Čierna diera: čo je vnútri? Zaujímavé fakty a výskumy. Čo je čierna diera

24. januára 2013

Zo všetkých hypotetických objektov vo vesmíre predpovedaných vedeckými teóriami pôsobia čierne diery najstrašidelnejším dojmom. A hoci sa predpoklady o ich existencii začali vyslovovať takmer poldruha storočia pred Einsteinovým zverejnením všeobecnej teórie relativity, presvedčivé dôkazy o realite ich existencie sa podarilo získať pomerne nedávno.

Začnime tým, ako všeobecná relativita rieši otázku povahy gravitácie. Newtonov zákon univerzálnej gravitácie hovorí, že medzi akýmikoľvek dvoma masívnymi telesami vo vesmíre existuje sila vzájomnej príťažlivosti. V dôsledku tejto gravitačnej sily sa Zem otáča okolo Slnka. Všeobecná relativita nás núti pozerať sa na systém Slnko-Zem inak. Podľa tejto teórie sa v prítomnosti takého masívneho nebeského telesa, akým je Slnko, časopriestor pod jeho váhou akoby zrútil a narušila sa rovnomernosť jeho tkaniva. Predstavte si elastickú trampolínu, na ktorej leží ťažká guľa (napríklad z bowlingovej dráhy). Natiahnutá tkanina sa pod jej váhou prehýba a vytvára okolo nej vzácnosť. Rovnakým spôsobom Slnko tlačí časopriestor okolo seba.

Podľa tohto obrázku sa Zem jednoducho kotúľa okolo vytvoreného lievika (okrem toho, že malá loptička kotúľajúca sa okolo ťažkej na trampolíne nevyhnutne stratí rýchlosť a špirálovito sa dostane k veľkej). A to, čo v našom každodennom živote bežne vnímame ako silu gravitácie, nie je nič iné ako zmena geometrie časopriestoru, a nie sila v newtonovskom zmysle. K dnešnému dňu nebolo vynájdené úspešnejšie vysvetlenie povahy gravitácie, ako nám dáva všeobecná teória relativity.

Teraz si predstavte, čo sa stane, ak v rámci navrhovaného obrázku zväčšíme a zväčšíme hmotnosť ťažkej lopty bez toho, aby sme zväčšili jej fyzické rozmery? Keďže je lievik absolútne elastický, bude sa prehlbovať, až kým sa jeho horné okraje nezblížia niekde vysoko nad úplne ťažšou guľou, a potom pri pohľade z povrchu jednoducho prestane existovať. V skutočnom vesmíre, po nahromadení dostatočnej hmoty a hustoty hmoty, objekt okolo seba zasiahne časopriestorovú pascu, tkanivo časopriestoru sa uzavrie a stratí kontakt so zvyškom vesmíru a stane sa preň neviditeľným. Takto vzniká čierna diera.

Schwarzschild a jeho súčasníci verili, že také zvláštne kozmické objekty v prírode neexistujú. Sám Einstein sa tohto stanoviska nielen držal, ale sa aj mylne domnieval, že sa mu svoj názor podarilo matematicky podložiť.

V tridsiatych rokoch minulého storočia mladý indický astrofyzik Chandrasekhar dokázal, že hviezda, ktorá spotrebovala svoje jadrové palivo, zhadzuje svoj obal a mení sa na pomaly chladnúceho bieleho trpaslíka iba vtedy, ak je jej hmotnosť menšia ako 1,4 hmotnosti Slnka. Čoskoro Američan Fritz Zwicky uhádol, že extrémne husté telesá neutrónovej hmoty vznikajú pri výbuchoch supernov; Neskôr k rovnakému záveru dospel aj Lev Landau. Po práci Chandrasekhara bolo zrejmé, že takýmto vývojom môžu prejsť iba hviezdy s hmotnosťou väčšou ako 1,4 hmotnosti Slnka. Preto vyvstala prirodzená otázka – existuje horná hranica hmotnosti pre supernovy, ktorú za sebou zanechávajú neutrónové hviezdy?

Koncom tridsiatych rokov minulého storočia budúci otec americkej atómovej bomby Robert Oppenheimer zistil, že takáto hranica skutočne existuje a nepresahuje niekoľko hmotností Slnka. Vtedy nebolo možné poskytnúť presnejšie hodnotenie; teraz je známe, že hmotnosti neutrónových hviezd musia byť v rozmedzí 1,5-3 Ms. Ale aj z približných výpočtov Oppenheimera a jeho postgraduálneho študenta Georga Volkova vyplynulo, že najhmotnejší potomkovia supernov sa nestávajú neutrónovými hviezdami, ale prechádzajú do nejakého iného stavu. V roku 1939 Oppenheimer a Hartland Snyder dokázali v idealizovanom modeli, že masívna kolabujúca hviezda sa zmršťuje na svoj gravitačný polomer. Z ich vzorcov v podstate vyplýva, že hviezda tam nekončí, ale spoluautori sa zdržali takéhoto radikálneho záveru.

