøytronstjernen, avkjølende, kollapser inn i et svart hull. Sammenbruddet av en nøytronstjerne i et sort hull forenkles også av omvendt fall av en del av stjernens konvolutt som kastes av under en supernovaeksplosjon.
En nøytronstjerne har en tendens til å rotere raskt, fordi den normale stjernen som fødte den kan ha betydelig vinkelmomentum. Når kjernen til en stjerne kollapser til en nøytronstjerne, avtar de karakteristiske dimensjonene til stjernen fra R= 10 5 –10 6 km til R≈ 10 km. Når størrelsen på en stjerne avtar, reduseres treghetsmomentet. For å opprettholde vinkelmomentet må hastigheten på aksial rotasjon øke kraftig. For eksempel, hvis solen, som roterer med en periode på omtrent en måned, komprimeres til størrelsen på en nøytronstjerne, vil rotasjonsperioden reduseres til 10 -3 sekunder.
Enkeltnøytronstjerner med et sterkt magnetfelt manifesterer seg som radiopulsarer - kilder til strengt periodiske radioemisjonspulser som oppstår når energien til den raske rotasjonen til en nøytronstjerne omdannes til rettet radioemisjon. I binære systemer viser tiltagende nøytronstjerner fenomenet en røntgenpulsar og en type 1 røntgenburster.
Strengt periodiske strålingspulsasjoner kan ikke forventes fra et sort hull, siden et sort hull ikke har noen observerbar overflate og ikke noe magnetfelt. Som fysikere ofte uttrykker, har ikke sorte hull "hår" - alle felt og alle inhomogeniteter nær hendelseshorisonten utstråles under dannelsen av et sort hull fra kollapsende materie i form av en strøm av gravitasjonsbølger. Som et resultat har det dannede sorte hullet bare tre egenskaper: masse, vinkelmoment og elektrisk ladning. Alle de individuelle egenskapene til det kollapsende stoffet under dannelsen av et sort hull er glemt: for eksempel har sorte hull dannet av jern og vann, alt annet likt, de samme egenskapene.
Som General Relativity (GR) forutsier, stjerner hvis jernkjernemasser ved slutten av utviklingen overstiger 3 M sol, oppleve ubegrenset kompresjon (relativistisk kollaps) med dannelsen av et svart hull. Dette forklares av det faktum at i generell relativitet bestemmes gravitasjonskreftene som har en tendens til å komprimere en stjerne av energitettheten, og ved de enorme materietetthetene som oppnås ved å komprimere en så massiv stjernekjerne, er hovedbidraget til energitettheten ikke gitt. av resten av energien til partikler, men av energien til deres bevegelse og interaksjon . Det viser seg at i generell relativitet ser det ut til at trykket av materie ved svært høye tettheter "veier" seg selv: jo større trykk, jo større energitetthet og, følgelig, jo større gravitasjonskrefter har en tendens til å komprimere materien. I tillegg, under sterke gravitasjonsfelt, blir effektene av rom-tid krumning fundamentalt viktige, noe som også bidrar til den ubegrensede komprimeringen av stjernens kjerne og dens transformasjon til et sort hull (fig. 3).
Avslutningsvis bemerker vi at sorte hull som ble dannet i vår tid (for eksempel det sorte hullet i Cygnus X-1-systemet), strengt tatt ikke er hundre prosent sorte hull, fordi på grunn av den relativistiske nedbremsingen av tid for en fjern observatør, deres hendelseshorisonter er fortsatt ikke dannet. Overflatene til slike kollapsende stjerner ser for den jordiske observatøren ut som frosne, og nærmer seg hendelseshorisonten i uendelig lang tid.
For at sorte hull endelig skal dannes fra slike kollapsende objekter, må vi vente på hele den uendelig lange tiden av eksistensen av universet vårt. Det bør imidlertid understrekes at allerede i de første sekundene av den relativistiske kollapsen, nærmer overflaten av den kollapsende stjernen for en observatør fra Jorden seg svært nær hendelseshorisonten, og alle prosesser på denne overflaten bremses uendelig.