09.07.1911 - 13.04.2008

Konečnú odpoveď našlo v druhej polovici 20. storočia úsilie galaxie brilantných teoretických fyzikov, vrátane tých sovietskych. Ukázalo sa, že takýto kolaps vždy stlačí hviezdu „až na doraz“ a úplne zničí jej podstatu. V dôsledku toho vzniká singularita, „superkoncentrát“ gravitačného poľa, uzavretý v nekonečne malom objeme. Pre pevný otvor je to hrot, pre otočný otvor je to krúžok. Zakrivenie časopriestoru a následne sila gravitácie v blízkosti singularity má tendenciu k nekonečnu. Koncom roku 1967 bol americký fyzik John Archibald Wheeler prvým, kto nazval takýto konečný hviezdny kolaps čiernou dierou. Nový termín si obľúbili fyzici a potešili novinárov, ktorí ho šírili po svete (hoci Francúzom sa spočiatku nepáčil, pretože výraz trou noir naznačoval pochybné asociácie).

Najdôležitejšou vlastnosťou čiernej diery je, že nech sa do nej dostane čokoľvek, už sa to nevráti. Platí to dokonca aj pre svetlo, a preto dostali čierne diery svoj názov: teleso, ktoré pohltí všetko svetlo, ktoré naň dopadá a nevyžaruje svoje vlastné, sa javí ako úplne čierne. Podľa všeobecnej teórie relativity, ak sa objekt priblíži k stredu čiernej diery v kritickej vzdialenosti – táto vzdialenosť sa nazýva Schwarzschildov polomer – už sa nikdy nemôže vrátiť. (Nemecký astronóm Karl Schwarzschild (1873-1916) v posledných rokoch svojho života vypočítal pomocou rovníc Einsteinovej všeobecnej teórie relativity gravitačné pole okolo hmotnosti nulového objemu.) Pre hmotnosť Slnka sa Schwarzschild polomer je 3 km, to znamená, aby sa naše Slnko zmenilo na čiernu dieru, musíte všetku jeho hmotu zhustiť na veľkosť malého mesta!

Vo vnútri Schwarzschildovho polomeru teória predpovedá ešte podivnejšie javy: všetka hmota v čiernej diere sa zhromažďuje do nekonečne malého bodu nekonečnej hustoty v jej samom strede - matematici nazývajú takýto objekt singulárna porucha. Pri nekonečnej hustote každá konečná hmotnosť hmoty, matematicky povedané, zaberá nulový priestorový objem. Či sa tento jav skutočne vyskytuje vo vnútri čiernej diery, samozrejme nemôžeme experimentálne overiť, pretože všetko, čo spadlo do Schwarzschildovho polomeru, sa nevracia späť.

Čiernu dieru teda bez toho, aby sme mohli „vidieť“ v tradičnom zmysle slova „pozrieť sa“, môžeme zistiť jej prítomnosť nepriamymi znakmi vplyvu jej supersilného a úplne nezvyčajného gravitačného poľa na hmotu okolo nej. .

Supermasívne čierne diery

V strede našej Mliečnej dráhy a iných galaxií je neuveriteľne masívna čierna diera, ktorá je miliónkrát ťažšia ako Slnko. Tieto supermasívne čierne diery (ako sa im hovorí) boli objavené pozorovaním charakteru pohybu medzihviezdneho plynu v blízkosti centier galaxií. Plyny, súdiac podľa pozorovaní, rotujú v tesnej vzdialenosti od supermasívneho objektu a jednoduché výpočty využívajúce Newtonove zákony mechaniky ukazujú, že objekt, ktorý ich priťahuje, so slabým priemerom, má ohromnú hmotnosť. Len čierna diera dokáže takto roztočiť medzihviezdny plyn v strede galaxie. V skutočnosti astrofyzici už našli desiatky takýchto masívnych čiernych dier v centrách našich susedných galaxií a majú silné podozrenie, že stred akejkoľvek galaxie je čierna diera.

Čierne diery s hviezdnou hmotnosťou

Podľa nášho súčasného chápania vývoja hviezd, keď hviezda s hmotnosťou väčšou ako asi 30 hmotností Slnka zahynie pri výbuchu supernovy, jej vonkajší obal sa rozletí a vnútorné vrstvy sa rýchlo zrútia smerom k stredu a vytvoria čiernu dieru. miesto hviezdy, ktorá vyčerpala svoje zásoby paliva. Čiernu dieru tohto pôvodu izolovanú v medzihviezdnom priestore je prakticky nemožné identifikovať, keďže sa nachádza v riedkom vákuu a nijako sa neprejavuje v zmysle gravitačných interakcií. Ak by však takáto diera bola súčasťou dvojhviezdneho systému (dve horúce hviezdy obiehajúce okolo svojho ťažiska), čierna diera by stále mala gravitačný účinok na svoju partnerskú hviezdu. Astronómovia dnes majú viac ako tucet kandidátov na úlohu hviezdnych systémov tohto druhu, hoci pre žiadnu z nich neboli získané presné dôkazy.

V binárnom systéme s čiernou dierou v zložení bude hmota „živej“ hviezdy nevyhnutne „prúdiť“ v smere čiernej diery. A hmota nasávaná čiernou dierou sa pri páde do čiernej diery roztočí v špirále a zmizne pri prekročení Schwarzschildovho polomeru. Pri približovaní sa k smrteľnej hranici však hmota nasávaná do lievika čiernej diery v dôsledku častejších zrážok medzi časticami absorbovanými dierou nevyhnutne kondenzuje a zahrieva sa, až sa zahreje na energiu vlnového žiarenia v Röntgenový rozsah spektra elektromagnetického žiarenia. Astronómovia môžu merať frekvenciu tohto druhu zmeny intenzity röntgenového žiarenia a vypočítať, porovnaním s inými dostupnými údajmi, približnú hmotnosť objektu, ktorý na seba „ťahá“ hmotu. Ak hmotnosť objektu presahuje Chandrasekharovu hranicu (1,4 hmotnosti Slnka), tento objekt nemôže byť bielym trpaslíkom, do ktorého je naše svietidlo predurčené degenerovať. Vo väčšine prípadov pozorovaných pozorovaní takýchto dvojitých röntgenových hviezd je neutrónová hviezda masívny objekt. Existuje však viac ako tucet prípadov, keď jediným rozumným vysvetlením je prítomnosť čiernej diery v binárnom hviezdnom systéme.

Všetky ostatné typy čiernych dier sú oveľa špekulatívnejšie a založené výlučne na teoretickom výskume – neexistuje vôbec žiadne experimentálne potvrdenie ich existencie. Po prvé, sú to čierne minidiery s hmotnosťou porovnateľnou s hmotnosťou hory a stlačenou na polomer protónu. Myšlienku ich pôvodu v počiatočnom štádiu formovania vesmíru bezprostredne po Veľkom tresku navrhol anglický kozmológ Stephen Hawking (pozri Skrytý princíp nezvratnosti času). Hawking naznačil, že explózie miniotvorov by mohli vysvetliť skutočne záhadný jav vytesaných výbuchov gama lúčov vo vesmíre. Po druhé, niektoré teórie elementárnych častíc predpovedajú existenciu vo Vesmíre – na mikroúrovni – skutočného sita čiernych dier, ktoré sú akousi penou z vesmírneho odpadu. Priemer takýchto mikrootvorov je vraj asi 10-33 cm – sú miliardy krát menšie ako protón. Momentálne nemáme nádeje na experimentálne overenie čo i len samotného faktu existencie takýchto čiernych dier-častíc, nehovoriac o tom, že by sme nejako preskúmali ich vlastnosti.

A čo sa stane s pozorovateľom, ak sa zrazu ocitne na druhej strane gravitačného polomeru, inak nazývaného horizont udalostí. Tu začína najúžasnejšia vlastnosť čiernych dier. Nie nadarmo, keď už hovoríme o čiernych dierach, vždy sme spomínali čas, alebo skôr časopriestor. Podľa Einsteinovej teórie relativity platí, že čím rýchlejšie sa teleso pohybuje, tým je jeho hmotnosť väčšia, ale čas začína plynúť pomalšie! Pri nízkych rýchlostiach za normálnych podmienok je tento efekt nepostrehnuteľný, ale ak sa teleso (kozmická loď) pohybuje rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, potom sa jeho hmotnosť zväčší a čas sa spomalí! Keď sa rýchlosť telesa rovná rýchlosti svetla, hmotnosť sa zmení na nekonečno a čas sa zastaví! Dokazujú to prísne matematické vzorce. Vráťme sa k čiernej diere. Predstavte si fantastickú situáciu, keď sa hviezdna loď s astronautmi na palube priblíži ku gravitačnému polomeru alebo horizontu udalostí. Je jasné, že horizont udalostí sa tak volá preto, lebo akékoľvek udalosti môžeme pozorovať (niečo vo všeobecnosti pozorovať) len po túto hranicu. Že túto hranicu nie sme schopní dodržať. Keď sa však astronauti nachádzajú vo vnútri lode približujúcej sa k čiernej diere, budú sa cítiť rovnako ako predtým, pretože. podla ich hodiniek im cas pojde "normalne". Kozmická loď pokojne prekročí horizont udalostí a pôjde ďalej. Ale keďže jeho rýchlosť bude blízka rýchlosti svetla, kozmická loď sa dostane do stredu čiernej diery doslova v okamihu.

A pre externého pozorovateľa sa vesmírna loď jednoducho zastaví na horizonte udalostí a zostane tam takmer navždy! Taký je paradox kolosálnej gravitácie čiernych dier. Otázka je prirodzená, ale zostanú nažive kozmonauti, ktorí idú do nekonečna podľa hodín vonkajšieho pozorovateľa. Nie A pointa vôbec nie je v obrovskej gravitácii, ale v slapových silách, ktoré sa v tak malom a masívnom telese na malých vzdialenostiach veľmi líšia. S rastom astronauta 1 m 70 cm budú slapové sily na jeho hlave oveľa menšie ako na nohách a jednoducho sa roztrhne už na horizonte udalostí. Vo všeobecnosti sme teda zistili, čo sú čierne diery, ale doteraz sme hovorili o čiernych dierach s hviezdnou hmotnosťou. Aktuálne sa astronómom podarilo odhaliť supermasívne čierne diery, ktorých hmotnosť môže byť miliarda sĺnk! Supermasívne čierne diery sa svojimi vlastnosťami nelíšia od svojich menších kolegov. Sú len oveľa masívnejšie a spravidla sa nachádzajú v centrách galaxií - hviezdnych ostrovoch vesmíru. V strede našej Galaxie (Mliečna dráha) je tiež supermasívna čierna diera. Obrovská hmotnosť takýchto čiernych dier umožní ich hľadanie nielen v našej Galaxii, ale aj v centrách vzdialených galaxií nachádzajúcich sa vo vzdialenosti miliónov a miliárd svetelných rokov od Zeme a Slnka. Európski a americkí vedci uskutočnili globálne pátranie po supermasívnych čiernych dierach, ktoré by sa podľa moderných teoretických výpočtov mali nachádzať v strede každej galaxie.