« Science fiction kan være nyttig – det stimulerer fantasien og lindrer frykten for fremtiden. Imidlertid kan de vitenskapelige fakta være mye mer slående. Science fiction så ikke engang for seg ting som sorte hull.»
Stephen Hawking
I dypet av universet for mennesket ligger utallige mysterier og mysterier. En av dem er sorte hull - objekter som selv de største sinnene til menneskeheten ikke kan forstå. Hundrevis av astrofysikere prøver å oppdage naturen til sorte hull, men på dette stadiet har vi ikke engang bevist deres eksistens i praksis.
Filmregissører dedikerer filmene sine til dem, og blant vanlige mennesker har sorte hull blitt et slikt kultfenomen at de identifiseres med verdens undergang og forestående død. De er fryktet og hatet, men samtidig blir de idolisert og bøyer seg for det ukjente, som disse merkelige fragmentene av universet er fulle av. Enig, å bli slukt av et sort hull er den slags romantikk. Med deres hjelp er det mulig, og de kan også bli guider for oss i.
Den gule pressen spekulerer ofte i populariteten til sorte hull. Å finne overskrifter i aviser relatert til verdens undergang på planeten på grunn av nok en kollisjon med et supermassivt sort hull er ikke noe problem. Mye verre er det at den analfabeter del av befolkningen tar alt på alvor og skaper skikkelig panikk. For å bringe litt klarhet vil vi gå på en reise til opprinnelsen til oppdagelsen av sorte hull og prøve å forstå hva det er og hvordan vi skal forholde oss til det.
usynlige stjerner
Det skjedde slik at moderne fysikere beskriver strukturen til universet vårt ved hjelp av relativitetsteorien, som Einstein omhyggelig ga menneskeheten på begynnelsen av 1900-tallet. Desto mer mystisk er sorte hull, i hendelseshorisonten som alle fysikkens lover kjent for oss, inkludert Einsteins teori, slutter å fungere. Er ikke det fantastisk? I tillegg ble antagelsen om eksistensen av sorte hull uttrykt lenge før fødselen til Einstein selv.
I 1783 var det en betydelig økning i vitenskapelig aktivitet i England. På den tiden gikk vitenskap side om side med religion, de kom godt overens, og vitenskapsmenn ble ikke lenger ansett som kjettere. Dessuten var prester engasjert i vitenskapelig forskning. En av disse Guds tjenere var den engelske pastoren John Michell, som stilte seg selv ikke bare spørsmål om livet, men også ganske vitenskapelige oppgaver. Michell var en svært titulert vitenskapsmann: til å begynne med var han lærer i matematikk og gammel lingvistikk ved en av høyskolene, og etter det ble han tatt opp i Royal Society of London for en rekke oppdagelser.
John Michell drev med seismologi, men på fritiden likte han å tenke på det evige og kosmos. Dette er hvordan han kom på ideen om at det et sted i dypet av universet kan eksistere supermassive kropper med så kraftig gravitasjon at for å overvinne gravitasjonskraften til et slikt legeme, er det nødvendig å bevege seg med en hastighet lik eller høyere enn lysets hastighet. Hvis vi aksepterer en slik teori som sann, vil til og med lys ikke være i stand til å utvikle den andre kosmiske hastigheten (hastigheten som er nødvendig for å overvinne gravitasjonsattraksjonen til den forlate kroppen), så en slik kropp vil forbli usynlig for det blotte øye.
Michell kalte sin nye teori "mørke stjerner", og prøvde samtidig å beregne massen til slike objekter. Han uttrykte sine tanker om denne saken i et åpent brev til Royal Society of London. Dessverre, på den tiden var ikke slik forskning av spesiell verdi for vitenskapen, så Michells brev ble sendt til arkivet. Bare to hundre år senere, i andre halvdel av 1900-tallet, ble den funnet blant tusenvis av andre opptegnelser som var nøye lagret i det gamle biblioteket.