Moderná technológia umožňuje odhaliť prítomnosť týchto kolapsarov v susedných galaxiách, no našlo sa ich len veľmi málo. To znamená, že čierne diery sa buď jednoducho skrývajú v hustých oblakoch plynu a prachu v centrálnej časti galaxií, alebo sa nachádzajú vo vzdialenejších kútoch vesmíru. Takže čierne diery môžu byť detekované röntgenovými lúčmi emitovanými počas narastania hmoty na nich, a aby bolo možné vykonať sčítanie takýchto zdrojov, satelity s röntgenovými teleskopmi na palube boli vypustené do blízkozemského priestoru. Pri hľadaní zdrojov röntgenového žiarenia vesmírne observatóriá Chandra a Rossi zistili, že obloha je vyplnená röntgenovým žiarením pozadia a je miliónkrát jasnejšia ako viditeľné lúče. Veľká časť tohto röntgenového žiarenia pozadia z oblohy musí pochádzať z čiernych dier. Zvyčajne sa v astronómii hovorí o troch typoch čiernych dier. Prvým sú čierne diery s hviezdnou hmotnosťou (asi 10 hmotností Slnka). Vznikajú z masívnych hviezd, keď sa im minie fúzne palivo. Druhým sú supermasívne čierne diery v centrách galaxií (hmotnosti od milióna po miliardy slnečných hmôt). A napokon prvotné čierne diery, ktoré vznikli na začiatku života Vesmíru, ktorých hmotnosti sú malé (rádovo s hmotnosťou veľkého asteroidu). Veľký rozsah možných hmotností čiernych dier teda zostáva nevyplnený. Ale kde sú tieto diery? Zapĺňajúc priestor röntgenovými lúčmi, napriek tomu nechcú ukázať svoju pravú „tvár“. Ale aby sme mohli vybudovať jasnú teóriu o súvislosti medzi röntgenovým žiarením pozadia a čiernymi dierami, je potrebné poznať ich počet. Vesmírne teleskopy zatiaľ dokázali odhaliť len malý počet supermasívnych čiernych dier, ktorých existenciu možno považovať za preukázanú. Nepriame dôkazy umožňujú zvýšiť počet pozorovateľných čiernych dier zodpovedných za žiarenie pozadia na 15 %. Musíme predpokladať, že zvyšok supermasívnych čiernych dier sa jednoducho schováva za hrubou vrstvou prachových mrakov, ktoré prepúšťajú iba vysokoenergetické röntgenové lúče, alebo sú príliš ďaleko na to, aby ich mohli odhaliť moderné pozorovacie prostriedky.

Supermasívna čierna diera (susedstvo) v strede galaxie M87 (röntgenová snímka). Z horizontu udalostí je viditeľný prúd. Obrázok z www.college.ru/astronomy

Hľadanie skrytých čiernych dier je jednou z hlavných úloh modernej röntgenovej astronómie. Najnovšie objavy v tejto oblasti, spojené s výskumom pomocou ďalekohľadov Chandra a Rossi, však pokrývajú len nízkoenergetický rozsah röntgenového žiarenia – približne 2000 – 20 000 elektrónvoltov (pre porovnanie energia optického žiarenia je asi 2 elektrónvolty).volt). Významné zmeny v týchto štúdiách môže urobiť európsky vesmírny teleskop Integral, ktorý je schopný preniknúť do stále nedostatočne prebádanej oblasti röntgenového žiarenia s energiou 20 000 – 300 000 elektrónvoltov. Význam štúdia tohto typu röntgenového žiarenia spočíva v tom, že hoci má röntgenové pozadie oblohy nízku energiu, na tomto pozadí sa objavujú viaceré vrcholy (body) žiarenia s energiou okolo 30 000 elektrónvoltov. Vedci ešte musia odhaliť záhadu toho, čo generuje tieto vrcholy, a Integral je prvý ďalekohľad dostatočne citlivý na to, aby našiel takéto zdroje röntgenového žiarenia. Podľa astronómov z vysokoenergetických lúčov vznikajú takzvané Comptonove hrubé objekty, teda supermasívne čierne diery zahalené v prachovej škrupine. Sú to Comptonove objekty, ktoré sú zodpovedné za röntgenové vrcholy 30 000 elektrónvoltov v poli žiarenia pozadia.