Det første vitenskapelige beviset for eksistensen av sorte hull
Etter utgivelsen av Einsteins generelle relativitetsteori, begynte matematikere og fysikere for alvor å løse ligningene presentert av den tyske forskeren, som skulle fortelle oss mye om universets struktur. Den tyske astronomen, fysikeren Karl Schwarzschild, bestemte seg for å gjøre det samme i 1916.
Forskeren, ved hjelp av sine beregninger, kom til den konklusjon at eksistensen av sorte hull er mulig. Han var også den første som beskrev det som senere ble kalt det romantiske uttrykket "hendelseshorisont" - en tenkt grense for rom-tid ved et svart hull, etter å ha krysset som det kommer et punkt uten retur. Ingenting slipper unna hendelseshorisonten, ikke engang lys. Det er utenfor hendelseshorisonten at den såkalte "singulariteten" oppstår, der fysikkens lover som er kjent for oss slutter å virke.
Ved å fortsette å utvikle sin teori og løse ligninger, oppdaget Schwarzschild nye hemmeligheter med sorte hull for seg selv og verden. Så han var i stand til å beregne, utelukkende på papir, avstanden fra sentrum av et svart hull, hvor massen er konsentrert, til hendelseshorisonten. Schwarzschild kalte denne avstanden gravitasjonsradiusen.
Til tross for at matematisk Schwarzschilds løsninger var eksepsjonelt korrekte og ikke kunne tilbakevises, kunne ikke det vitenskapelige samfunnet på begynnelsen av 1900-tallet umiddelbart akseptere en slik sjokkerende oppdagelse, og eksistensen av sorte hull ble avskrevet som en fantasi, som nå og da manifestert seg i relativitetsteorien. I løpet av det neste og et halvt tiåret var studiet av plass for tilstedeværelsen av sorte hull sakte, og bare noen få tilhengere av teorien til den tyske fysikeren var engasjert i det.
Stjerner som føder mørke
Etter at Einsteins ligninger ble tatt fra hverandre, var det på tide å bruke konklusjonene som ble trukket for å forstå universets struktur. Spesielt i teorien om utviklingen av stjerner. Det er ingen hemmelighet at ingenting i vår verden varer evig. Selv stjernene har sin egen livssyklus, om enn lengre enn en person.
En av de første forskerne som ble seriøst interessert i stjernenes evolusjon var den unge astrofysikeren Subramanyan Chandrasekhar, opprinnelig fra India. I 1930 publiserte han et vitenskapelig arbeid som beskrev den påståtte indre strukturen til stjerner, så vel som deres livssykluser.
Allerede på begynnelsen av 1900-tallet gjettet forskerne om et slikt fenomen som gravitasjonssammentrekning (gravitasjonskollaps). På et visst tidspunkt i livet begynner en stjerne å trekke seg sammen med en enorm hastighet under påvirkning av gravitasjonskrefter. Som regel skjer dette i øyeblikket av en stjernes død, men med en gravitasjonskollaps er det flere måter for den videre eksistensen av en rødglødende ball.
Chandrasekhars veileder, Ralph Fowler, en respektert teoretisk fysiker på sin tid, foreslo at under en gravitasjonskollaps, blir enhver stjerne til en mindre og varmere - en hvit dverg. Men det viste seg at studenten «brøt» lærerens teori, som ble delt av de fleste fysikere på begynnelsen av forrige århundre. I følge arbeidet til en ung hindu avhenger døden til en stjerne av dens opprinnelige masse. For eksempel kan bare de stjernene hvis masse ikke overstiger 1,44 ganger solens masse bli hvite dverger. Dette nummeret har blitt kalt Chandrasekhar-grensen. Hvis massen til stjernen overskred denne grensen, dør den på en helt annen måte. Under visse forhold kan en slik stjerne på dødstidspunktet gjenfødes til en ny nøytronstjerne - et annet mysterium i det moderne universet. Relativitetsteorien, derimot, forteller oss ett alternativ til - komprimering av en stjerne til ultrasmå verdier, og her begynner det mest interessante.