Vedci však pokračujúc vo svojom výskume dospeli k záveru, že Comptonove objekty tvoria iba 10 % z počtu čiernych dier, ktoré by mali vytvárať vysokoenergetické vrcholy. To je vážna prekážka ďalšieho rozvoja teórie. Znamená to, že chýbajúce röntgenové lúče nedodávajú Compton-hrubé, ale obyčajné supermasívne čierne diery? A čo potom prachové sitá pre nízkoenergetické röntgenové lúče? Zdá sa, že odpoveď spočíva v skutočnosti, že mnohé čierne diery (Comptonove objekty) mali dostatok času absorbovať všetok plyn a prach, ktorý ich obklopoval, ale predtým mali možnosť sa deklarovať pomocou röntgenových lúčov s vysokou energiou. Po absorbovaní všetkej hmoty takéto čierne diery už neboli schopné generovať röntgenové lúče na horizonte udalostí. Je jasné, prečo tieto čierne diery nie je možné odhaliť, a je možné pripísať im chýbajúce zdroje žiarenia na pozadí, pretože aj keď čierna diera už nevyžaruje, žiarenie, ktoré predtým vytvorila, pokračuje v putovaní vesmírom. Je však celkom možné, že chýbajúce čierne diery sú skryté viac, než astronómovia predpokladajú, takže to, že ich nevidíme, neznamená, že neexistujú. Len nemáme dostatok pozorovacej sily, aby sme ich videli. Medzitým vedci z NASA plánujú rozšíriť hľadanie skrytých čiernych dier ešte ďalej do vesmíru. Veria, že práve tam sa nachádza podvodná časť ľadovca. V priebehu niekoľkých mesiacov sa uskutoční výskum v rámci misie Swift. Prienik do hlbokého vesmíru odhalí skryté čierne diery, nájde chýbajúci článok pre žiarenie v pozadí a objasní ich aktivitu v ranej ére vesmíru.

Predpokladá sa, že niektoré čierne diery sú aktívnejšie ako ich pokojní susedia. Aktívne čierne diery pohlcujú okolitú hmotu a ak sa okolo letiaca hviezda „bez medzier“ dostane do gravitačného letu, tak ju určite „zožerú“ tým najbarbarskejším spôsobom (roztrhajú na kusy). Absorbovaná hmota padajúca do čiernej diery sa zahrieva na obrovské teploty a zažije záblesk v rozsahu gama, röntgenového a ultrafialového žiarenia. V strede Mliečnej dráhy sa nachádza aj supermasívna čierna diera, ktorá sa však skúma ťažšie ako diery v susedných alebo dokonca vzdialených galaxiách. Môže za to hustá stena plynu a prachu, ktorá sa dostáva do cesty stredu našej galaxie, pretože slnečná sústava sa nachádza takmer na okraji galaktického disku. Preto sú pozorovania aktivity čiernych dier oveľa efektívnejšie pre tie galaxie, ktorých jadro je jasne viditeľné. Pri pozorovaní jednej zo vzdialených galaxií, ktorá sa nachádza v súhvezdí Boötes vo vzdialenosti 4 miliardy svetelných rokov, sa astronómom po prvý raz podarilo vysledovať od začiatku a takmer až do konca proces absorpcie hviezdy supermasívnou čiernou dierou. . Po tisíce rokov ležal tento gigantický kolaps pokojne v strede nepomenovanej eliptickej galaxie, kým sa jedna z hviezd neodvážila priblížiť sa k nemu dostatočne blízko.

Silná gravitácia čiernej diery roztrhla hviezdu na kusy. Zrazeniny hmoty začali padať do čiernej diery a po dosiahnutí horizontu udalostí jasne vzplanuli v ultrafialovej oblasti. Tieto erupcie zachytil nový vesmírny teleskop NASA Galaxy Evolution Explorer, ktorý študuje oblohu v ultrafialovom svetle. Ďalekohľad pokračuje v pozorovaní správania sa rozlišovaného objektu aj dnes, pretože jedlo čiernej diery sa ešte neskončilo a zvyšky hviezdy naďalej padajú do priepasti času a priestoru. Pozorovania takýchto procesov nakoniec pomôžu lepšie pochopiť, ako sa čierne diery vyvíjajú s ich materskými galaxiami (alebo naopak, galaxie sa vyvíjajú s materskou čiernou dierou). Skoršie pozorovania ukazujú, že takéto excesy nie sú vo vesmíre nezvyčajné. Vedci vypočítali, že v priemere je hviezda absorbovaná typickou supermasívnou čiernou dierou galaxie raz za 10 000 rokov, no keďže existuje veľké množstvo galaxií, hviezdnu absorpciu možno pozorovať oveľa častejšie.

zdroj

Čierne diery sú jedným z najpodivnejších javov vo vesmíre. V každom prípade v tomto štádiu ľudského vývoja. Toto je objekt s nekonečnou hmotnosťou a hustotou, a teda príťažlivosťou, za ktorú nemôže uniknúť ani svetlo - preto je diera čierna. Supermasívna čierna diera dokáže vtiahnuť do seba celú galaxiu a neudusiť sa a za horizontom udalostí začne známa fyzika škrípať a krútiť sa do uzla. Na druhej strane sa čierne diery môžu stať potenciálnymi prechodovými „norami“ z jedného uzla priestoru do druhého. Otázkou je, ako blízko sa môžeme dostať k čiernej diere a bude to mať následky?

Supermasívna čierna diera Sagittarius A*, ktorá sa nachádza v strede našej galaxie, nielen vysáva blízke objekty, ale tiež vyžaruje silné rádiové žiarenie. Vedci sa už dlho pokúšali vidieť tieto lúče, ale rušilo ich rozptýlené svetlo obklopujúce dieru. Svetelný šum sa im napokon podarilo preraziť pomocou 13 ďalekohľadov, ktoré sa spojili do jedného výkonného systému. Následne objavili zaujímavé informácie o predtým záhadných lúčoch.

Pred niekoľkými dňami, 14. marca, opustil tento svet jeden z najvýznamnejších fyzikov súčasnosti,

Čierna diera je špeciálna oblasť vo vesmíre. Je to druh akumulácie čiernej hmoty, ktorá je schopná vtiahnuť a absorbovať iné objekty vesmíru. Fenomén čiernych dier stále nie je . Všetky dostupné údaje sú len teórie a predpoklady vedeckých astronómov.