I 1932 dukket det opp en artikkel i et av de vitenskapelige tidsskriftene der den geniale fysikeren fra Sovjetunionen Lev Landau foreslo at under kollapsen ble en supermassiv stjerne komprimert til et punkt med en uendelig liten radius og uendelig masse. Til tross for at en slik hendelse er veldig vanskelig å forestille seg fra en uforberedt persons synspunkt, var Landau ikke langt fra sannheten. Fysikeren foreslo også at ifølge relativitetsteorien ville tyngdekraften på et slikt punkt være så stor at den ville begynne å forvrenge rom-tid.
Astrofysikere likte Landaus teori, og de fortsatte å utvikle den. I 1939, i Amerika, takket være innsatsen til to fysikere - Robert Oppenheimer og Hartland Sneijder - dukket det opp en teori som i detalj beskriver en supermassiv stjerne på kollapstidspunktet. Som et resultat av en slik hendelse skulle det ha dukket opp et ekte svart hull. Til tross for overbevisende argumenter, fortsatte forskere å benekte muligheten for eksistensen av slike kropper, samt transformasjonen av stjerner til dem. Selv Einstein tok avstand fra denne ideen, og trodde at stjernen ikke er i stand til slike fenomenale transformasjoner. Andre fysikere var ikke gjerrige i sine uttalelser, og kalte muligheten for slike hendelser latterlig.
Vitenskapen når imidlertid alltid sannheten, du må bare vente litt. Og slik ble det.
De lyseste objektene i universet
Vår verden er en samling av paradokser. Noen ganger sameksisterer ting i den, hvis sameksistens trosser enhver logikk. For eksempel vil begrepet "svart hull" ikke være assosiert i en normal person med uttrykket "utrolig lyst", men oppdagelsen på begynnelsen av 60-tallet av forrige århundre gjorde det mulig for forskere å vurdere denne uttalelsen som feil.
Ved hjelp av teleskoper klarte astrofysikere å oppdage hittil ukjente objekter på stjernehimmelen, som oppførte seg ganske merkelig til tross for at de så ut som vanlige stjerner. Ved å studere disse merkelige armaturene trakk den amerikanske forskeren Martin Schmidt oppmerksomheten til spektrografien deres, hvis data viste resultater som var forskjellige fra å skanne andre stjerner. Enkelt sagt, disse stjernene var ikke som de andre vi er vant til.
Plutselig gikk det opp for Schmidt, og han gjorde oppmerksom på skiftet i spekteret i det røde området. Det viste seg at disse objektene er mye lenger unna oss enn stjernene vi er vant til å se på himmelen. For eksempel var objektet Schmidt observerte plassert to og en halv milliard lysår fra planeten vår, men lyste like sterkt som en stjerne noen hundre lysår unna. Det viser seg at lyset fra et slikt objekt kan sammenlignes med lysstyrken til en hel galakse. Denne oppdagelsen var et virkelig gjennombrudd innen astrofysikk. Forskeren kalte disse objektene "kvasistjerne" eller ganske enkelt "kvasar".
Martin Schmidt fortsatte å studere nye objekter og fant ut at en så sterk glød kan være forårsaket av bare én grunn - akkresjon. Akkresjon er prosessen med absorpsjon av omgivende materie av en supermassiv kropp ved hjelp av tyngdekraften. Forskeren kom til den konklusjon at i sentrum av kvasarer er det et enormt svart hull, som med utrolig kraft trekker inn i seg selv materien som omgir det i verdensrommet. I prosessen med absorpsjon av materie av hullet, akselereres partiklene til enorme hastigheter og begynner å gløde. Den særegne lysende kuppelen rundt et sort hull kalles en akkresjonsskive. Visualiseringen ble godt demonstrert i Christopher Nolans film "Interstellar", som ga opphav til mange spørsmål "hvordan kan et svart hull gløde?".
Til dags dato har forskere funnet tusenvis av kvasarer på stjernehimmelen. Disse merkelige, utrolig lyse gjenstandene kalles universets fyrtårn. De lar oss forestille oss strukturen til kosmos litt bedre og komme nærmere øyeblikket det hele begynte fra.