Názov „čierna diera“ zaviedol vedec J.A. Wheeler v roku 1968 na Princetonskej univerzite.

Existuje teória, že čierne diery sú hviezdy, ale nezvyčajné, napríklad neutrónové. Čierna diera je - - pretože má veľmi vysokú hustotu svietivosti a nevysiela absolútne žiadne žiarenie. Preto nie je neviditeľný ani v infračervenom, ani v röntgenovom, ani v rádiovom žiarení.

Táto situácia francúzsky astronóm P. Laplace ešte 150 rokov pred čiernymi dierami. Podľa jeho argumentov, ak má hustotu rovnajúcu sa hustote Zeme a priemer presahuje priemer Slnka 250-krát, potom nedovoľuje, aby sa lúče svetla šírili vesmírom kvôli svojej gravitácii, a preto zostáva neviditeľný. Predpokladá sa teda, že čierne diery sú najsilnejšie vyžarujúce objekty vo vesmíre, ale nemajú pevný povrch.

Vlastnosti čiernych dier

Všetky údajné vlastnosti čiernych dier sú založené na teórii relativity, odvodenej v 20. storočí A. Einsteinom. Žiadny tradičný prístup k štúdiu tohto javu neposkytuje žiadne presvedčivé vysvetlenie fenoménu čiernych dier.

Hlavnou vlastnosťou čiernej diery je schopnosť ohýbať čas a priestor. Každý pohybujúci sa objekt, ktorý spadne do jeho gravitačného poľa, bude nevyhnutne vtiahnutý dovnútra, pretože. v tomto prípade sa okolo objektu objaví hustý gravitačný vír, akýsi lievik. Zároveň sa mení aj pojem času. Vedci majú podľa výpočtov stále tendenciu k záveru, že čierne diery nie sú nebeské telesá v konvenčnom zmysle. Sú to skutočne akési diery, červie diery v čase a priestore, schopné ho meniť a zhutňovať.

Čierna diera je uzavretá oblasť priestoru, do ktorej je stlačená hmota a z ktorej nemôže nič uniknúť, ani svetlo.

Podľa výpočtov astronómov, so silným gravitačným poľom, ktoré existuje vo vnútri čiernych dier, nemôže zostať nezranený ani jeden objekt. Okamžite sa roztrhne na miliardy kúskov, kým sa vôbec dostane dovnútra. To však nevylučuje možnosť výmeny častíc a informácií s ich pomocou. A ak má čierna diera hmotnosť aspoň miliardu násobku hmotnosti Slnka (supermasívna), potom je teoreticky možné, aby sa cez ňu predmety pohybovali bez toho, aby ich roztrhla gravitácia.

Samozrejme, sú to len teórie, pretože výskum vedcov je ešte príliš vzdialený od pochopenia, aké procesy a možnosti skrývajú čierne diery. Je možné, že v budúcnosti sa niečo podobné môže stať.

Čierne diery – možno najzáhadnejšie a najzáhadnejšie astronomické objekty v našom vesmíre, priťahujú pozornosť učencov a vzrušujú predstavivosť autorov sci-fi už od ich objavu. Čo sú čierne diery a ako vyzerajú? Čierne diery sú zhasnuté hviezdy vďaka svojim fyzikálnym vlastnostiam, ktoré majú takú vysokú hustotu a takú silnú gravitáciu, že z nich nemôže uniknúť ani svetlo.

História objavovania čiernych dier

Prvýkrát teoretickú existenciu čiernych dier, dávno pred ich skutočným objavom, navrhol niekto D. Michel (anglický kňaz z Yorkshire, ktorý sa vo voľnom čase venuje astronómii) už v roku 1783. Podľa jeho výpočtov, ak zoberieme tú našu a stlačíme ju (v modernej počítačovej reči archivujeme) na polomer 3 km, vznikne taká veľká (proste obrovská) gravitačná sila, že ju nedokáže opustiť ani svetlo. Takto sa objavil pojem „čierna diera“, aj keď v skutočnosti čierna vôbec nie je, podľa nás by sa skôr hodil výraz „tmavá diera“, pretože dochádza práve k absencii svetla.

Neskôr, v roku 1918, veľký vedec Albert Einstein napísal o problematike čiernych dier v kontexte teórie relativity. Ale až v roku 1967, vďaka úsiliu amerického astrofyzika Johna Wheelera, koncept čiernych dier konečne získal miesto v akademických kruhoch.

Nech už je to akokoľvek, D. Michel, Albert Einstein a John Wheeler vo svojich prácach predpokladali iba teoretickú existenciu týchto záhadných nebeských objektov vo vesmíre, avšak k skutočnému objavu čiernych dier došlo v roku 1971. potom, že si ich prvýkrát všimli vo vesmíre.teleskop.

Takto vyzerá čierna diera.

Ako vznikajú čierne diery vo vesmíre?

Ako vieme z astrofyziky, všetky hviezdy (vrátane nášho Slnka) majú určité obmedzené množstvo paliva. A hoci život hviezdy môže trvať miliardy svetelných rokov, skôr či neskôr sa táto podmienená zásoba paliva skončí a hviezda „zhasne“. Proces „zániku“ hviezdy sprevádzajú intenzívne reakcie, pri ktorých hviezda prechádza výraznou premenou a podľa veľkosti sa môže zmeniť na bieleho trpaslíka, neutrónovú hviezdu, či čiernu dieru. Navyše, najväčšie hviezdy, ktoré majú neuveriteľne pôsobivé rozmery, sa zvyčajne menia na čiernu dieru - v dôsledku stlačenia týchto najúžasnejších veľkostí sa hmotnosť a gravitačná sila novovytvorenej čiernej diery znásobí, čo sa zmení na akési galaktické vákuum. čistič - absorbuje všetko a všetko okolo.

Čierna diera pohltí hviezdu.

Malá poznámka – naše Slnko na galaktické pomery vôbec nie je veľká hviezda a po vyblednutí, ku ktorému dôjde asi o niekoľko miliárd rokov, sa s najväčšou pravdepodobnosťou nezmení na čiernu dieru.

Ale buďme k vám úprimní - dnes vedci ešte nepoznajú všetky zložitosti vzniku čiernej diery, nepochybne ide o mimoriadne zložitý astrofyzikálny proces, ktorý sám o sebe môže trvať milióny svetelných rokov. Aj keď je možné v tomto smere napredovať, prebieha detekcia a následné štúdium takzvaných intermediárnych čiernych dier, teda hviezd, ktoré sú v štádiu zániku, v ktorých prebieha aktívny proces tvorby čiernej diery. . Mimochodom, podobnú hviezdu objavili astronómovia v roku 2014 v ramene špirálovej galaxie.

Koľko čiernych dier existuje vo vesmíre

Podľa teórií moderných vedcov môžu byť v našej galaxii Mliečna dráha až stovky miliónov čiernych dier. O nič menej ich nemusí byť ani v galaxii vedľa nás, do ktorej z našej Mliečnej dráhy nemá čo letieť – 2,5 milióna svetelných rokov.

Teória čiernych dier

Napriek obrovskej hmotnosti (ktorá je stotisíckrát väčšia ako hmotnosť nášho Slnka) a neskutočnej sile gravitácie nebolo ľahké vidieť čierne diery cez ďalekohľad, pretože vôbec nevyžarujú svetlo. Čiernu dieru sa vedcom podarilo spozorovať až v momente jej „jedla“ – pohltenia inej hviezdy, v tomto momente sa objavuje charakteristické žiarenie, ktoré už možno pozorovať. Teória čiernych dier teda našla skutočné potvrdenie.

Vlastnosti čiernych dier

Hlavnou vlastnosťou čiernej diery sú jej neuveriteľné gravitačné polia, ktoré nedovoľujú okolitému priestoru a času zostať vo svojom obvyklom stave. Áno, počuli ste dobre, čas vo vnútri čiernej diery plynie mnohokrát pomalšie ako zvyčajne a ak by ste tam boli, potom by ste sa vrátili späť (ak ste mali to šťastie, samozrejme), boli by ste prekvapení, keby ste si všimli, že na Zemi prešli storočia. a ani nezostarneš. Aj keď povedzme si pravdu, keby ste boli vo vnútri čiernej diery, sotva by ste prežili, keďže gravitačná sila je tam taká, že akýkoľvek hmotný objekt by sa jednoducho roztrhal, dokonca ani na časti, na atómy.

Ale ak by ste boli čo i len blízko čiernej diery, v medziach jej gravitačného poľa, potom by ste to mali tiež ťažké, pretože čím viac by ste vzdorovali jej gravitácii a snažili sa odletieť, tým rýchlejšie by ste do nej spadli. Dôvodom tohto zdanlivého paradoxu je gravitačné vírové pole, ktorým disponujú všetky čierne diery.

Čo ak človek spadne do čiernej diery

Vyparovanie čiernych dier

Anglický astronóm S. Hawking objavil zaujímavý fakt: čierne diery tiež, ako sa ukázalo, vyžarujú vyparovanie. Je pravda, že to platí len pre otvory relatívne malej hmotnosti. Silná gravitácia okolo nich vytvára páry častíc a antičastíc, pričom jeden z páru je vtiahnutý dovnútra otvorom a druhý je vyvrhnutý von. Čierna diera teda vyžaruje tvrdé antičastice a gama lúče. Toto vyparovanie alebo žiarenie z čiernej diery bolo pomenované po vedcovi, ktorý ho objavil – „Hawkingovo žiarenie“.

Najväčšia čierna diera

Podľa teórie čiernych dier sa v strede takmer všetkých galaxií nachádzajú obrovské čierne diery s hmotnosťou od niekoľkých miliónov do niekoľkých miliárd hmotností Slnka. A relatívne nedávno vedci objavili dve najväčšie doteraz známe čierne diery, ktoré sa nachádzajú v dvoch blízkych galaxiách: NGC 3842 a NGC 4849.

NGC 3842 je najjasnejšia galaxia v súhvezdí Lev, ktorá sa nachádza vo vzdialenosti 320 miliónov svetelných rokov od nás. V jej strede sa nachádza obrovská čierna diera s hmotnosťou 9,7 miliardy hmotností Slnka.

NGC 4849 je galaxia v zhluku Coma vzdialená 335 miliónov svetelných rokov a môže sa pochváliť rovnako pôsobivou čiernou dierou.