Til tross for at astrofysikere har skaffet indirekte bevis for eksistensen av supermassive usynlige objekter i universet i mange år, eksisterte ikke begrepet "svart hull" før i 1967. For å unngå kompliserte navn foreslo den amerikanske fysikeren John Archibald Wheeler å kalle slike gjenstander "svarte hull". Hvorfor ikke? Til en viss grad er de svarte, fordi vi ikke kan se dem. I tillegg tiltrekker de alt, du kan falle inn i dem, akkurat som i et ekte hull. Og å komme seg ut av et slikt sted i henhold til moderne fysikklover er rett og slett umulig. Stephen Hawking hevder imidlertid at når du reiser gjennom et svart hull, kan du komme inn i et annet univers, en annen verden, og dette er håp.
Frykt for uendelighet
På grunn av overdreven mystikk og romantisering av sorte hull, har disse gjenstandene blitt en ekte skrekkhistorie blant mennesker. Den gule pressen elsker å spekulere i befolkningens analfabetisme, og gir ut fantastiske historier om hvordan et stort svart hull beveger seg mot vår jord, som vil svelge solsystemet i løpet av få timer, eller rett og slett sende ut bølger av giftig gass mot vår planet.
Spesielt populært er temaet for ødeleggelsen av planeten ved hjelp av Large Hadron Collider, som ble bygget i Europa i 2006 på territoriet til European Council for Nuclear Research (CERN). Panikkbølgen begynte som noens dumme spøk, men vokste som en snøball. Noen startet et rykte om at det kunne dannes et sort hull i partikkelakseleratoren til kollideren, som ville svelge planeten vår fullstendig. Selvfølgelig begynte de indignerte å kreve et forbud mot eksperimenter ved LHC, redd for et slikt utfall. Det begynte å komme søksmål til EU-domstolen med krav om å stenge kollideren, og forskerne som opprettet den for å bli straffet i det fulle omfang av loven.
Faktisk benekter fysikere ikke at når partikler kolliderer i Large Hadron Collider, kan det dukke opp objekter som ligner sorte hull i egenskaper, men størrelsen deres er på nivå med elementære partikkelstørrelser, og slike "hull" eksisterer i så kort tid at vi ikke engang kan registrere forekomsten deres.
En av hovedekspertene som prøver å fordrive bølgen av uvitenhet foran folk er Stephen Hawking - den berømte teoretiske fysikeren, som dessuten regnes som en ekte "guru" angående sorte hull. Hawking beviste at sorte hull ikke alltid absorberer lyset som vises i akkresjonsskiver, og noe av det er spredt ut i verdensrommet. Dette fenomenet har blitt kalt Hawking-stråling, eller svart hull-fordampning. Hawking etablerte også et forhold mellom størrelsen på et sort hull og hastigheten på dets "fordampning" - jo mindre det er, jo mindre eksisterer det over tid. Og dette betyr at alle motstandere av Large Hadron Collider ikke bør bekymre seg: sorte hull i den vil ikke kunne eksistere selv for en milliondels sekund.
Teori ikke bevist i praksis
Dessverre tillater ikke menneskehetens teknologier på dette utviklingsstadiet oss å teste de fleste teoriene utviklet av astrofysikere og andre forskere. På den ene siden er eksistensen av sorte hull ganske overbevisende bevist på papir og utledet ved hjelp av formler der alt konvergerte med hver variabel. På den annen side har vi i praksis ennå ikke klart å se et ekte svart hull med egne øyne.
Til tross for alle uenighetene, foreslår fysikere at det i sentrum av hver av galaksene er et supermassivt sort hull, som samler stjerner i klynger med sin gravitasjon og får deg til å reise rundt i universet i et stort og vennlig selskap. I melkeveien vår er det ifølge ulike estimater fra 200 til 400 milliarder stjerner. Alle disse stjernene kretser rundt noe som har en enorm masse, rundt noe som vi ikke kan se med et teleskop. Det er mest sannsynlig et sort hull. Bør hun være redd? – Nei, i hvert fall ikke de neste milliardene, men vi kan lage nok en interessant film om henne.