Zóny pôsobenia gravitačného poľa týchto obrovských čiernych dier, alebo v akademickom zmysle, ich horizont udalostí, je asi 5-krát väčšia ako vzdialenosť od Slnka k! Takáto čierna diera by zjedla našu slnečnú sústavu a ani by sa nezadusila.

Najmenšia čierna diera

Ale v obrovskej rodine čiernych dier sú veľmi malí zástupcovia. Takže najväčšia trpasličia čierna diera, ktorú vedci v súčasnosti objavili, má hmotnosť iba 3-krát väčšiu ako naše Slnko. V skutočnosti je to teoretické minimum potrebné na vznik čiernej diery, ak by tá hviezda bola o niečo menšia, diera by nevznikla.

Čierne diery sú kanibali

Áno, existuje taký jav, ako sme písali vyššie, čierne diery sú akési „galaktické vysávače“, ktoré pohlcujú všetko okolo seba, vrátane ... iných čiernych dier. Nedávno astronómovia zistili, že čiernu dieru z jednej galaxie požiera ďalší veľký čierny žrút z inej galaxie.

• Podľa hypotéz niektorých vedcov nie sú čierne diery len galaktické vysávače, ktoré do seba nasávajú všetko, ale za istých okolností môžu samy generovať nové vesmíry.
• Čierne diery sa môžu časom vypariť. Vyššie sme napísali, že anglický vedec Stephen Hawking zistil, že čierne diery majú vlastnosť žiarenia a po nejakom veľmi dlhom čase, keď už nie je čo absorbovať, sa čierna diera začne viac vyparovať, až nakoniec všetku svoju hmotu odovzdáva okolitému priestoru. Aj keď je to len domnienka, hypotéza.
• Čierne diery spomaľujú čas a ohýbajú priestor. O dilatácii času sme už písali, no priestor v podmienkach čiernej diery bude úplne zakrivený.
• Čierne diery obmedzujú počet hviezd vo vesmíre. Ich gravitačné polia totiž bránia ochladzovaniu oblakov plynu vo vesmíre, z ktorých, ako viete, sa rodia nové hviezdy.

Čierne diery na Discovery Channel, video

A na záver vám ponúkame zaujímavý vedecký dokument o čiernych dierach z Discovery channel.

Čierna diera je vo fyzike definovaná ako oblasť v časopriestore, ktorej gravitačná príťažlivosť je taká silná, že ju nedokážu opustiť ani objekty pohybujúce sa rýchlosťou svetla, vrátane kvánt samotného svetla. Hranica tejto oblasti sa nazýva horizont udalostí a jej charakteristická veľkosť sa nazýva gravitačný polomer, ktorý sa nazýva polomer Čierneho lesa. Čierne diery sú najzáhadnejšie objekty vo vesmíre. Za svoje nešťastné meno vďačia americkému astrofyzikovi Johnovi Wheelerovi. Bol to on, kto v populárnej prednáške „Náš vesmír: známy a neznámy“ v roku 1967 nazval tieto superhusté telesá dierami. Predtým sa takéto objekty nazývali „zrútené hviezdy“ alebo „kolapsy“. Pojem „čierna diera“ sa však zakorenil a zmeniť ho je jednoducho nemožné. Vo vesmíre existujú dva typy čiernych dier: 1 - supermasívne čierne diery, ktorých hmotnosť je miliónkrát väčšia ako hmotnosť Slnka (predpokladá sa, že takéto objekty sa nachádzajú v centrách galaxií); 2 - menej hmotné čierne diery, ktoré sú výsledkom kompresie obrovských umierajúcich hviezd, ich hmotnosť je viac ako tri hmotnosti Slnka; ako sa hviezda zmršťuje, hmota sa stále viac zhutňuje a v dôsledku toho sa gravitácia objektu zvyšuje do takej miery, že ju svetlo nedokáže prekonať. Žiarenie ani hmota nemôžu uniknúť čiernej diere. Čierne diery sú supersilné gravitátory.

Polomer, na ktorý sa hviezda musí zmenšiť, aby sa zmenila na čiernu dieru, sa nazýva gravitačný polomer. Pre čierne diery vytvorené z hviezd je to len niekoľko desiatok kilometrov. V niektorých pároch dvojhviezd je jedna z nich neviditeľná pre najsilnejší teleskop, ale hmotnosť neviditeľnej zložky v takomto gravitačnom systéme sa ukáže byť extrémne veľká. S najväčšou pravdepodobnosťou sú takýmito objektmi buď neutrónové hviezdy alebo čierne diery. Niekedy neviditeľné zložky v takýchto pároch odtrhávajú hmotu z normálnej hviezdy. V tomto prípade je plyn oddelený od vonkajších vrstiev viditeľnej hviezdy a padá do neznáma kam - do neviditeľnej čiernej diery. Pred pádom do diery však plyn vyžaruje elektromagnetické vlny rôznych vlnových dĺžok, vrátane veľmi krátkych röntgenových vĺn. Navyše v blízkosti neutrónovej hviezdy alebo čiernej diery sa plyn veľmi zahrieva a stáva sa zdrojom silného vysokoenergetického elektromagnetického žiarenia v oblasti röntgenového žiarenia a gama žiarenia. Takéto žiarenie neprechádza zemskou atmosférou, možno ho však pozorovať pomocou vesmírnych teleskopov. Jeden z pravdepodobných kandidátov na čierne diery sa považuje za silný zdroj röntgenového žiarenia v súhvezdí Labuť.